油气田金属设备硫化氢腐蚀行为研究.pdf

第 3 9巷第 1 期 2 O 1 1年 1月 石 油 钻 探 技 术 PE TROI EUM DRI I I I NG TEC H NI QUES Vo1 ． 39 NO ．1 J a n ．， 2 O 1 1 ． ． 酸性 气 田钻井 完井 防腐技 术专题 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 - 0 8 9 0 ． 2 0 1 1 ． 0 1 ． 0 0 7 油气 田金属设备硫化氢腐蚀行 为研 究 程姗姗 王金 刚 王治 国 西安石油大学 机械工程学院 ， 陕西 西安7 1 0 0 6 5 摘 要 随着舍硫化氢腐蚀介质油 气田相 继被发 现开发 ， 硫 化氢 对油 气田金属设 备 的腐蚀 问题也 日益严 重。 为 了防止和控制硫化 氢对油 田金属设 备的腐蚀 ， 选取 油田常用 的 2 0 钢 、 1 C r 1 8 Ni 9 T i 钢 、 3 1 6 L钢 和 T A2钢 ， 采 用 浸泡试验分析 了 4种常用铜在硫化 氢环境下的均匀腐蚀行 为， 采用电化学试验分析 了 4种常用钢在硫 化氢环境 下 的点蚀行 为。综合分析 两种试验 结果发 现 4种 常用钢在饱 和硫 化 氢溶液 中的耐 腐蚀 能力 由 2 0 钢、 1 C r l 8 Ni 9 T i 钢 、 3 1 6 L钢和 TA 2钢依 次增 强， 其 中 1 C r 1 8 Ni 9 Ti 钢 在饱 和硫 化氢溶液 中表 现 出明显的钝 化趋势 ， 采取相关的 阳极 极 化措 施 可 达 到很 好 的 防 腐 效 果 ； 3 1 6 L铜 和 2 O 钢 在 饱 和硫 化 氢 溶 液 中的 阴极 极 化 率 较 大 ， 采 用 阴 极 保 护 措 施 可 以 达 到 防 腐 的 目的 。 关键 词 油 气 田 ；金 属设 备 ；硫 化 氢 腐 蚀 ；防腐 浸 泡试 验 ；电化 学 试 验 中 图分 类号 TE9 8 3 文献 标 识 码 A 文 章 编 号 1 0 0 卜0 8 9 0 2 0 1 1 0 卜0 0 3 2 0 4 Hy d r o g e n S u l f i d e Co r r o s i o n o f M e t a l Equ i p m e n t i n Oi l a nd Ga s Fi e l d Che ng S h a ns h a n W a ng J i ng a ng W a ng Zh i g u o Sc h o o l o f Me c h a n i c a l En gi n e e r i n g， Xi ’ a n S h i y o u Un i v e r s i t y， Xi ’ a n， S h a a n x i ， 7 1 0 0 6 5， Ch i n a Ab s t r a c t W i t h t he i nc r e a s e o f e x pl o r a t i on a nd d e v e l o pme n t o f oi l a nd ga s f i e l d s c o nt a i n i ng hy dr o g e n s ul f i d e， t he pr o b l e m o f hy d r o g e n s ul f i de c o r r os i o n t o m e t a l e q ui p m e nt i s be c o mi ng p r og r e s s i v e l y s e r i o us ． I n o r d e r t o pr e v e nt a n d c on t r o l t he h yd r o ge n s ul f i de c o r r os i o n i n o i l f i e l d， t he u ni f o r m c o r r os i o n b e ha vi o r o f c o mm o n l y us e d AI SI 1 0 2 0， 1 Cr l 8Ni 9 Ti ， 31 6 L， a n d TA2 s t e e l we r e i nv e s t i ga t e d un de r H2 S wi t h i mm e r s i o n t e s t ． The e l e c t r oc he m i c a l e x pe r i m e nt a l m e t ho d wa s u s e d t o a na l y z e t he s p o t c or r o s i o n be h a v i o r ．