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南海東部某油田油管腐蝕失效原因與建議

2021-08-02 11:48:45 作者：世紀熊來源：設備管理與防腐分享至：

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、低硫、低溶解氣油比的欠飽和環烷基生物降解程度高的重質原油。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%（摩爾分數），并含少量 CO2、N2等，油田地層水為 CaCl2。

2018年1月，發現該油田05井油管腐蝕穿孔，部分管段腐蝕非常嚴重，呈現較大區域的開放性穿孔，同時管壁均勻減薄現象明顯。

為查明現場油管腐蝕穿孔原因及機理，及時采取防護措施，避免此類事故再次發生。本工作對近期現場取回的腐蝕穿孔油管及其腐蝕產物進行了失效分析，判斷此條件下發生的電化學腐蝕主要是CO2腐蝕，并提出相應防護建議。

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井況及采出液屬性

經檢查后后發現，油管腐蝕非常嚴重。存在均勻減薄和局部穿孔的現象，無明顯應力腐蝕現象，無明顯沖刷腐蝕現象。管體形成貫穿性大孔，腐蝕孔洞數量很多，見圖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 化學成分分析

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

表2 腐蝕區域基材樣品能譜分析結果

表3 未腐蝕區域基材樣品能譜分析結果

腐蝕區域、未腐蝕區域樣品能譜分析結果可以看到，兩個區域的基體材質在元素種類上一致，都只含有C、Mn、Fe元素，未發現明顯的P、S等易導致夾雜物的元素存在。從而從化學成分這個角度可以排除腐蝕并非由于基體材質分布不均引起的。結果表明，該管線化學成分符合API Spec 5CT規定，材質因素不是導致腐蝕失效的主要因素。

腐蝕產物分析

2.1 樣品預處理

待測的樣品為干燥腐蝕塊狀，需要多次清洗才能去除有機成分。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如圖2所示。

圖2 處理前后樣品圖片

2.2 微觀形貌分析

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

圖3 腐蝕產物樣品SEM圖：（a）100倍，（b）1000倍

2.3 化學成分分析

對腐蝕產物樣品進行能譜分析（EDS）及X射線衍射分析（XRD）確定化學成分，能譜分析（EDS）結果如表4所示，腐蝕產物主要由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過程。元素中并無S，而是含有較多的C和O，表明此條件下發生的電化學腐蝕主要是二氧化碳腐蝕，最終生成FeCO3腐蝕產物。該條件下生成的FeCO3產物相對較為疏松，缺乏對基體的有效保護，因此腐蝕加速進行。

表4 腐蝕產物樣品能譜分析結果

X射線衍射分析（XRD）結果如圖4所示，XRD分析進一步證實了腐蝕產物主要是Fe2O3及碳酸亞鐵。

圖4 腐蝕產物樣品X射線衍射分析結果

2.4 熒光顯微鏡探測

熒光顯微鏡探測可以了解腐蝕產物樣品表面是否具有硫酸鹽還原菌（SRB），從而確定是否因為細菌腐蝕導致管材失效。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。將腐蝕產物樣品置于載玻片上進行觀測，其結果如圖5所示。腐蝕產物樣品熒光探測圖中無任何熒光顯示，說明其腐蝕產物中無細菌，從而排除掉腐蝕穿孔是由細菌引起的。