气井腐蚀设计.pptx

一、气井腐蚀评价参数一、气井腐蚀评价参数 在气井腐蚀分析研究和防腐设计评价中，常常涉及到某组分的浓度、某组分的分压、井内流体的pH值等参数的计算或测量。人们根据所用参数的目的及使用习惯，往往采用不同的表示方法及选用不同的获取方法。1、气体含量、气体含量 气井中的气体含量常采用以下两种描述方法：1）气体的质量浓度（G）：标准状态（20和101.3kPa）下每m3容积所含的某种气体的质量克数，g/m3。2）气体的体积分数（X），用表示。上述两种浓度表示方法常常需要互换计算。式中：体积分数，用表示；某种气体的质量浓度,g/m3；某种气体的摩尔质量，g/mol；1mol（kmol）该种气体在标准状态 （20和101.3kPa）下的体积升(L)/mol(m3/Kmol)。2、气体分压计算、气体分压计算 在分析和研究H2S、CO2腐蚀时，H2S、CO2对腐蚀严重程度的影响常用分压（Partial Pressure）来表示。一般说来分压越高，腐蚀越严重，H2S、CO2分压高低已是目前国际上用来判断腐蚀严重程度的最重要的判据。3、pH值测定与计算值测定与计算 溶液或薄液的pH=-lgH+S值是影响腐蚀的关键因素之一，现场腐蚀状况的诊断分析或者气井的防腐设计经常要涉及到介质的pH值。介质的pH值受组分的溶解、逸出、温度、压力和相变等因素的影响，因此，油管外环空及油管内不同井深的pH值均有差异。pH值也是定量描述腐蚀严重程度和材料评选的基本依据之一。因此，pH值测定与计算非常重要。通常从分离器后取出的无压水样中测量的pH值，不能代表井下某一点实际的pH值。因此把取样点的pH值用到其它环境时要作必要的转换。下列组合可供pH值计算时的参考：二氧化碳含量对pH值有显著的影响，在分析井下腐蚀状况时，需要同时考虑天然气组分的影响:同时含有硫化氢和二氧化碳时，必须考虑两者溶于水时pH值的降低。硫化氢和二氧化碳在溶液中的溶解度差异甚大；温度对系统pH值的影响不如压力的影响大。二、气井腐蚀评价方法二、气井腐蚀评价方法 检测气井中金属抗腐蚀性能的实验室方法主要是采用化学浸泡试验法和薄液润湿法两种：首先看化学浸泡法。1）化学浸泡法）化学浸泡法 所谓化学浸泡法是把金属材料制成特定形状和尺寸的试片，在选定的介质中浸泡一定时间。取出后，通过称重、表观检查、测量蚀孔深度、考察力学性能或分析溶液成分等方法，评定金属材料的腐蚀行为。这种试验又称挂片试验。根据试片与溶液的相对位置，化学浸泡法分为全浸试验、半浸试验和间浸试验三种。（1）全浸试验：是将试片完全浸入相应气井的地层水环境或者ISO或NACE标准规定的腐蚀介质的溶液中。此法操作简便，重现性好。在实验室试验时，可以严格控制各种影响因素（如充气状态、温度和流速等），可作模拟试验和加速试验。试验时悬挂于溶液中不同深度的孤立小试片的腐蚀效应与延伸于不同深度的长尺度试片的腐蚀效应是不同的，因为后者由于充气差异而形成宏观腐蚀电池效应。(2）半浸试验：又称水线腐蚀试验。试片的一部分浸入相应气井的地层水环境或者ISO或NACE标准规定的腐蚀介质的溶液中，而且使试片的尺寸（尤其是液面上下的面积比）保持恒定，使气相和液相交界的“水线”长期保持在试片表面的固定位置上，在“水线”附近可以观察到严重局部腐蚀。(3）间浸试验：使试片按照设定的循环程序，重复交替地暴露在溶液和气相中，又称交替浸泡试验。试验时需严格控制环境的温度和湿度，以保证试片表面的干湿变化频率。化学浸泡试验可用于评定全面腐蚀行为，也可用于评定局部腐蚀行为。