马增华 孙永涛 林 涛 刘海涛 孙玉豹 王少华

(中海油田服务股份有限公司油田生产研究院)

多元热流体腐蚀监测装置研制与应用评价

马增华 孙永涛 林 涛 刘海涛 孙玉豹 王少华

(中海油田服务股份有限公司油田生产研究院)

腐蚀是制约多元热流体技术推广应用的关键因素。采用高温缓蚀剂后,防腐效果良好,但未获取现场腐蚀速率。针对此,研制了腐蚀监测装置,将两个P110钢挂片置于多元热流体注热管线中,现场实施多元热流体热采,10天平均腐蚀速率为0.090 5 mm/a,为均匀腐蚀,腐蚀产物主要是Fe2O3,验证了缓蚀剂防腐效果良好,满足目前多元热流热采防腐要求。

多元热流体 腐蚀 监测 产物

随着多元热流体热采技术的应用和发展,对多元热流体腐蚀也进行了相关研究。通过对这种高温、高压复杂流体在不同温度、压力、气体组成、矿化度、流速等因素下的考察,初步认识了多元热流体的腐蚀规律[1-2]。注入缓蚀剂进行防腐是一种比较成熟的防护手段,针对多元热流体的腐蚀规律,研发了适用于多元热流体条件下的缓蚀剂应用于现场作业中,从油管表面看,抑制腐蚀情况良好[3-4],但未获取现场腐蚀数据。失重法是国内外普遍采用的腐蚀监测方式,数据具有广泛认可性。腐蚀挂片器是采用挂片失重法来检测管道的腐蚀,是一种很直观、方便的经典方法。基于此,研制了高温腐蚀监测装置并应用于现场,获取了现场工况条件下的腐蚀数据。

1 腐蚀监测装置研制

1.1 设计思路

(1)要反映现场管道腐蚀。腐蚀监测装置将与现场管道处于同一介质中,不能产生其他电偶腐蚀等情况,腐蚀挂片装置主体材质均与现场管道保持一致。

(2)实现多元热流体现场工况温度和压力要求。

(3)方便连接和重复使用。

(4)保证生产时多元热流体顺利通过腐蚀监测装置时不产生明显流动阻力以及能准确代表管道内壁的腐蚀和测量准确性,腐蚀挂片应具有一定表面积。

(5)腐蚀挂片装置的材质需具有良好耐蚀性能,可多次重复使用。

1.2 设计及加工制造

按照设计思路,设计采用16Mn钢材质,所有配件耐压等级选取2500LB,能够耐压42 MPa,所有器件壁厚均为XXS级别,采用与现场注热管道同样的法兰连接方式,将腐蚀挂片所处的管道变大,直径由5.08 cm变到10.16 cm,腐蚀挂片尺寸为50 mm× 22 mm×3 mm,挂片通过螺母栓接固定,安装保证试片较大面积的一面与管道内流体方向基本平行,设计示意图如图1所示。

装置按照设计图纸安装,焊接按照GB/T 985.1-2008《气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口》、GB/T 985.2-2008《埋弧焊的推荐坡口》及SY/T 0452-2012《石油天然气金属管道焊接工艺评定》进行焊接,焊接采用氩弧焊打底,手工电弧焊罩面,按照设计要求,完成腐蚀挂片装置加工(见图2)。

2 腐蚀监测装置现场监测

将腐蚀监测装置与地面注热管线以法兰形式连接,试压合格后进行注多元热流作业,现场安装见图3。试验材质为P110钢,注热流体温度为240℃,压力18 MPa,介质组成为p(CO2)2 MPa+ p(O2)0.02 MPa,伴注高温缓蚀剂质量浓度为750 mg/L,注热试验时间为10天。

3 结果与讨论

取出腐蚀试片,参考JB/T 7901-2001《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》及SY/T 5273-2000《油田采出水用缓蚀剂性能评价方法》进行试验处理分析,试验结果见表1。