Ex pe r i me n t a l r e s u l t s i nd i c a t e t ha t t he c o r r o s i o n r e s i s t a nc e o f t h e f o u r s e l e c t e d ma t e r i a l s i n i nc r e a s i ng o r d e r i s AI SI 1 0 2 0 s t e e l ， 1 Cr l 8 Ni 9 Ti ， 3 1 6L a nd TA2 s t e e 1 ． 1 Cr 1 8 Ni 9 Ti s ho we d a n o b vi ou s p a s s i v a t i on t r e n d． Go o d c o r r o s i on r e s i s t a n c e p e r f or ma nc e s hou l d b e e xp e c t e d a f t e r u s i ng a no di c p ol a r i z a t i o n． I n c on t r a s t ， c a t ho di c pr o t e c t i o n c a n a c hi e v e t he p ur po s e o f c o r r o s i o n p r ot e c t i o n s i nc e t he c a t ho d i c p o l a r i z a t i o n r a t e o f 3 1 6 L a n d AI SI 1 0 2 0 s t e e l i n s a t ur a t e d hy d r o g e n s u l f i de s o l u t i o n i s v e r y h i gh ． Ke y wo r d so i l a nd ga s f i e l d； me t a l e qu i p m e nt ； hy d r o g e n s ul f i de c o r r os i o n； s o a ki ng e xp e r i me n t ； e l e c t r o c he mj c a I t e s t 随着石油与天然气勘探开发的不断深入 ， 含 Hz s 腐蚀介质 的油气 田被相 继发 现 。在 这些 油气 田 的开 发过程 中 ， 钻井 、 采 油 、 采气 、 集输 工 程 使用 的金 属设 备都伴 随 着 H。 S的腐 蚀口 ] 。H S不 仅会 造 成 严 重 的全 面腐 蚀 ， 还会发生氢 致开 裂 HI C 和 应力腐 蚀 开 裂 S C C 等局 部腐蚀形式 ， 湿 H。 S应力腐蚀 开裂所 引 起 的事 故 往 往 是 突发 的 ， 并 且 是 灾 难 性 的 J 。2 O 钢、 1 C r 1 8 Ni 9 T i 钢、 3 1 6 L钢、 T A2钢都是油 田设备常 用钢 ， 因此 ， 开 展 相 关 的 H。 S应力 腐 蚀 行 为研 究 ， 对 今后 在实践 中采取 相应的 防腐措 施 ， 对于 减少 和避免 灾 害性 事故 的发生 具有 重要 的现实 意义 。笔者 应 用 饱 和 H S溶液浸 泡试 验 和 电化学试 验 方法 对 以上 4 种常用钢 的 H S 腐 蚀行为进行 了综合评价 。 1 4种常用钢 的化学成分 2 0 钢、 1 C r 1 8 N i 9 T i 钢和 3 1 6 L钢的化学成分见表 收稿 日期 2 O l O 一 1 1 2 8 ； 改回 日期 2 0 1 0 1 2 2 8 作者简介 程姗姗 1 9 8 5 ， 女 ， 山 东菏泽人 ， 2 0 0 9年毕业于西安 石油大学过程装备与控制工程专业， 化工机械专业在读硕士研究生。 联 系 方 式 0 2 9 8 8 3 8 2 6 0 9 ， C S S ． 1 9 4 4 1 6 3 ． c o m 第 3 9卷第 1期 程姗姗等 油气田金属设备硫化 氢腐蚀行 为研 究 ‘3 5‘ 从表 2和 图 4 可 以看 出， 常温下 4种钢 在饱 和硫 化氢 溶 液 中 的 腐 蚀 电 流 密 度 从 2 O 钢 、 1 C r 1 8 N i 9 Ti 钢 、 3 1 6 L钢到 T A2钢依次降低 ， 即抗硫化氢腐蚀能 力依 次增强 。TA2钢 的抗 硫 化 氢 腐蚀 能 力 最 强 ， 表 现 出一 定 的钝 化 趋势 ， 但 因其 价 格 较 其他 材 料 高 出 很 多 ， 应用 受 到 限 制 。其 中 1 C r l 8 Ni 9 Ti 钢 的 阳极 极 化 率 急剧 增 大 ， 表 现 出 明 显 的 钝 化 现 象 ， 虽 然 其 腐 蚀 电 流 密 度 较 3 1 6 L钢 和 TA 2钢 大 ， 但 是 若 采 取 适 当 的 阳极 极 化 措 施 也 可 以达 到很 好 的 防腐 效 果 。