油气田气田腐蚀与防腐技术课件.ppt

1、油气田气田腐蚀与防腐技术油气田气田腐蚀与防腐技术中原油田采油院汇报内容汇报内容目录中原油田采油院钢材钢材 氢进入氢进入金属基体金属基体腐蚀产物膜腐蚀产物膜表面能降低表面能降低原子键合力降低原子键合力降低晶格膨胀晶格膨胀电化学活性增加电化学活性增加 更易腐蚀更易腐蚀稳定性降低稳定性降低 失去保护作用失去保护作用 力学性能改变力学性能改变 更易剥离更易剥离半导体性能改变半导体性能改变 更易破坏更易破坏成分改变成分改变 更易断裂更易断裂一、腐蚀简介氢与腐蚀：中原油田采油院腐蚀产物膜类型：致密型（包括钝化膜）、疏松型腐蚀产物膜性能决定了腐蚀的速度和类型：如：钝化膜 腐蚀产物膜导致的膜致应力和脆性开裂

2、某些低合金耐蚀钢材的设计思路与腐蚀产物膜有关。一、腐蚀简介腐蚀产物膜与腐蚀：中原油田采油院2.1 油气井生产系统中的腐蚀分为内腐蚀和外腐蚀1）内腐蚀 指油管、套管、采气树系统、站场设备与集输管道的内壁腐蚀。2）外腐蚀 在井下指套管外壁和水泥环受地层水或注入污水中腐蚀性组分的腐蚀（对于非封隔器完井的油气井的油管也存在外壁腐蚀的问题。）集输系统中指土壤和大气对集输管线的腐蚀。二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院2.1.1油气井的腐蚀介质和腐蚀环境 油气井的腐蚀与产出流体中的腐蚀介质、腐蚀环境及材料的选用和结构等因素有关。各因素间存在交互作用，使井与井之

3、间、同一口井的不同部位、同一口井的不同开采时间的腐蚀严重程度有差异甚至差异较大。腐蚀性介质包括：（1）动态产出物的腐蚀性组分（2）注入的腐蚀性组分（3）非产层地层中含腐蚀性组分二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院（1）动态产出物的腐蚀性组分二氧化碳硫化氢、元素硫及有机硫等含硫组分氯离子浓度较高的地层水或注水开采过程中的注入水以及气井的凝析水建井和井下作业中进入的氧或其他酸性材料（如酸压作业）硫酸盐及硫酸盐还原菌、碳酸盐类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院（2）注入的腐蚀性组分注入水增产措施：酸化作业时

4、的残酸、注聚合物提高采收率时注入的聚合物、回注二氧化碳强化采油工艺时注入的二氧化碳等凝析气藏、干气回注、其他回注中的二氧化碳稠油热采注入的高温水蒸气二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院（3）非产层地层中含腐蚀性组分酸性气体：H2S、CO2、H+溶解氧气：O2盐粒子：HCO3-、SO42-、Cl-、OH-细菌：如硫酸盐还原菌，嗜氧菌注入水泥质量差或井下作业欠妥造成的层间窜流，产层流体窜到非产层段。二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院 2.2 油气井的腐蚀环境 油气井的腐蚀环境包括不同部位的压力、温度、流态

5、和流场。这些因素又引起系统相态变化，变化过程伴有气体溶解、逸出、气泡破裂等，在流道壁面产生剪切及气蚀，机械力与电化学腐蚀协同作用加剧了腐蚀。流道直径变化、流向改变都会引起压力、温度、流态及流场变化，加剧腐蚀。在油气井开采过程中，腐蚀性组分含量常常是变化的。特别是随开采期的延长，地层水含量往往呈增加趋势，有时也会出现硫化氢含量随开采期延长而增加的现象。不同材料接触或连接会有电位差，有的地层或井段会与套管形成电位差，电位差是油气井的腐蚀环境的重要组成部分。构件（油管、套管、采气井口、采油树等）的应力状态和应力水平也是重要的腐蚀环境。二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分

6、类中原油田采油院2.3 主要腐蚀性组分的腐蚀机理及腐蚀类型硫化氢腐蚀元素硫腐蚀二氧化碳腐蚀地层水及氯化物等盐类的腐蚀氧腐蚀细菌腐蚀腐蚀性组分相互作用下的腐蚀酸腐蚀二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院（1）硫化氢腐蚀 干燥的干燥的H H2 2S S对金属材料无腐蚀破坏作用，对金属材料无腐蚀破坏作用，H H2 2S S只有溶解在水中才具有腐蚀性。只有溶解在水中才具有腐蚀性。美国腐蚀工程师协会（NACE）的MR0175-2003标准对于湿H2S环境的定义是：（1）酸性气体系统：气体总压0.45MPa，并且H2S分压0.0003MPa；（2）酸性多相系统：

