井底多相介质中S135钢腐蚀影响因素分析

模拟空气钻井中高温高压多相介质腐蚀环境,考察了温度、Cl^-含量、Ca^2＋含量、Mg^2＋含量、空气压力、钻屑量、钻屑粒度、转速、pH值对S135钢的腐蚀影响。结果表明：腐蚀速率随温度、Cl^-含量、Ca^2＋、Mg^2＋含量、空气压力或转速的升高而增大,在低温或低压下,腐蚀为均匀腐蚀;高温或高压下,呈现非均匀腐蚀现象。随腐蚀介质中钻屑量的增多,钢片磨蚀作用增强,腐蚀速率逐渐增大;钻屑粒度越大,则其磨蚀作用越强,腐蚀越明显;均匀混合的钻屑较单一级配的钻屑对钢片的磨蚀程度大。腐蚀速率随pH值的升高而降低,碱性条件有利于防腐。灰关联分析结果表明,各影响因素作用由大到小依次是：温度〉pH值〉空气压力〉Cl^-含量〉钻屑量〉转速〉Ca^2＋、Mg^2＋含量〉钻屑粒度。     

P110钢在有机盐完井液中的腐蚀行为

模拟油田腐蚀环境考察了有机盐完井液密度、温度、CO2分压、pH值等对P110钢腐蚀行为的影响。结果表明：随完井液密度的增加，P110钢平均腐蚀速率逐渐降低，密度越高，腐蚀产物膜的晶粒越均匀、细小、晶粒间堆积越致密，利于阻止腐蚀介质的侵入；温度越高，腐蚀越严重，低温时试片表面光亮，高温时存在点蚀坑较多的局部腐蚀；随CO2分压增加，平均腐蚀速率先是升高然后降低，在2．0MPa时出现最大值；随pH值增加，P110钢腐蚀速率逐渐下降。认为P110钢在高温（120℃）或低密度（1．05g／cm^3）下存在严重的局部腐蚀，应考虑防腐。     

大庆油田深层气井CO2腐蚀规律及防腐对策

气井防腐是天然气开采过程中的一个重要方面.CO2对管柱钢材的腐蚀主要是由于天然气中的CO2溶解于水中生成碳酸后引起的电化学腐蚀.通过对N80和P110试样的失重法实验分析表明:在60 ℃～110 ℃温度区间内,局部腐蚀突出;CO2分压增加,腐蚀速率呈增大趋势,腐蚀形态以均匀腐蚀为主;流速增加,使腐蚀速率增大;pH值增大可降低腐蚀速度;凝析水的总矿化度与腐蚀速率呈负相相关关系,即矿化度越高,腐蚀速率越低,而部分负离子的存在会增大腐蚀速率;抗腐蚀合金钢(含Cr钢体)依靠自身的耐腐蚀性能抵抗CO2腐蚀,可以降低CO2的腐蚀速率;腐蚀产物膜对钢体有保护作用,也能降低腐蚀速率.在研究庆深气田井下管柱CO2腐蚀规律的基础上,提出了使用耐蚀合金或涂镀层钢管材优化井身结构、加注缓蚀剂、增加pH值以及使用普通碳钢加强腐蚀检测等综合防腐对策.     

