油气井的空泡腐蚀机理.pdf

油气 井的空泡腐蚀机理 程 海鹏 ， 王君恒 中国石油化工股份有 限公 司胜利油 田分公 司 ， 山东 临邑 2 5 1 5 0 7 摘要 国内外油 田油气井存在 的局部 腐蚀 ， 一般认为是 由 C O 2 腐蚀造成 的。从 这个论 点入 手 ， 该篇文章首次提 出空泡腐蚀参与了油管的腐蚀过程， 并详细阐述了空泡腐蚀油管的原理、 空泡形 成的基本条件以及空泡腐蚀的基本过程。再结合现场油管腐蚀形态， 最终得 出以下结论 空泡腐 蚀在油气井中是存在的， 并且是造成油管严重局部腐蚀的主要原因。 关键词 c 0 腐蚀空泡腐蚀水力学 在油气 田开发过程 中， 由于油气 中含有的酸 性非烃类 气体 C O 等 以及油管所 处的特殊地 层环境 ， 油管腐蚀普遍存在而且不可避免。“ C O 腐蚀 ” 这个术语 1 9 2 5年第 一次被 A P I 美 国石油 学会 采用 。1 9 4 3年 ， 在德克萨斯油 田气井 中发 生的油管腐蚀现象被首次认为是 C O 腐蚀， 目 前 国内外对 C O 腐蚀造成的均匀腐蚀 ， 通过实验都 得到验证 ， 认识的比较清楚 ， 对于局部腐蚀机理的 研究 目前尚不够深入和详尽。在实际生产中， 金 属的腐蚀过程往往是 一种错综复杂 的 电化学过 程， 根据生产实际， 从多种腐蚀机理下手来研究这 种腐蚀现象。根据油管 的腐蚀形态的观察研究 ， 认为腐蚀形态与流体力学 中的空泡腐蚀类似 ， 分 析油管中的液流流动状态 ， 很可能在局部液流流 速突变过程中产生了空化现象 ， 因此提 出空泡腐 蚀参与了油管的腐蚀过程。 1 空泡腐蚀存在理论依据 1 ． 1 研究选择课题背景 在实际生产 中， 危 害安 全生 产 主要 由局 部 腐蚀造成 的， 引起局部腐蚀 的成 因很 多 ， 多是 在 特定 的环境下形 成 的。C O 腐蚀 主要发生 在油 气井 和 自喷油井 内， 并且都处在气液 界面处 ， 压 力越高 C O 的溶解 度越大 ， 底 部油管 的 C O 溶 解度也会 越 大 ， 但并 没 有 局 部腐 蚀 ， 所 以说 用 C O 腐蚀 的机理来解 释这种局部腐 蚀是存 在矛 盾的 ， 而现在 国内外 腐蚀 专 家在 室 内做 的挂 片 小样与生产实 际差别 很 大 ， 现在 通过 理论 和实 验 中无 法得 到实际生 产 中的 C O 的腐蚀 速度 ， 现在油 田有注 C O ， 驱油新技术 ， 分压达到 3 MP a 的情况下 ， N 8 0油管 的腐蚀速度只有 0 ． 6 m m／ a 而是现在从生产气井 中， 发现局部达到 2 0 mm ／ 这样惊人 的局 部腐蚀 速度 ， 分析 只有 C O 这 腐蚀气 体 ， 就 认 定 为 C O 腐蚀 ， 这是 不 够严 j j 的， 应当分析查找其它腐蚀原因存在的可能性 问题关键是做的实验是无法模 拟油井 内部 的 际生产状态 ， 而实 际生 产过程 中的金属 腐蚀 ， 彳 往是除了电化 学腐蚀 以外 ， 还 有其 他腐蚀 的 理存在 ， 生产 中的金属腐 蚀是 在物 理作 用和4 学反应共同的作用下， 是在多种腐蚀机理条f 下一起相互作用造成 的。 1 ． 2 空泡腐蚀油管的原理 从 1 9世纪后半叶在螺旋 桨叶片上发现空 现象以来 ， 空化理论及应用 已经有了很大发展 ， j 且所涉及的领域也越来越多。在生产实际 中， 往发生空泡腐蚀的部位是在离心泵内和轮船螺j 桨背部 ， 可 以从离心泵的抽空知道 ， 一旦空气进 泵 内或液体气化 ， 对叶轮 、 壳体产生较大的冲击i 冲刷的作用 ， 机泵产生刺耳的声音 ， 并且造成泵l 严重震动 ， 液体的冲击力大而频繁 ， 致使叶轮表i 形成斑点、 裂纹 ， 直至蜂窝状 ， 这种现象就是常 的空泡腐蚀 ， 俗称离心泵的气蚀 见 图 1～2 。j 离心泵的设计安装过程 中， 都要考虑一个很 重 的参数 ， 就是气蚀余 量。气蚀是发生局部坑窝』 蚀最常见 的一种形式 ， 在生产中也是危害是很j 重 的 。 收稿 日期 2 0 1 5 0 1 2 8 ； 修改稿收到日期 2 0 1 5 0 3 2 2 。 作者简介 程海鹏 1 9 7 2一 ， 高级技师， 2 0 1 0～ 2 0 1 5年在 国石油大学进修 ， 在该公司临盘采油厂从事采油工作。 ma i l L P e h h p s i n a ． e o m 4 更加多变 ， 对于空化现象产生创造了条件 ； 3 根据空泡产生的条件 ， 以及 列举 的几个 j 显的现场实例可发下 ， 空泡腐蚀往 往发生在流 发生变化的地方 ， 因此油管 内存在 不光滑段 以 油管与油管的丝扣接缝 ， 均可能发生空泡腐蚀 ， 就要求油管制造过程 中的工艺要求提高 ， 或者 用新型的内衬或涂层油管 ， 改善油管 内壁 的光 程度 ； 以及改良油管丝扣的连接方式 ， 降低接缝 出现几率 ； 4 目前在油管中空泡腐蚀现象 ， 还没有见 4 任何直接检测资料， 本文提出浅陋建议， 希望能 多 起到抛砖 引玉的效果。希望 流体力学方 面学 ，能够利用计算机流体力学 C F D 数值模拟分 析的方法 ， 分析油气多相管流中的空化现象 ， 直观 地观察空泡湮灭时空泡周 围的压力场 ， 以及油管 壁 的受力情况。 参考文献 [ 1 ] 杨庆， 张建民 ． 空化形成机理和比尺效应[ J ] ． 水力发电， 2 0 o 4， 3 0 4 5 6 5 9 ． [ 2 ] 王保成 ．材料腐蚀与防护[ M] ．北京 北京大学出版社 ， 2 0 1 2 1 5 9 1 6 0． [ 3 ] 卢绮敏 ．