7、当处理的原油中有两相或三相介质（油、水、气）时，条件可放宽为：气相总压1.83MPa且H2S分压0.0003MPa；当气相压力1.83MPa时，满足H2S分压0.07MPa，或气油比142亦或气相H2S含量超过15%三个条件之一。二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院 钢材受到H2S腐蚀以后阳极的最终产物是硫化亚铁，该产物通常是一种有缺陷的结构，它与钢铁表面的粘结力差，易脱落，易氧化，且电位较正，因而作为阴极与钢铁基体构成一个活性的微电池，对钢基体继续进行腐蚀。二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类湿硫化氢中的湿硫化氢中

8、的电化学腐蚀电化学腐蚀中原油田采油院二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类 氢进入金属基体并在晶体缺陷处积聚形成内压巨大的氢气泡。湿硫化氢中的氢鼓泡和氢脆湿硫化氢中的氢鼓泡和氢脆ab中原油田采油院 在拉伸应力作用下，通过扩散，在冶金缺陷提供的三向拉伸应力区富集而导致的开裂，开裂垂直于拉伸应力方向 二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类湿硫化氢中应力腐蚀开裂湿硫化氢中应力腐蚀开裂中原油田采油院 提高钢抗硫能力的办法：提高钢抗硫能力的办法：升高氢致开裂的临界氢浓度升高氢致开裂的临界氢浓度。降低进入试样的总氢浓度降低进入试样的总氢浓度。升高

9、陷阱中氢浓度。升高陷阱中氢浓度。降低夹杂的应力集中系数降低夹杂的应力集中系数K Kt t。C CCTCT临界氢浓度临界氢浓度 C CT T总氢量总氢量二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类抗硫钢的设计思想抗硫钢的设计思想中原油田采油院（2）元素硫腐蚀 硫具有强氧化性，有元素硫时，可以使得碳钢的腐蚀失重呈数量级增加。发生歧化反应：二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类HyOSHSyOyHSyxyx)1()1()1(22 元素硫对镍基合金局部腐蚀的促进作用主要发生在高于元素硫熔点（112.8）的高温条件下。中原油田采油院二、油气田腐蚀腐蚀

10、机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类普光集输系统硫沉积堵塞普光集输系统硫沉积堵塞中原油田采油院（3）二氧化碳腐蚀 CO2腐蚀在油气工业中叫做甜腐蚀（Sweet Corrosion），是相对于H2S腐蚀（Sour Corrosion）。二氧化碳溶于水对钢铁具有强烈的腐蚀，由此而引起的材料破坏统称为二氧化碳腐蚀。CO2极易溶于水，溶于水后得到碳酸，释放出氢离子，氢离子是强去极化剂，极易夺取电子还原，促进阳极铁溶解而导致腐蚀。CO2腐蚀最典型的特征是呈现局部的点蚀，轮癣状腐蚀和台面状坑蚀。其中，台面状坑蚀过程是最严重的一种情况，这种腐蚀速度可达20mm/a。相同pH值下，对钢铁的腐蚀比

11、盐酸还严重。抗CO2腐蚀用主要是提高钢的耐电化学腐蚀能力，可以选用马氏体不锈钢或选用能在腐蚀环境中形成致密的腐蚀产物膜的碳钢。二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院（4）地层水及氯化物等盐类的腐蚀（1）高矿化度盐水腐蚀的普遍性 地层水可能不同程度地溶解有氯化物、硫酸盐、碳酸盐等可溶性盐类，他们对油套管及设备的腐蚀大体有几个类型：电化学腐蚀 对某些钢材的应力腐蚀 在硫化氢和二氧化碳共存时相互作用，加剧腐蚀和应力腐蚀 与地层水类似的还有：注水腐蚀、高浓度完井液腐蚀、注热蒸汽稠油开采的水腐蚀、地热井开采的腐蚀，盐化工井的腐蚀。二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及

12、分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院（2）溶解盐的腐蚀及相互作用 氯离子可以使钢表面的保护层不稳定，使得管壁形成的腐蚀产物很疏松。在疏松的垢下形成各种浓差电池腐蚀，如盐浓差、氢浓差、氧浓差电池、缝隙腐蚀等腐蚀形式。细菌的大量活动以及细菌分泌黏液的增多，使得结垢更为严重，进而造成恶性循环。二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院（5）氧腐蚀 在注入水或者注入的其他工作液中，不可避免的要混入氧。发生吸氧腐蚀。二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类钢铁的钢铁的吸氧腐蚀吸氧腐蚀示意图示意图2Fe+2H2O+O2=2