S135钻杆和Cr13阀片在柴油机尾气环境中腐蚀行为比较研究

柴油机尾气欠平衡钻井技术具有保护油气层和提高钻速等优点，但柴油机尾气成分复杂，可引起井下钻杆的严重腐蚀和地面压缩机阀片的失效。模拟柴油机尾气环境腐蚀试验表明:相同条件下，Cr13平均腐蚀速率远低于S135，试片在动态液相中的平均腐蚀速率远大于动态气相。在温度为100 ℃，总压为12 MPa，反应时间120 h和流速2 m/s时，2种钢材的腐蚀速率达到最大。Cr13钢表面的腐蚀产物膜成膜颗粒细小均匀，而S135钢表面的腐蚀产物膜成膜颗粒粗大不均匀，因而S135钢腐蚀速率远大于Cr13。S135钢液相腐蚀产物空隙率大、致密性差、疏松多孔，不能完整地覆盖试样表面，对基体不能产生保护作用，而S135钢气相腐蚀产物膜均匀覆盖整个表面，起到了对腐蚀介质的阻隔作用，发生的是典型的均匀腐蚀，因而腐蚀速率相对较低。柴油机尾气环境可引起井下钻杆的严重腐蚀，该技术不适合于产水气井和高压气井，通过合理的预防措施可减缓阀片失效。     

柴油机尾气负压钻井中的腐蚀行为研究

柴油机尾气负压钻井属气基欠平衡钻井，具有保护油气层和提高钻井速度等优点，但柴油机尾气成分复杂对石油管材可产生不同程度的腐蚀。为此，模拟柴油机尾气环境，考察温度、压力和流速对S135钢的动态液相、动态气相平均腐蚀速率及局部腐蚀速率的影响，并对腐蚀产物形貌和成分进行了分析。结果表明，相同条件下动态液相中的平均腐蚀速率和局部腐蚀速率远大于动态气相；随温度升高，腐蚀速率先增大然后降低；随压力或流速的增大，腐蚀速率升高。柴油机尾气环境可引起井下石油管材的严重腐蚀，该技术不适合于产水气井和高压气井。     

流砂条件下P110钢冲刷腐蚀规律研究

采用旋转圆盘冲刷装置测试了P110钢在多因素耦合条件下的冲刷腐蚀速率,装置配有电化学测试仪,通过失重法和电化学测试相结合的方式比较砂粒尺寸、含砂量、液体流速等对流砂条件下P110钢冲刷腐蚀情况的影响,利用扫描电子显微镜观察冲刷腐蚀后的形貌。结果表明:相同介质中,液体流速、砂粒尺寸与P110钢表面受力学作用强度呈正比关系;由于Cl-对钢材表面钝化膜的破坏作用,NaCl浓度值越大腐蚀失重速率越高;冲刷过程中,砂粒的表面粗糙度降低,而后因破碎作用而恢复,同一冲刷条件下,冲刷腐蚀速率随时间先降低,后升高;含砂量对冲刷腐蚀速率的影响存在一个临界值——3%(质量分数),超过临界值时随含砂量先增大后减小,腐蚀速率降低是大量固体颗粒沉积导致的"屏蔽效应"所引起的。     

流砂条件下P11O钢冲刷腐蚀规律研究

采用旋转圆盘冲刷装置测试了P110钢在多因素耦合条件下的冲刷腐蚀速率,装置配有电化学测试仪,通过失重法和电化学测试相结合的方式比较砂粒尺寸、含砂量、液体流速等对流砂条件下P110钢冲刷腐蚀情况的影响,利用扫描电子显微镜观察冲刷腐蚀后的形貌。结果表明：相同介质中,液体流速、砂粒尺寸与P110钢表面受力学作用强度呈正比关系;由于Cl^-对钢材表面钝化膜的破坏作用,NaCl浓度值越大腐蚀失重速率越高;冲刷过程中,砂粒的表面粗糙度降低,而后因破碎作用而恢复,同一冲刷条件下,冲刷腐蚀速率随时间先降低,后升高;含砂量对冲刷腐蚀速率的影响存在一个临界值——3％（质量分数）,超过临界值时随含砂量先增大后减小,腐蚀速率降低是大量固体颗粒沉积导致的“屏蔽效应”所引起的。     