石油工业 中的腐蚀与 防护 [ M] ．北京 化学工 业 出版社 ， 2 0 0 1 9 8 - 9 9 ． 编辑王菁辉 Bub bl e Ca v i t a t i o n Co r r o s i o n i n 0i l Ga s W e l l s a n d Co r r o s i o n M e c ha n i s ms C h e n g Ha ip e n g，Wa n g J u n h e n g s I N o P E C L i n p a n O i l P r o d u c t i o n P l a n t o f S h e n g l i O i lfie l d ， L i n y i 2 5 1 5 0 7， C h i n a 、 b s t r a c t T h e l o c a l i z e d c o r r o s i o n i n t h e 0 i l＆ g a s we l l s i n C h i n a a n d a b r o a d a r c g e n e r a l l y r e g a r d e d t o b e c a u s e d b y C O2 rro s i o n ．T h i s p a p e r ，f o r t h e fir s t t i me，s t a t e s t h a t b u b b l e c a v i t a t i o n c o r r o s i o n i s i n v o l v e d i n t h e c o rro s i o n o f o i l p i p e s ． T h e Le c h a n i s ms o f b u b b l e c a v i t a t i o n c a i o n ，b a s i c c o n d i t i o n s f o r t h e f o r ma t i o n o f b u b b l e s a n d b a s i c p r o c e s s o f b u b b l e c a v i t a t i o n rro s i o n a r e d e s c ri b e d i n d e t a i l ． I t i s c o n c l u d e d，i n c o n s i d e r a t i o n o f c o rro s i o n s o f o i l p i p e s ，t h a t t h e b u b b l e c a v i t a t i o n rro s i o n i n o i l ＆ g a s w e l l s i s t h e c u l p ri t o f s e r i o u s l o c a l i z e d c o r r o s i o n o f o i l p i p e s ． e ywo r ds CO2，co rro s i o n，b u bb l e c a v i t a t i o n c o r r o s i o n，h y d r a u l i c me c ha n i s ms 目 石油业中下游或将引入非国有资本 国企改革方案指导意见出台， 一直备受关注的“ 两桶 自 ” 的改革动向成为焦点。本次改革明确了在能源领域 I 入非国有资本 ， 为改革定调， 不过也提 出了“ 不设时间 ” ，改革力度与进度仍待观察 。 保证国内原油供应安全， 早在 1 9 9 8年， 国务院赋予了 石油 、 中石化和 中海油垄断 的权力 。 新世纪初期 ， 中石油在蒋洁敏掌权时代 ， 还频频掀起 购潮 ， 并购案例不断。不过， 石油行业的去垄断异常艰 匡 。即使放开垄断， 也鲜有民企能够与之竞争。 发展至今 ， 我国石油供应缺 口依然巨大， 对外依存度 。据中宇资讯数据统计 ， 2 0 1 4年全年国内原油表观消 寻 总量 为 5 1 1 Mt ， 原油 对外 依存 度 高达 6 0 ． 2 ％ ， 较 2 0 1 3 F 同比增长 2 ． 8 个百分点。 值得注意 的是 ， 在本 次指 导意 见公 布 之前 ， 中石 油 、 p 石化 已经开始破冰之旅 。2 0 1 4年 5月 1 2日， 中石 油宣 布拟设立全资子公司东部管道公司， 并引入外部资金， 用 于建设西气东输的部分线路 ， 在当时引发极大关注。 2 0 1 5年8月底， 两桶油在中期业绩发布会上双双发声， 管道改革将成油气改革的重点。不过， 管道领域引入民资并 非一帆刚顷， 改革的推进或面临民资投资积极性问题。 据一位 中石 油 内部人 士介 绍 ， 他所 在 的 中石 油 下属 的管 道公 司一 直没 有收 到 引入 民资 的消息 ， 管 道领 域 一 旦开放允许 民营资本进入 ， 也未必会有 民资愿意进入。 因为管道建设 属于 石油 产业链 中的基 础设 施建 设部 分 ， 投资大、 周期长、 收益不高， 而且建成后能否收回成本还 存在风险， 如果运量不大 ， 很有可能要亏损。 有业内人士认为， 相比石油行业链条中上端的勘探 与生产领域， 中下游更有推进改革的条件。中下游的市 场化程度更高， 较易于改革 ； 而上游勘探业务， 资源属于 国家， 且地方企业受制于资金有限， 上游的混改推广更为 缓慢， 对民资的吸引力也没那么大。 摘编 自中国石化新 闻网