13、Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3Fe(OH)3Fe2O3xH2O中原油田采油院（6）细菌腐蚀 由细菌生命活动引起或促进材料的腐蚀破坏称为细菌腐蚀。地层水中含有硫酸盐还原菌、铁细菌、硫细菌等菌种。在油田生产系统中，硫酸盐还原菌(SRB)是微生物腐蚀(MIC)的主要因素之一。SRB是一种以有机物为养料的厌氧性细菌，能在pH值为510、550范围内生长，有些SRB甚至能在100、50 MPa，以至更高的情况下生长。研究发现，SRB在厌氧条件下大量繁殖，将SO42-还原成H2S，产生粘液物质，加速垢的形成。油井管柱在SRB菌落下易发生局部腐蚀，以致出现穿孔，造成巨大的经

14、济损失。二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院（7）腐蚀性组分相互作用及对腐蚀的影响（a）硫化氢和二氧化碳共存对腐蚀的影响 H2S和CO2共同存在下具有协同作用，CO2的存在可以降低pH值，提高硫化物应力腐蚀的敏感性；H2S可以破坏CO2腐蚀产生的保护膜，使得腐蚀速度持续增加，并作为毒化剂，加速CO2腐蚀过程中产生的氢原子进入钢材基体。同时具有H2S和CO2腐蚀的特点，也包括一些共同作用下的特点。但最重要的还是需要防止H2S引起的脆性开裂。二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院（b）H2S+CO2+Cl-腐

15、蚀 Cl-的存在往往会阻碍保护性的腐蚀产物膜在钢铁表面的形成，从而加剧腐蚀。Cl-可以通过钢铁表面腐蚀产物膜的细孔和缺陷渗入其膜内，使膜发生显微开裂，生成点蚀核，并由于Cl-的不断移入，在闭塞电池的作用下，形成点蚀。二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院（C）氧气和二氧化碳的共存对腐蚀的影响 氧气和二氧化碳的共存会使腐蚀程度加剧，氧气在二氧化碳腐蚀的催化机制中起了很大作用。当钢铁表面未生成保护膜时，氧气的含量越高腐蚀速率越大；当钢铁表面已生成保护膜时，氧气的含量对其腐蚀的影响较小，几乎不起作用。在饱和氧气的溶液中，二氧化碳的存在会大大提高腐蚀速率，二

16、氧化碳在腐蚀溶液中起催化作用。二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院(8)酸腐蚀 酸化作业中，排液不彻底，挤入地层的酸没有被完全排出，并在井底形成积液，使下部的pH值下降，氢离子浓度增加，铁与酸剧烈反应，使油管腐蚀速度增加，造成腐蚀损坏。如果井下同时有硫化氢存在，那么硫化物应力腐蚀开裂将使一个严重的问题，同时，井下的温度较高，氢的去极化腐蚀加剧。二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院2.4 酸性气田的腐蚀形式（一）环境断裂（一）环境断裂 1.1.应力腐蚀应力腐蚀 2.2.氢脆与氢损伤氢脆与氢损伤 3.3.腐

17、蚀疲劳腐蚀疲劳（二）电化学腐蚀 1.电偶腐蚀 2.点腐蚀 3.缝隙腐蚀 4.杂散电流腐蚀（三）流体力学化学腐蚀 1.冲刷腐蚀 2.空泡腐蚀（四）化学腐蚀二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院三个基本条件:敏感材料、特定环境、应力.几乎所有金属的合金在特定环境中都有某种应力腐蚀敏感性。每种合金的应力腐蚀断裂只是对某些特定的介质敏感 发生应力腐蚀必须有应力作用。敏感介质敏感介质材料材料应力应力SCC二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类（1）应力腐蚀 应力腐蚀容易导致无预兆的灾难性事故。涉及材料学、应力腐蚀容易导致无预兆的灾

18、难性事故。涉及材料学、电化学和力学三方面的因素，是最为复杂的一种腐蚀形电化学和力学三方面的因素，是最为复杂的一种腐蚀形式。全世界式。全世界70%以上的腐蚀研究经费投入在应力腐蚀领以上的腐蚀研究经费投入在应力腐蚀领域。域。中原油田采油院应力腐蚀裂纹形貌沿晶IGSCC穿晶TGSCC混合型二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院应力腐蚀的特点 具有一定的选择性 裂纹扩展速率可达均匀腐蚀速度的106倍 产生应力腐蚀的多为拉应力 发生应力腐蚀的主要是合金，纯金属很少 有潜伏期 断口呈现脆性断裂形貌 有临界电位范围 大多数体系存在一个临界断裂应力KISCC二、油气

19、田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类应力腐蚀的研究状态：应力腐蚀的研究状态：两个流派：材料学派和电化学学派两个流派：材料学派和电化学学派两种观点：脆化和加速溶解两种观点：脆化和加速溶解共识：没有一种机理可以解释应力腐蚀的所有现象，一种体系一种机理。共识：没有一种机理可以解释应力腐蚀的所有现象，一种体系一种机理。中原油田采油院氢的来源：1.内氢 指材料使用前内部就已存在氢，是在冶炼、热处理、酸洗、电镀、焊接氢过程中吸收的氢。2.外氢或环境氢 指材料本身氢含量很小，但使用中从能提供氢的环境吸收的氢，与与氢接触或电化学腐蚀阴极析氢反应。（2）氢脆与氢损伤二、油气田腐蚀腐蚀机理