甲酸盐钻井液对N80钢的腐蚀研究

通过静态挂片实验和自制的高温、高压装置腐蚀实验，用失重法研究了甲酸盐钻井液中NaCl含量、温度、钻井液pn值、钻井液流速、CO2分压和H2S含量对N80钢的腐蚀影响。实验结果表明甲酸盐钻井液对N80钢的腐蚀速率起初随NaCl含量的增加而增大，当NaCl含量约为4％～6％时，N80钢的腐蚀速率达到最大。腐蚀随温度、流速、CO2分压和H2S含量的增加而变大，钻井液pH值越低，腐蚀越强。实验中筛选出咪唑啉衍生物和多元醇磷酸酯化合物复配的缓蚀剂在加量为1～2g/L时，缓蚀率达90％以上，就能较好地抑制钻井液对碳钢的腐蚀。     

地层水在固井水泥中的渗透及对套管的腐蚀

介质渗透是固井水泥发生各种腐蚀的必要条件,也是套管外壁发生腐蚀的首要条件。模拟固井水泥的实际应用环境,将套管钢嵌入G级固井水泥中,采用开路电位法和动电位扫描极化法,研究了含饱和CO₂地层水介质在水泥中的渗透和套管的腐蚀。结果表明,动电位扫描极化法和半电位法都便于测定介质在固井水泥中的渗透时间。由极化曲线特征可知氯离子发生了优先渗透,水泥包覆下套管的腐蚀受阳极过程的电化学和扩散步骤共同控制。介质在水泥中渗透初期,钢的腐蚀速率很低,CO₂的渗入起到了阳极去极化的作用,使钢的腐蚀逐渐增大,并最终形成较严重的局部腐蚀。固井水泥的渗透深度与时间呈幂函数关系,指前因子和幂指数分别为0.85和0.62,故随着水泥环厚度增大,渗透时间缓慢增加。     

注空气对N80钢的腐蚀影响因素及响应曲面分析

空气驱油在运行中由于注入空气中的氧气与地层水混合,造成管材的电化学吸氧腐蚀。影响N80钢腐蚀的三大因素为空气中的氧含量、压力、温度。单因素腐蚀影响试验发现随着空气中氧含量、体系总压力的上升,N80钢片的腐蚀速率总体呈现增大趋势;随着温度上升,钢片腐蚀速率呈现先增大后略有下降的趋势。根据试验数据,建立各影响因素曲面响应分析模型,分析不同氧含量、压力、温度下N80钢材的腐蚀情况,得出氧含量是对N80钢腐蚀速率的影响程度最大的结论。为减少腐蚀,建议在注气过程中应适当控制氧气含量。     

气体钻井井口腐蚀(冲蚀)检测装置设计与应用

为了提前预知气体钻井工况下可能引起的腐蚀(冲蚀)危险,研制了适用于气体钻井的井口腐蚀(冲蚀)检测装置。该装置克服了现有技术的不足,安装在气体钻井排砂管线(或测试管线)上,可快速真实监测气体钻井腐蚀(冲蚀)速率,为现场实施气体钻井提供指导,降低井控风险。现场监测结果表明,用该装置测得S135腐蚀棒的平均腐蚀(冲蚀)速率为9.5 mm/a,其表面光滑,局部有细小凹坑,属于典型的高速气流携带钻屑的冲蚀行为;P110腐蚀棒平均腐蚀速率为1.58 mm/a,其表面腐蚀均匀,有细小凹坑,主要为CO2的腐蚀产物FeCO3以及地层岩屑的主要成分SiO2,此外还夹杂少许地层水中的无机盐,符合CO2冲刷腐蚀特征。建议采用抗CO2腐蚀的管材或向环空添加缓蚀剂的方法预防腐蚀。     

油田注水管道腐蚀磨损交互作用的试验研究

国内一些进入中后期开发的油田，开始逐步采用注水方式提高原油采收率，金属管道的腐蚀磨损严重影响了油田的生产。在考虑温度、含砂量、介质pH值及流速等因素的情况下，采用自制的旋转试样腐蚀磨损电化学试验装置，利用析因试验设计，模拟油田注水管道的工作状况，进行了碳钢Q235在含砂介质中的腐蚀磨损试验。试验结果表明，腐蚀磨损的交互作用强度很大，发现影响交互作用量的主要影响因素依次是溶液的pH值、转速和溶液的温度，金属腐蚀严重的情况下，如果温度升高、溶液中含砂量及流速加大，就会加快金属管道的腐蚀磨损，降低金属管道的使用寿命。通过试验得出了设计点处交互作用量的估计方程和数学表达式，并指出控制注水管道腐蚀磨损的主要手段是降低介质腐蚀性。     