如果是评定局部腐蚀，可用点腐蚀试样、缝隙腐蚀试样或恒变形加载的应力腐蚀试样进行浸泡试验。2）薄液润湿法 气井环境中的金属材料腐蚀过程主要是在薄液层下的金属腐蚀过程，主要受氢去极化控制，其腐蚀过程与溶液相比有很大差异。液层厚度在100微米以下时，氢还原速度直接受液膜厚度控制。腐蚀产物积累、天然气中气体和固体颗粒的溶解以及液膜量的变化都会显著影响腐蚀过程。薄液中金属材料的腐蚀试验目前还没有一个通行的规定，可以采用盐雾试验的实验方法在盐雾试验箱中进行，也可以在高温高压釜中模拟气井环境进行。（1）盐雾箱内薄液实验方法：将相应气井的地层水环境或者ISO或NACE标准规定的腐蚀介质的溶液连续或间断地以雾状喷出，盐雾沉降在试样上，形成极薄的液膜，由于不断有新的盐雾落到试样上而加速了试样的腐蚀过程。试样支承或悬挂的位置应使试样的主要表面与垂直面成1530角，或与雾流主方向平行。试样的位置还应使盐雾能自由沉降到所有试样上，并使在一个试样上凝聚的液滴不会再落到其他试样上。（2）高温高压釜中模拟气井环境薄液腐蚀试验方法：进行模拟气井环境的薄液腐蚀实验方法参考浸泡试验方法，只是将高温高压釜中的液量进行相应的控制，且将试样吊挂于高温高压釜中的液面之上。2、气井中金属材料抗腐蚀性能的表观检查、气井中金属材料抗腐蚀性能的表观检查 对于经过腐蚀检测试验的试样，常用的腐蚀评定方法主要有以下几种：第一要对试样进行金属腐蚀表观检查，其内容包括：腐蚀的宏观检查、微观检查；第二要对金属腐蚀状况进行评定，其内容包括：均匀腐蚀中的金属失重评定，局部腐蚀中孔蚀程度的评定，氢损伤和应力腐蚀敏感性的评定等；第三要进行腐蚀电化学评定：包括稳态、瞬态电化学测定以及交流阻抗测定以及电化学噪声测定等。1）腐蚀的表观检查 腐蚀试验中对于腐蚀试样的表观检查通常是一种定性的检查评定方法，有时也可以给出一些定量数据，同时又可以作为其他评定方法的重要补充和依据。（1)宏观检查：宏观检查是用肉眼或低倍放大镜对金属材料和腐蚀介质在腐蚀过程中和腐蚀前后的表面形态进行仔细地观测，也包括对金属材料去除腐蚀产物前后的形态观测。宏观检查是一种比较粗略，甚至带有一定的主观性的分析方法，但该方法方便简捷，是一种有价值的定性方法。它不依靠任何精密仪器，就能初步确定金属材料的腐蚀形貌、腐蚀类型、腐蚀损坏程度和受腐蚀部位等。(2)腐蚀的微观检查：腐蚀的宏观检查所获取的信息反映了腐蚀行为的统计平均结果，其代表性和直观性都比较强，但不一定能揭示腐蚀的本质或过程的真实情况。腐蚀的微观检查方法是用来获取微观（局域的或表面的）信息，用以揭示腐蚀过程的细节和本质的分析方法，是宏观检查的进一步发展和必要的补充。经常用于腐蚀微观检查的工具和方法包括电子显微镜（特别是扫描电镜，SEM）、电子探针（EPMA）、俄歇电子能谱法（AES）、X射线光电子能谱法（XPS）、二次离子质谱法（SIMS）和原子力显微镜/扫描隧道显微镜（AFM/SIM）等。2）、表观检查的评定方法 对于定性的表观考察来说，腐蚀形态和程度的表述明显地受到人为因素的影响，具有主观随意性。为了建立统一的标准评定方法，一些组织和个人做了多方努力，其中比较有代表性的工作包括Champion提出的标准样图（图6-17）。样图共有A、B、C、D四幅，其中样图A和B表征试样受腐蚀表面的平面特征，分别表示单位面积上腐蚀破坏的位置数目和腐蚀位置的面积；图C和D是腐蚀深度特征，其中C表征全面腐蚀破坏深度等级，而D图则是表示孔蚀和裂纹的深度等级。四幅样图均分别划分为7个等级。图6-17 表观检查的Champion标准样图