引 言

南海東部某油田原油屬高密度、高黏度、低含蠟、低凝固點(diǎn)、低硫、低溶解氣油比的欠飽和環(huán)烷基生物降解程度高的重質(zhì)原油。油田僅含少量伴生氣，幾乎不含自由氣，氣相組分以甲烷為主，含量 50.29%～95.64%（摩爾分?jǐn)?shù)），并含少量 CO2、N2等，油田地層水為 CaCl2。

2018年1月，發(fā)現(xiàn)該油田05井油管腐蝕穿孔，部分管段腐蝕非常嚴(yán)重，呈現(xiàn)較大區(qū)域的開(kāi)放性穿孔，同時(shí)管壁均勻減薄現(xiàn)象明顯。

為查明現(xiàn)場(chǎng)油管腐蝕穿孔原因及機(jī)理，及時(shí)采取防護(hù)措施，避免此類事故再次發(fā)生。本工作對(duì)近期現(xiàn)場(chǎng)取回的腐蝕穿孔油管及其腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行了失效分析，判斷此條件下發(fā)生的電化學(xué)腐蝕主要是CO2腐蝕，并提出相應(yīng)防護(hù)建議。

腐蝕狀況分析

1.1 宏觀分析

腐蝕穿孔油管服役的相關(guān)井況及采出液屬性如表1所示。由表可知，該油井采出水礦化度較高，溫度和總壓適中，含有較高的二氧化碳和少量硫化氫。

表1 腐蝕穿孔油管的相關(guān)井況及采出液屬性

經(jīng)檢查后后發(fā)現(xiàn)，油管腐蝕非常嚴(yán)重。存在均勻減薄和局部穿孔的現(xiàn)象，無(wú)明顯應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象，無(wú)明顯沖刷腐蝕現(xiàn)象。管體形成貫穿性大孔，腐蝕孔洞數(shù)量很多，見(jiàn)圖1。初步判定，該井管柱失效是典型的高礦化度油田采出液中的二氧化碳腐蝕。

圖1 油管腐蝕穿孔宏觀形貌

1.2 化學(xué)成分分析

針對(duì)管件上不規(guī)律分布的腐蝕孔洞和厚度極不均勻的壁厚，對(duì)管件的腐蝕區(qū)域和未腐蝕區(qū)域的基材分別取樣進(jìn)行能譜分析（EDS），確定腐蝕原因是否為基體材質(zhì)成分不均造成。腐蝕區(qū)域能譜分析結(jié)果如表2所示，未腐蝕區(qū)域能譜分析結(jié)果如表3所示。

表2 腐蝕區(qū)域基材樣品能譜分析結(jié)果          

表3 未腐蝕區(qū)域基材樣品能譜分析結(jié)果

腐蝕區(qū)域、未腐蝕區(qū)域樣品能譜分析結(jié)果可以看到，兩個(gè)區(qū)域的基體材質(zhì)在元素種類上一致，都只含有C、Mn、Fe元素，未發(fā)現(xiàn)明顯的P、S等易導(dǎo)致夾雜物的元素存在。從而從化學(xué)成分這個(gè)角度可以排除腐蝕并非由于基體材質(zhì)分布不均引起的。結(jié)果表明，該管線化學(xué)成分符合API Spec 5CT規(guī)定，材質(zhì)因素不是導(dǎo)致腐蝕失效的主要因素。

腐蝕產(chǎn)物分析

2.1 樣品預(yù)處理

待測(cè)的樣品為干燥腐蝕塊狀，需要多次清洗才能去除有機(jī)成分。清洗方法為：用乙醇浸泡超聲清洗3次（視清潔程度可多次清洗）；清洗后放入烘箱中，50℃下烘至完全干燥。樣品清洗前后的狀態(tài)如圖2所示。

圖2 處理前后樣品

2.2 微觀形貌分析

采用掃描電子顯微鏡（SEM）觀測(cè)腐蝕產(chǎn)物樣品的微觀形貌。掃描電子顯微鏡觀測(cè)的腐蝕產(chǎn)物樣品微觀形貌圖如圖3所示。從圖中可以看到，該顆粒也呈無(wú)定型，無(wú)明顯的晶體形狀，無(wú)典型晶面。顆粒之間聚集較少，較為分散。

圖3 腐蝕產(chǎn)物樣品SEM圖：(a)100倍，(b)1000倍

2.3 化學(xué)成分分析

對(duì)腐蝕產(chǎn)物樣品進(jìn)行能譜分析（EDS）及X射線衍射分析（XRD）確定化學(xué)成分，能譜分析（EDS）結(jié)果如表4所示，腐蝕產(chǎn)物主要由C、O、Cl、Cr、Mn、Fe及Si等元素組成，較多的Cl元素證明了腐蝕的形核和生長(zhǎng)過(guò)程。元素中并無(wú)S，而是含有較多的C和O，表明此條件下發(fā)生的電化學(xué)腐蝕主要是二氧化碳腐蝕，最終生成FeCO3腐蝕產(chǎn)物。該條件下生成的FeCO3產(chǎn)物相對(duì)較為疏松，缺乏對(duì)基體的有效保護(hù)，因此腐蝕加速進(jìn)行。

表4 腐蝕產(chǎn)物樣品能譜分析結(jié)果

X射線衍射分析（XRD）結(jié)果如圖4所示，XRD分析進(jìn)一步證實(shí)了腐蝕產(chǎn)物主要是Fe2O3及碳酸亞鐵。

圖4 腐蝕產(chǎn)物樣品X射線衍射分析結(jié)果

2.4 熒光顯微鏡探測(cè)

熒光顯微鏡探測(cè)可以了解腐蝕產(chǎn)物樣品表面是否具有硫酸鹽還原菌（SRB），從而確定是否因?yàn)榧?xì)菌腐蝕導(dǎo)致管材失效。熒光顯微鏡是以紫外線為光源，照射被檢物體，使之發(fā)出熒光，然后在顯微鏡下觀察物體的形狀及其所在位置。將腐蝕產(chǎn)物樣品置于載玻片上進(jìn)行觀測(cè)，其結(jié)果如圖5所示。腐蝕產(chǎn)物樣品熒光探測(cè)圖中無(wú)任何熒光顯示，說(shuō)明其腐蝕產(chǎn)物中無(wú)細(xì)菌，從而排除掉腐蝕穿孔是由細(xì)菌引起的。

圖5 腐蝕產(chǎn)物樣品熒光探測(cè)圖

建議

因此，為避免再次發(fā)生腐蝕失效穿孔，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)腐蝕防護(hù)工作提出如下建議：

（1）密切關(guān)注該井后續(xù)井下更深位置所起出的油管腐蝕情況，歸納腐蝕規(guī)律，輔助判斷油管腐蝕原因；

（2）建議使用耐CO2腐蝕的油管材料，同時(shí)采用內(nèi)涂層和加注適當(dāng)?shù)木戮徫g劑保護(hù)，優(yōu)質(zhì)的內(nèi)涂層和適用的緩蝕劑可以有效抑制管線內(nèi)壁的CO2腐蝕破壞。

參考文獻(xiàn)（略）