20、、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院 氢致开裂的类型 按氢脆敏感性与应变速率的关系可以分为两大类。第一类氢脆氢脆敏感性随应变速率的增加而增加（内部存在裂纹源）；氢腐蚀，氢鼓泡和白点，氢化物型氢脆。第二类氢脆氢脆敏感性则随应变速率增加而降低（内部没有裂纹源）。不可逆性氢脆（应力诱发氢化物型氢脆）可逆氢脆（高速变形及应力去除脆性消失）二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院（3）腐蚀疲劳 疲劳是指材料在交变应力作用下导致疲劳裂纹萌生、亚临界扩展，最终失稳断裂的过程。材料在腐蚀环境中的疲劳行为称为腐蚀疲劳，是腐蚀和疲劳共同作用的结果。

21、由于腐蚀作用，疲劳裂纹萌生所需时间及循环周次都有减少，裂纹扩展速度增大。钻井过程中钻杆以及采气过程中集输管线和油管均容易发生腐蚀疲劳。腐蚀疲劳和应力腐蚀不同，不仅发生在合金中，也会发生在纯金属中。二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院(4)电偶腐蚀：又名接触腐蚀或双金属腐蚀，当两种金属或合属接触时，两金属之间存在着电位差，由该电位差使电偶电流在它们之间流动，使电位较负的金属腐蚀加剧，而电位数正的金属受到保护。这种现象称电偶腐蚀、异金属腐蚀或接触腐蚀。特点：两种金属的电位差愈大，电偶腐蚀愈严重 阴阳极的面积比越大，腐蚀越严重 溶液电导率越小，有效距离越

22、小，局部腐蚀越严重哪种金属先腐蚀取决于在实际环境中的电偶序 牺牲阳极法阴极保护的理论基础二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院(5)点蚀 点蚀（点腐蚀）又称是小孔腐蚀（孔蚀），常见的局部腐蚀形式之一，它集中于金属表面很小范围内，并深入到金属内部。蚀孔的直径等于或小于其深度。蚀孔口多数有腐蚀产物覆盖。二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院(6)缝隙腐蚀 能引起缝隙腐蚀的宽度一般为0.0250.1mm，宽度大于0.1mm缝隙内介质由于不会形成滞流，不会产生腐蚀。若缝隙过窄，介质进不去，也不会形成缝隙腐蚀。二、油

23、气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院(7)杂散电流腐蚀 输送管或油气井套管外部可能存在杂散电流腐蚀，它可以是大地电流，也可以是阴极保护的杂散直流电源。二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院(8)冲刷腐蚀 冲刷腐蚀可以包含在流动腐蚀类型中，冲刷腐蚀主要指流动的机械力破坏金属的保护膜。金属的保护膜被腐蚀介质溶解，或保护膜与金属基体附着力差，再加上流动的机械力冲刷，而这协同作用就会加剧腐蚀。空泡腐蚀：又称为气蚀，发生的条件是：液相与管壁接触且与管壁存在一定的相对速度。在流动过程中，流场发生突变，产生较大的扰动。在油管

24、挂及四通、三通、弯头等部位经常出现 湍流腐蚀：是指冲蚀和腐蚀共同作用而引起的钢铁表面损伤现象。这种算上比冲蚀和腐蚀单独作用时所造成的损伤的总和大。在油管、管道弯头、阀杆、阀座等处经常出现。固体颗粒冲击：油气井出沙形成固体颗粒冲蚀腐蚀。高速流动的微小颗粒冲向金属壁面，通过微力学形变和微断裂，使金属材料被剥离。二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类二、油气田腐蚀腐蚀机理、现象及分类中原油田采油院 基本的防腐方法：依靠材料本身防腐依靠材料本身防腐 最可靠最可靠 减缓腐蚀的结构设计减缓腐蚀的结构设计 需要得到重视需要得到重视 表面工程 经济性好 缓蚀剂 使用方便 电化学保护 投资较大、效果较好 介质处理

25、特殊情况下才能使用 根据实际情况，组合使用上述方法，得到的效果往往大于单独使用一种防腐方法。3.1 防腐方法选择防腐方法选择三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院 3.1.1表面工程工艺实现手段电镀或化学镀合金电镀、复合电镀、电刷镀、非晶态电镀和非金属电镀化学镀、化学复合镀涂装特殊用途、特殊类型的新涂料和涂装工艺堆焊埋弧自动堆焊、振动电弧堆焊、CO2保护自动堆焊和等离子堆焊热喷涂火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂和爆炸喷涂热扩渗固体渗、液体渗、气体渗和等离子渗化学转化膜化学氧化、阳极氧化、磷酸盐膜和铬酸盐膜彩色金属整体着色、吸附着色及电解着色气相沉积化学气相沉积和物理气相沉