3 1 6 L钢 、 2 O 钢 则 是 阴极 极 化 率 较 大 ， 即腐 蚀 介 质 对腐 蚀 速 率 影 响较 大 ， 故 可 采 用 阴 极 保 护 措 施 ， 如 添加 缓 蚀剂 等 。 4 结论 1 常温 下 4种 钢 在 饱 和硫 化 氢 溶 液 中 的耐 腐 蚀 能力 从 2 O 钢 、 1 C r l 8 Ni 9 Ti 钢 、 3 1 6 L 钢 到 TA2 钢依 次增 强 。 2 1 C r l 8 Ni 9 Ti 钢 在饱 和硫 化 氢 溶 液 中 的 阳极 极化 率急剧 增 大 ， 表 现 出明显 的钝 化趋 势 ， 若 采取 适 当 的阳极极 化措 施可 以达到很 好 的 防腐 效果 。 3 3 1 6 L钢 和 2 O 钢 在饱 和硫 化 氢溶 液 中 阴极 极 化 率较 大 ， 即腐 蚀 介质 如 硫 化氢 浓 度 、 p H 值 等 对 腐 蚀 速率影 响较 大 ， 故 可采 用 阴极保 护措 施 ， 如添 加 缓 蚀剂 等 。 参 考 文 献 E 1 ] 刘伟 ， 蒲晓林 ， 白小东 ， 等． 油 田硫化 氢腐蚀 机理及 防护的研究 现状及进展E J ] ． 石油钻探技术 ， 2 0 0 8 ， 3 6 1 8 3 ～ 8 6 ． L i u W e i ， Pu Xi a o l i n， Ba i Xi a o d o n g， e t a 1 ．De v e l o p me n t o f h y d r o g e n s u l f i d e c o r r o s i o n a n d p r e v e n t io n [ J ] ． P e t r o l e u m D r i l l i n g Te c h n i q u e s ， 2 0 0 8， 3 6 1 8 3 8 6 ． E 2 3 李东霞 ， 王克锋 ， 苏玉亮 ． 油气 田开采过程 中 H2 S腐 蚀影 响因 素研究[ J ] ． 石油钻探技术 ， 2 0 1 0 ， 3 8 1 9 3 9 6 ． Li Do n g x i a， W a n g Ke f e n g， S u Yu l i a n g ．F a c t o r s a f f e c t i ng H 2 S c o r r o s i o n i n t h e p r o c e s s o f。 I l a n d g a s e x p l o i t a t i o n [ J ] ． Pe t r o l e u m Dr i l l i ng Te c hn i q u e s ， 2 0 1 0， 3 8 1 9 3 9 6 ． [ 3 ] 侯立 中， 吴俊 霞． 腐 蚀引 起钻 柱刺 漏 的机 理分 析及 预 防措施 [ 刀． 石 油钻探技术 ， 2 0 0 6 ， 3 4 2 2 6 2 8 ． Ho u Li z h o n g， W u J u n x i a ．Me c h a n i s m a na l y s i s a n d p r e v e n t i v e me a s u r e s o f d r i l l s t r i n g w a s h o u t c a u s e b y c r o s s i o n E J ] ． P e t r o l e u m Dr i l l i n g Te c hn i q u e s ， 2 0 0 6， 3 4 2 26 ～ 2 8 ． [ 4 ] 张星 ， 李兆敏 ， 马新 忠， 等． 深井 油管 H2 S应 力腐 蚀实 验研究 [ J ] ． 石 油勘探 与开发 ， 2 0 0 4 ， 3 I 6 9 5 9 7 ． Zh a n g Xi n g， Li Zh a o m i n， M a Xi n z h o n g， e t a 1 ．Ex p e r i me n t o n s t r e s s c o r r o s i o n o f t u b e i n d e e p we l l [ J ] ． P e t r o l e u m Ex p l o r a t i o n a n d De v e l o p me n t ， 2 0 0 4， 3 1 6 9 5 9 7 ． [ 5 ] 戴金星 ， 胡见义 ， 贾承造 ， 等． 科学安 全勘探 开发高含硫 化氢天 然气 田的建议[ J ] ． 石油勘探与开发 ， 2 0 0 4 ， 3 1 2 卜4 ． Da i J i n x i ng， Hu J i a n y i ， J i a Ch e n g z a o， e t a 1 ． S u g g e s t i o n s f o r s c i e nt i f i c a l l y a n d s a f e l y e x p l o r i n g a n d e v e l o p i n g h i gh H2 S ga s f i e l d[ J ] ． P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n a n d D e v e l o p me n t ， 2 0 0 4 ， 3 1 2 1 ～ 4 ． [ 6 ] 王正则． 