空气钻井中钻具腐蚀与控制分析

在空气钻井中，井下流体多属气、液（含盐地层水、外加液体添加剂）、固（钻屑、砂子）多相混合流动的复杂状态，腐蚀性强。此外，还有地层砂子和钻屑对钻具的磨蚀和冲蚀。钻具腐蚀直接影响到钻井施工的进度和经济效益。对空气钻井中影响钻具腐蚀的主要因素和腐蚀机理进行了深入研究成果，结合现场实践和国内外有关研究成果，提出如下控制空气钻井操作中产生腐蚀的方法：通过开钻前分析，一旦证实潜在的腐蚀危险，应考虑结合机械和化学的方法来进行缓蚀；氮气产生装置在减少氧气浓度方面非常有效。建议在充气钻井过程中使用化学缓蚀剂。利用腐蚀试片和监测，同时结合专为高含氧环境设计的化学缓蚀剂组合，可减轻对钻具的腐蚀。     

新型陶瓷筛管在克深气藏出砂气井中的适用性分析

克深气藏储层埋藏深、高温、高压、高含CO₂腐蚀气体,气井井下高产和高冲蚀,在气井出砂后使用常规金属筛管难以满足其防砂需求。通过对国外相似出砂油气井防砂案例分析,优选出新型陶瓷筛管并针对克深气藏气井井下CO₂腐蚀、酸液腐蚀、出砂冲蚀进行了适用性及下入可行性分析,结果表明:新型陶瓷筛管能够满足克深区块高温、高含CO₂、强酸腐蚀环境及高速携砂流体冲蚀下的防砂要求;现有陶瓷筛缝尺寸能够满足克深气藏砂岩储层挡砂精度要求;陶瓷筛管整体结构简单,下入后完井表皮因数低,能满足克深区块对于增产改造的要求;陶瓷筛管的机械强度能够承受克深井下围压,且具有良好的抗曲性能,可满足超深气井的下入可行性要求。研究认为,该新型陶瓷筛管在抗高冲蚀、抗高温、抗腐蚀和低完井表皮因数方面具有优势,其在克深气藏防砂完井中应用前景广阔。     

空气钻井中钻具腐蚀因素的灰关联分析

伊朗TBK气田钻具腐蚀严重，钻杆更换频繁，直接影响中方钻井施工的进度和经济效益。为了弄清影响钻具腐蚀的原因，在对TBK14井地层水质分析的基础上，应用灰色理论中的灰关联分析方法对影响钻具腐蚀的多个因素进行了探讨。分析计算结果与现场实际情况相吻合。结果表明，造成钻具腐蚀的主要原因是高温条件下酸性地层盐水的电化学腐蚀；高压空气中溶解氧对钻具的氧化腐蚀；地层砂子磨损钻具使氧化膜脱落造成的磨蚀。为了保护钻具，决定配制高pH值且添加了缓蚀剂的稳定泡沫液进行空气泡沫钻井。实践证明，此法有效地抑制了钻具腐蚀，提高了经济效益。     