26、积三束改性激光束改性、电子束改性和离子束改性 三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院 缓蚀剂是一种当它以适当的浓度和形式存在于环境(介质)中时，可以防止或减缓工程材料腐蚀的化学物质或复合物质。酸性气田中常用季铵盐类和咪唑啉类。分类：根据控制部位：阴极型、阳极型、混合型 根据保护膜类型：氧化膜型、沉淀膜型、吸附膜型 为了能正确选取适用于特定系统的缓蚀剂，不进要考虑特定系统的组成、运行参数及可能发生的腐蚀类型，还应该按实际使用条件进行必要的缓蚀剂评价试验。所选用的缓蚀剂必须满足闪点、凝固点、现场工艺要求、配伍性、缓蚀率以及不会引发应力腐蚀和局部腐蚀等要求。三、材料选用与防腐

27、蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计3.1.2 缓蚀剂缓蚀剂中原油田采油院三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计3.1.3 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护阴极保护阴极保护阳极保护阳极保护牺牲阳极法牺牲阳极法外加电流法外加电流法中原油田采油院3.2材料的选用材料选择原则：一是适用性原则 二是经济性原则考虑优先级：环境断裂电化学腐蚀 材料防腐缓蚀剂等其他手段腐蚀速率要求不得超过0.076mm/a，三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院3.2.1 防腐材料选择程序、选材依据：列出对材质的要求利用经验找出可能使用的材质根据应考虑的因素进行适应性评价试验选择最经济的

28、材料三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院3.2.2影响材料在腐蚀性环境开裂的主要因素 1）冶金因素：化学成分、热处理、微观结构、屈服和拉伸强度/硬度、冷加工变形、制造流程 2）应力状态 残余应力、外部应力、应力加载方式 3）硫化氢环境材料临界应力强度因子KISSC三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院3.2.3选用碳钢和低合金钢时需要考虑的因素选用碳钢和低合金钢时需要考虑的因素化学成分、制造方法、成形方式、强度、材料的硬度和局部变化、冷加工量、热处理条件、材料微观结构、微观结构的均匀性、晶粒大小和材料的纯净度；H2S分压或在水相中的当量浓度；水

29、相中的Cl-浓度；水相酸碱值；是否存在元素硫或其他氧化剂；非产层流体侵入或与非产层流体接触；温度；应力状态及总拉伸应力（外加应力和残余应力）；1.暴露时间。三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院3.2.4耐蚀合金选用时需要考虑的因素：（1）气相中CO2分压；（2）气相中H2S分压；（3）使用的温度；（4）水相的碱性（pH值）；（5）Cl-或其他卤化物的浓度；（6）是否有元素硫存在。三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计材料类别在H2S环境中潜在的开裂机理备注SSCSCCGHSC奥氏体不锈钢SPS某些

30、冷加工的合金，因含有马氏体所以对SSC或HSC敏感固溶镍基合金SPS冷加工状态和/时效状态的镍基合金含有次生相，而且当与钢形成电偶时，可能对HSC敏感。这些合金在很强的冷加工和充分时效的状态下，与钢耦合时，可能产生HSC铁素体不锈钢PP马氏体不锈钢PSP不管是否含有残余奥氏体，含Ni和Mo的合金都可能遭受SCC双相不锈钢SPS当温度低于最高使用和实验温度时，开裂敏感性可能最高，因此应考虑超过任一温度的范围值。沉淀硬化不锈钢PPP沉淀硬化镍基合金SPP冷加工状态和/或时效状态的某些镍基合金含有次生相，而且当与钢形成电偶时，可能对HSC敏感中原油田采油院三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀

31、设计3.2.53.2.5材料材料初步选择初步选择中原油田采油院三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院3.2.63.2.6材料服役安全性能评价材料服役安全性能评价（1 1）抗应力腐蚀性能测定方法）抗应力腐蚀性能测定方法 NACE TM 0177-2005提供了四种测定应力腐蚀实验方法和判别标准。包括：(1)方法A（恒载荷拉伸实验）(2)方法B（弯梁实验）(3)方法C（C形环法）(4)方法D（双悬臂梁，DCB实验）另有慢拉伸速率应变法（SSRT法）等。三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院（2）材料耐氢脆能力测定方法：要求：裂纹面积比（CSR）2%，

32、裂纹长度比（CLR）15%，裂纹厚度比（CTR）5%三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院（3）材料电化学腐蚀速率测定：模拟环境，油气井用材料经常采用高温高压反应釜进行挂片试验，测定腐蚀失重速率以及点蚀情况。经常需要测定电偶腐蚀的腐蚀速率。三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计缺陷在于：缺陷在于：所得腐蚀数据是概率值所得腐蚀数据是概率值 大多数的腐蚀破坏以局部腐蚀为主大多数的腐蚀破坏以局部腐蚀为主 腐蚀速率并非是不变的腐蚀速率并非是不变的 承受应力或氢侵入时腐蚀速率会增加承受应力或氢侵入时腐蚀速率会增加(1)(1)需要研究所承受的应力、腐蚀产物膜的性能需要研究