表1 现场试片的腐蚀速率Table 1 Corrosion rate of field coupon

试验前试片均平整光亮,试验后腐蚀试片表面呈黑褐色,腐蚀产物有部分脱落。10天的平均腐蚀速率为0.090 5 mm/a,略偏高;两个试片的腐蚀速率存在较大差异,可能与两个试片放置时并非完全与流体方向平行有关,即244号钢片受到的热流体冲刷作用较强,如图4和图5。

将腐蚀试样经过石油醚、无水乙醇处理杂质,冷风吹干放置于干燥器干燥后,进行样品扫描电镜/能谱分析和X射线衍射分析。

图6和图7是腐蚀试片表面SEM形貌,图8和图9是表面元素能谱分析结果。两个试片的表面形貌基本类似,存在大量腐蚀产物堆积,腐蚀产物尺寸大小不等,其间存在较多空洞,腐蚀产物整体较为疏松。表面元素分析表明,腐蚀产物主要组成元素为C、O、Fe,还存在少量Cl,说明腐蚀表面可能存在Fe的氧化物或者FeCO3,以及吸附了腐蚀性介质Cl-。

对现场样表面的腐蚀产物进行XRD分析,如图10和图11所示。XRD结果表明,各主要洐射峰均对应氧化铁,即腐蚀试片的表面腐蚀产物主要是Fe2O3。

经注热10天后的挂片腐蚀速率为0.090 5 mm/a,与同种条件下的室内试验数据0.107 72 mm/a基本吻合[5],略高于SY/T 5329-2012《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》中的0.076 mm/a的限制标准,但它是基于水质其他控制指标达到标准后的一个必然数值,并不是材质要求的数值,考虑到多元热流体苛刻的条件,目前采用的缓蚀剂防护工艺满足防腐需求。

4 结论

(1)腐蚀监测装置经现场高温注热试验,获取了有效的腐蚀数据,可重复使用,达到设计要求。

(2)现场实施多元热流体作业10天、温度240℃、伴注750 mg/L高温缓蚀剂的情况下,P110钢挂片的平均腐蚀速率为0.090 5 mm/a;腐蚀产物主要是Fe2O3。

[1]孙永涛,程鹏,马增华,等.高温多元热流体注采液中N80钢的腐蚀行为[J].腐蚀与防护,2012,33(3):218-221.

[2]孙永涛,付朝阳,杨秀兰.高温多元热流体注采中管材腐蚀分析[J].石油与天然气化工,2012,41(4):408-410.

[3]马增华,孙永涛,刘海涛,等.多元热流体中P110钢的腐蚀与防护[J].石油与天然气化工,2012,41(4):583-585.

[4]赵利昌,马增华,孙永涛,等.高温多元热流体注采缓蚀剂的性能[J].腐蚀与防护,2013,34(1):64-66.

[5]刘海涛,孙永涛,马增华,等.高温CO2/O2体系中P110钢的腐蚀与防护研究[J].钻采工艺,2013,36(1): 85-87.

Development of a multi-component thermal fluid corrosion monitoring device and its application evaluation

Ma Zenghua,Sun Yongtao,Lin Tao,Liu Haitao,Sun Yubao,Wang Shaohua
(COSL Production Optimization Division,Tianjin 300450,China)

Corrosion is the key factor restraining the promotion of multi-component thermal fluid technology.High temperature corrosion inhibitor has good protective effect,but the main corrosion rate could not be gotten.Hereto.A corrosion monitoring device is developed by placing two P110 coupons in the thermal fluid injection tube.After multi-component thermal fluid recovery for ten days,the corrosion is uniform,average corrosion rate is 0.090 5 mm/a,and the main corrosion product is Fe2O3.The result verifies the protection effect of the corrosion inhibitor, which can meet the anti-corrosion requirement for multi-component thermal fluid recovery.

multi-component thermal fluid,corrosion,monitor,product

TE988.2

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2014.05.013

2014-03-06;编辑:冯学军

国家重大科技专项“大型油气田及煤层气开发”(2011ZX05057-005-001)。

马增华(1984-),2007年毕业于中国石油大学(华东)应用化学专业,从事海上油田稠油热采工艺研究工作。地址:(300450)天津市塘沽区营口道938号天津科技大学2号楼。电话022-66907940。E-mail:mazh@cosl.com.cn