炼油设备中的湿硫化氢腐蚀 2 [ J ] ． 炼油设计 ， 1 9 9 5 ， 2 l 1 3 6 - 3 9， 41 ． W a n g Zh e n g z e ． Co r r o s i o n c a u s e d b y we t H2 S i n r e f i ni n g e q u i p me n t 2 [ 刀． P e t r o l e u m R e f in e r y E n g i n e e r i n g ， 1 9 9 5 ， 2 1 1 3 6 3 9， 4 l _ [ 7 ] 王维宗 ， 贾鹏林 ， 许适群 ． 湿硫化氢环境 中腐蚀失效实例及对策 [ J ] ． 石油化工腐蚀与防护 ， 2 0 0 1 ， 1 8 2 7 - 1 3 ． W a n g W e i z o ng， J i a P e n g l i n， Xu S h i q u n． Ca s e o f c o r r o s i o n f a i l u r e i n we t h y d r o g e n s u l f i d e e nv i r o nme n t a n d c o u nt e r me a s u r e s [ J ] ． P e t r o c h e mi c a l C o r r o s i o n a n d P r o t e c t i o n ， 2 0 0 1 ， 1 8 2 7 一 l 3 ． [ 8 ] GB 1 0 1 2 4 1 9 8 8 金属 材料 实 验室 均匀 腐蚀 全 浸实 验方法 [ s ] ． GB 1 0 1 2 4 1 9 8 8 M e t a l s ma t e r i a l s u n i f o r m c o r r os i o n m e t h o d s o f l a b o r a t o r y i mme r s i o n t e s t i n g [- S ] ． [ 9 ] 左禹 ， 张树 霞． 1 Cr 1 8 Ni 9 Ti 不锈钢在硫 化氢水溶液 中的台阶状 应 力腐蚀破裂 [ J ] ． 北 京化 工学 院学报 自然科学 版 ， l 9 9 4 ， 2 1 4 58 - 6 4 ． Z u o Yu， Z ha n g S hu x i a ．S t e p wi s e s t r e s s c o r r o s i o n c r a c k i n g o f 1 Cr l 8 Ni 9 T i s t a i n l e s s s t e e l i n a q u e o u s H2 S s o l u t i o n [ J ] ， J o u r n a l o f B e ij i n g I n s t i t u t e o f C h e mi c a l Te c h n o l o g y Na t u r a l S c i e n c e ， 1 9 9 4， 2 1 45 8 - 6 4 ． [ 1 o ] 刘永辉． 电化 学测试 技术 [ M] ． 航 空工业 出版社 ， 1 9 9 2 1 2 2 1 3 0 ． L i u Yo n g h u i ．E l e c t r o c h e mi c a l t e s t i n g t e c h n o l o g y [ M] ． Av i a t i o n I n d u s t r y Pr e s s ， 1 9 9 2 1 2 2 1 3 O． 尔 锛 翻 呼 存 旎 暂 筇 东 R 臻 稚 鬯笏 杂 薪 采 宋 幺 琉 吉深 1井直井分层压裂取得成功 吉深 1 井是一 口风险探井 ， 部署在吐哈盆地台北凹陷丘东洼陷温吉桑构造带 ， 属于致密砂岩油藏 ， 其钻 探 目的是探索 、 开展大型压裂技术攻关 ， 以实现 台北 凹陷南部斜坡 区致密砂岩气商业突破与天然气储量规模 增长 。该井从开钻到完钻 ， 历时近 3 个月 ， 完钻井深 4 1 7 0 1 T I ， 钻探过程中油气显示 良好 。吐哈油 田对吉深 1 井 测井解 释气 层段 实施 了四级压 裂 、 合层 开采 技术 攻关 ， 压 裂后采 用 币 6 ． 0 mm 油 嘴求产 ， 日产油 3 ． 0 3 m。 、 天 然气 1 ． 0 0 1 0 r n 。 。吉深 1井压裂 求 产获得 成 功 ， 标 志着 吐 哈油 田在致 密砂 岩 气 的勘 探 取得 了突 破 。