33、所承受的应力、腐蚀产物膜的性能以及氢的渗透与破坏。以及氢的渗透与破坏。中原油田采油院 （4）耐蚀性评价中应注意的几个问题（1）任何时候，任何情况下都不要假定或推测材料的使用环境条件，不要在“可能”、“大概”的前提下去选择材料。（2）既要考虑材料的优点，更要注意材料的弱点和可能发生的腐蚀问题。（3）使用不同材料组合时，要考虑材料之间的相容性。（4）材料的性能不是恒定的，经过实际使用时由于应力作用下的形变和环境氢的渗入，材料性能本身可能发生改变。因此需要重视设备实际使用经验，积累腐蚀数据、案例，特别是设备腐蚀破坏事故的有关资料。三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院三、材料

34、选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计（1）系统中油、气、水的流动方向发生突变的位置。在这些部位往往容易产生湍流和流速的急剧变化。（2）系统中存在死角、缝隙、旁路支管、障碍物或其它呈突出状态的部位。这些部位容易腐蚀，原因有三：一是这些部位容易产生滞留区，沉积物或腐蚀产物的积聚容易引发形成闭塞电池；二是这些区域形状特点会造成这些部位的局部腐蚀气体的分压升高；三是这些部位容易发生湍流引起冲刷腐蚀。（3）设备装置的受应力区。如焊缝、铆接处、螺纹连接处，经受温度交替变化或应力循环变化的区域。这些部位易产生应力腐蚀、焊缝腐蚀、缝隙腐蚀和腐蚀疲劳等。（4）设备中两种金属接触部位，易发生电偶腐蚀。3.3

35、防腐蚀结构设计防腐蚀结构设计3.3.1易发生腐蚀的部位易发生腐蚀的部位中原油田采油院三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计 3.3.2 高酸性气田腐蚀控制对管柱及采气站场结构设计的一般要求：（1）注意材料的相容性和设备之间的相互腐蚀性影响。避免强电偶连接和大阴极小阳极的连接方式。（2）管柱和设备的结构应尽可能简单，减少腐蚀电池形成的机会。（3）管壁的表面状态应当均匀、平滑、清洁，上扣机具不应造成大的压痕（如普光采用的微压痕钳上扣）。(4)结构上应尽量避免缝隙、液体停滞、应力集中、局部过热等不均匀因素。（5）管柱和流体通道内应避免流速突然变化和发生湍流。（6）防止单质硫沉积和水合物的形

36、成中原油田采油院尽量集中附件、简化主体设计不良良入孔安全阀排出管排出管入孔安全阀三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院表面;应简单、平滑、清洁，避免尖角和切痕。焊缝应整理和打磨，除去凹出物，填充孔隙，突出的紧固件愈少愈好尖角粗糙雪痕圆角平滑不良良I不良（焊接缺陷）良良（磨去凸出物良（填充孔隙）最好较好三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院3.3.3 防腐蚀结构设计的若干细则（1）排液防止液体停滞 金属结构和设备的外形应避免积水，减少易积水的间隙，凹槽和坑洼；贮罐和容器的内部形状应有利于液体排放；管道系统内部要流线化，使流动顺畅；三、材料选用与防腐

37、蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院不良（聚积沉淀）不良（液体停滞）良良（卧式容器向出口倾斜）贮罐和容器应有利于排液三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院（2）消除温度不均避免局部过热：被焊组件的厚度不要相差很大；和高温气体接触的设备，要避免局部地区温度偏低。三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院不良（钢支柱散热）良（避免形成冷凝液）保温时避免形成“冷点“热气体冷凝液隔热材料热气体三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院（3）避免(或减少)电偶腐蚀影响 用绝缘材料把异金属部件隔离；降低异金属部件之间的电位差异；降低电

38、偶对结合处环境的腐蚀性，保持干燥；增加异金属部件在溶液中的距离(不要靠得太近)使腐蚀电池溶液通路的电阻增加；三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院用绝缘的方法防止电偶腐蚀绝缘垫片绝缘垫片绝缘套管管道阀三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院（4）避免缝隙 选择适当的联接方式，对于不可拆卸联接，只要 允许，应优先选用；当设计中缝隙不可以避免时，可以采取适当措施 防止形成闭塞条件；固体悬浮物质的沉积以及SRB腐蚀是造成缝隙的另一个重要原 因。三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院缝隙用焊接代替铆接和螺纹联接不良不良好不良（螺纹联