钻具在磺化钻井液中发生腐蚀的影响因素研究

在钻井施工过程中，普遍存在钻具腐蚀的问题。据中原油田1993年调查结果表明，中原油田在19901993年报废钻杆共144280m，其中因腐蚀而报废的钻杆占50％以上。中国石油钻井每钻进1m，消耗4kg钻杆，而其中由腐蚀造成的损失约占50％，因而开展钻具腐蚀与防护的研究是非常必要的。利用动态挂片装置、调温调湿箱和电化学仪器，通过改变磺化钻井液温度、流速、Cl^-含量、腐蚀时间、磺化钻井液pH值和湿度等条件，考察了这些因素对钻具腐蚀速度的影响。结果发现，提高磺化钻井液温度、流速、增加Cl^-含量都能增加磺化钻井液的腐蚀速率。延长腐蚀时间，提高磺化钻井液的pH值能降低试片的腐蚀速率；提高调温调湿箱湿度会增加试片的腐蚀速率。     

空气钻井安全钻进特性分析

空气钻井技术被钻井界认为是提高钻井速度、缩短钻井周期的一项实用性技术。与常规钻井液钻井技术相比,空气钻井在提高机械钻速、避免地层伤害、避免地层漏失方面具有明显优势,在控制地层压力、地层流体流入能力等方面存在不足。总结出了影响空气钻井安全钻进的“十大”因素,即井眼清洁、地层出水、井眼稳定、井下着火和爆炸、井斜控制、井控问题、气侵早期监测、钻具的腐蚀及冲蚀、钻具断裂和钻井液转换,并对上述因素进行了详细的分析。普光气田空气钻井实践证明了空气钻井技术的优势,但同时也暴露出一些问题。只有全面理解和掌握了空气钻井技术,才能充分发挥其优势和潜力,加快普光气田及周边区块的勘探开发步伐。     

微观组织对高强度超级13Cr材料性能的影响

为了满足塔里木盆地含CO_2致密砂岩气藏氮气钻完井一体化管柱的需要,中国石油塔里木油田公司与钻杆生产厂家联合研制了一种既满足钻井工况又能满足完井和采气工况的高强度超级13Cr不锈钢油钻杆。为检验该油钻杆的可靠性,开展了管材的机械性能和腐蚀性能室内试验检测对比研究:采用金相显微镜观测得出了该油钻杆金相组织特征;采用拉伸试验机和示波冲击试验机实验测得了该油钻杆材料的基本力学性能;采用高温高压循环流动腐蚀仪实验获得了模拟工况下油钻杆材料的耐腐蚀性能。结果表明,超级13Cr油钻杆金相组织均匀、δ-铁素体含量符合标准要求;拉伸性能达到了S135级钻杆的强度要求,屈服强度达953 MPa;冲击性能优于S135级钻杆,冲击功达165.56 J;在模拟高温、高含CO_2、高矿化度采气工况下油钻杆耐均匀腐蚀和耐点蚀性能良好,而较高的δ-铁素体含量对照样在模拟采气工况下出现严重点蚀,不能满足油田生产要求。结论认为,新研制的超级13Cr油钻杆性能优良,将在塔里木油田氮气钻完井作业中得到充分应用。     

气体钻井钻具失效预防技术研究与应用

气体钻井中钻具失效频率明显高于钻井液钻井。失效钻具检验与分析表明,钻具失效类型为疲劳或腐蚀疲劳,钻具腐蚀类型为氧腐蚀。钻具失效的主要原因是：氧腐蚀与冲蚀、钻具疲劳（由钻柱反转、钻柱纵向振动、井眼弯曲引起）、钻具带伤工作、钻铤螺纹连接弯曲强度比不足等。空气锤冲旋钻井技术、钻柱防共振技术、加强钻具探伤及使用新钻具等能够有效预防和减少钻具失效。特别是牙轮气体钻井中,利用钻柱振动分析软件优选钻具组合和转速来避免钻柱共振以及及时对钻具进行探伤非常重要。这些措施已经成功应用于普光及周边区块,与2006年相比,2007年度、2008年度钻具失效频率分别降低37．7％和57．5％。此外,建议加强钻杆管体探伤、空气螺杆复合钻井技术、防涡动稳定器、选用API螺纹钻铤、钻柱振动监测与钻井参数优选相结合等方面进行综合研究和实施来全面预防钻具失效。