39、接）良（钎焊）三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院（5）减少冲刷(磨损)改善流体的流动状态，减少湍流和涡旋的形成；流速要适当。避免流动方向突然改变，以减小流体的冲击作用。管道系统中流动截面积不要突然改变，以避免扰动流动状态。减少气体中夹带悬浮固体物质，除去气体和蒸气中的冷凝液滴，可以大大降低液流和气流对设备的磨损。三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院冲刷避免流动方向突然变化d良不良最小3ddd最小长度3d最小半径3d不良良良三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院消除残余应力影响的措施（1）避免局部应力集中（2）考虑设备

40、在运行中因热膨胀、震动、冲击等原因可能引起的变形。（3）用热处理、振动时效、超声波时效消除残余应力，如焊接残余应力。（4）用表面喷丸、喷砂、锤打等方法消除表面用表面喷丸、喷砂、锤打等方法消除表面拉应力并引入压应力，可以增加合金材料抵拉应力并引入压应力，可以增加合金材料抵抗应力腐蚀破裂的能力，也可以大幅度提高抗应力腐蚀破裂的能力，也可以大幅度提高材料材料抗腐蚀疲劳抗腐蚀疲劳的能力。的能力。三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计（6 6）消除应力）消除应力 中原油田采油院10-410-310-210-110010110210310410-410-310-210-1100101102103

41、104SM-2050C276SM-2535、SM-2550、028、G3、825、718、925H2S 分压(atm)CO2 分压(atm)3.4 3.4 普光气田的防腐普光气田的防腐蚀设计实例蚀设计实例三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计1）高含H2S与CO22）高温高压，流体在井筒内可能处于超临界状态3）地层水矿化度高，Cl-含量高4）不含凝析油，有元素硫析出3.4.1材料选择材料选择中原油田采油院整套油管全部采用抗整套油管全部采用抗H H2 2S S和和COCO2 2的的G3G3高高镍基合金钢。镍基合金钢。套管下部采用套管下部采用825825合金钢，上部采用合金钢，上部采用高

42、抗硫钢高抗硫钢110SS110SS，下永久式封隔器。，下永久式封隔器。环空加高浓度缓蚀剂保护液。环空加高浓度缓蚀剂保护液。套管和井口连接位置、套管下部高合套管和井口连接位置、套管下部高合金钢和抗硫碳钢连接位置是发生电偶腐蚀金钢和抗硫碳钢连接位置是发生电偶腐蚀的敏感部位的敏感部位。电偶腐蚀电偶腐蚀电偶腐蚀电偶腐蚀3.4.2 管柱设计管柱设计三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院微牙痕作业工具微牙痕作业工具大钳作业与微牙痕作业对油管损害对比大钳作业与微牙痕作业对油管损害对比微牙痕作业微牙痕作业大钳作业大钳作业 油管的机械损伤会大大降低油管的抗油管的机械损伤会大大降低油管的抗

43、SSCSSC能力，必须能力，必须采用专用的下井工具，减少对油管的损伤，同时保证对采用专用的下井工具，减少对油管的损伤，同时保证对油管丝扣的密封性能。油管丝扣的密封性能。3.4.3专用工具专用工具三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计中原油田采油院 VAM TOP扣和套管组成连接后内部平滑，消除涡流 密封面在端部，形成的缝隙非常狭小，降低缝隙腐蚀 整体分散应力，避免与流体接触区域产生过大的应力集中三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计3.4.4扣型选择扣型选择中原油田采油院1随时掌握系随时掌握系统的腐蚀趋统的腐蚀趋势与动态。势与动态。2判断腐蚀控判断腐蚀控制技术措施制技术措施

44、的实施效果的实施效果。3及时发现不及时发现不正常的腐蚀正常的腐蚀因素。因素。4实施有效腐实施有效腐蚀管理的基蚀管理的基本保证。本保证。四、腐蚀的监测与检测四、腐蚀的监测与检测 腐蚀监腐蚀监/检测就是利用各种手段对材料检测就是利用各种手段对材料/设备的腐蚀速率以及腐蚀状况进行测量。设备的腐蚀速率以及腐蚀状况进行测量。分为离线检测和在线监测：分为离线检测和在线监测：离线检测：设备运行一段时间后，检查设备的腐蚀状况，如有无裂纹，剩余离线检测：设备运行一段时间后，检查设备的腐蚀状况，如有无裂纹，剩余 壁厚，剩余强度等。壁厚，剩余强度等。在线监测：设备处于运行状态，利用各种探头测量其腐蚀速率，以及能影响

45、在线监测：设备处于运行状态，利用各种探头测量其腐蚀速率，以及能影响 腐蚀速率的各种工艺参数，并据此调整工艺参数，控制腐蚀的发腐蚀速率的各种工艺参数，并据此调整工艺参数，控制腐蚀的发 生与发展，使设备处于良好的可控运行状态。生与发展，使设备处于良好的可控运行状态。中原油田采油院4.2 4.2 油气田的腐蚀检测与检测：油气田的腐蚀检测与检测：4.2.14.2.1井筒的腐蚀监测：井筒的腐蚀监测：井下挂环、井径法、电磁探伤测井、井下超声电视测井等井下挂环、井径法、电磁探伤测井、井下超声电视测井等4.2.24.2.2地面设施的腐蚀监测地面设施的腐蚀监测全面腐蚀全面腐蚀 :电阻探针电阻探针 (ER)(ER

46、)电感探针电感探针挂片法挂片法线性极化探针线性极化探针 (LPR)(LPR)电指纹法电指纹法氢探针氢探针局部腐蚀局部腐蚀:电化学噪声电化学噪声 (仅仅定性的仅仅定性的)智能清管智能清管耦合多电极矩阵传感器耦合多电极矩阵传感器(定量的定量的,0.02 mpy or 0.5,0.02 mpy or 0.5 m/yr)m/yr)四、腐蚀的监测与检测四、腐蚀的监测与检测中原油田采油院电感探针电化学探针电阻探针电阻探针耦合多电极挂片中原油田采油院监测方法对比监测方法对比方法名称主要原理适用介质环境得到信息优点缺点挂片（挂环）通过金属挂片损耗量除以时间来确定腐蚀速率。任何环境1 整个试验周期内的平均腐蚀速

47、度2.确定腐蚀类型1费用少2测定腐蚀与结垢量，确定腐蚀类型3能鉴别局部腐蚀测量周期长电阻探针(ER)测量电阻探头的金属损耗量而测量腐蚀。探头腐蚀后面积减小，电阻增大。任何环境1配合自控和数据处理技术，可以连续测量腐蚀速率的变化1适用范围广2测定时间较短不能鉴别局部腐蚀线性极化(LPR)用两电极或三电极测量极化电阻。电解质溶液介质瞬时腐蚀速率实现实时监测只适用于导电介质介质分析通过与腐蚀过程相关成分分析判断腐蚀趋势任何环境引发腐蚀因素的强弱1费用少2现场容易实施成分与实际失重腐蚀无定量的对应关系四、腐蚀的监测与检测四、腐蚀的监测与检测中原油田采油院监测方法对比监测方法对比方法名称主要原理适用介质

48、环境得到信息优点缺点氢通量法通过测量氢探头内压力的变化预测腐蚀的变化有H2S存在或其它可能引起氢脆的介质环境腐蚀环境的变化测定氢通量，反映H2S腐蚀变化不能反映腐蚀速率电指纹(FSM)通过在给定范围电场变化的测量，对实施部位进行监测。金属管道和容器给定范围的电场变化与初始值的对比非插入式，无损监测1 监测部位单一2 投入成本高电感探针通过检测电磁场的变化检测金属腐蚀任何环境检测电磁场强度变化灵敏度高，反应快探针使用时间较短智能清管器监测与清管结合，通过植入漏磁检测内壁腐蚀情况集输管道通过检测了解内壁腐蚀状况对管道内壁腐蚀情况可直接了解受管径和结构限制四、腐蚀的监测与检测四、腐蚀的监测与检测中原

49、油田采油院各种腐蚀测量方法都由各种腐蚀测量方法都由其优越性和局限性。要其优越性和局限性。要实现准确的测量和迅速实现准确的测量和迅速控制，单一的测量方法控制，单一的测量方法是不能满足要求的。需是不能满足要求的。需要多种技术的联合使用要多种技术的联合使用才能达到目的。才能达到目的。监测方法的选择监测方法的选择四、腐蚀的监测与检测四、腐蚀的监测与检测中原油田采油院利用细小的金属丝来利用细小的金属丝来模拟金属腐蚀的微小模拟金属腐蚀的微小阳极或阴极区域。通过阳极或阴极区域。通过测量电极间的电流大小测量电极间的电流大小及流动方向来得知不同及流动方向来得知不同金属丝的腐蚀程度。金属丝的腐蚀程度。CMAS原理

50、原理:实物图实物图 几种新兴的监测技术几种新兴的监测技术四、腐蚀的监测与检测四、腐蚀的监测与检测耦合多电极法耦合多电极法中原油田采油院CMAS原理原理 四、腐蚀的监测与检测四、腐蚀的监测与检测耦合多电极法耦合多电极法中原油田采油院 由美国西南研究院开发，基于磁致伸缩效应（Magnetostrictive Sensor，MsS）的长距离超声导波系统，在管道检测的精度对外宣称为2%-3%，据研究认为该技术可以发现管道发生的腐蚀缺陷，并较为准确地确定其长度方向上的位置，但不能确定缺陷的性质，需要通过其他检测手段进行确认。同时，该技术现场检测的有效长度受到焊缝、支架、弯管等因素的影响较大。四、腐蚀的监