复杂工况油套管柱失效控制与完整性技术研究进展及展望

随着对深层碳酸盐岩、新区、页岩等油气勘探开发力度的加大,油气田的地层条件和介质环境变得更为苛刻复杂,油套管柱变形、泄漏、腐蚀、挤毁、破裂等失效事故时有发生;加上特殊结构井和特殊工艺井、特殊增产改造措施等对油套管柱提出的新要求,油套管柱面临着一系列新的挑战和难题需要破解。为此,围绕我国石油天然气工业增储上产的迫切需求和深井超深井、特殊结构和特殊工艺井、强酸/大排量高压力反复酸化压裂增产改造等复杂工况油套管柱失效频发的技术难题,历经十余年攻关,取得了一系列试验研究进展与重要技术成果,主要包括:(1)形成了基于气井全生命周期的油套管腐蚀选材评价、腐蚀控制和油套管柱完整性技术;(2)形成了油套管柱螺纹连接结构和密封可靠性设计评价及配套技术;(3)研发并形成了低渗透致密气井经济高效开发“API长圆螺纹套管+CATTS101高级螺纹密封脂”套管柱技术;(4)建立了高温高压等复杂工况油套管柱结构和密封完整性试验平台和评价技术。进而根据当前国家大力提升油气勘探开发力度的新要求和面临的新问题,提出了继续深入开展深层、酸性环境、页岩气等复杂工况油套管柱失效控制与完整性研究攻关的若干建议。结论认为,上述技术成果有力地支撑了我国重点油气田的经济有效开发。     

油田集输管线缓蚀剂研究现状及进展

在油气管线输送过程中，油气介质中所含的腐蚀性离子对管道的服役寿命及安全性带来了极大的危害。通过加入缓蚀剂可以有效地降低腐蚀性介质所引起的不利影响，因此，油气集输管线缓蚀剂的研究和开发应用一直是腐蚀研究领域的热点问题。本文主要介绍了常见缓蚀剂的类型，综述了国内外对于新型缓蚀剂的机理研究相关进展，简要介绍了常用的分析表征方法。     

纳米结构ZrO_2的阳极氧化制备

采用电化学阳极氧化法在Zr-4板表面上制备了一层结构规整的纳米结构ZrO2。考察了阳极氧化电压对纳米结构氧化锆形貌和尺寸的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析纳米结构的氧化锆的形貌和相组成。结果表明,阳极氧化电压是影响ZrO2纳米结构形貌和尺寸的重要因素,即在5V条件下为枝状结构;10V条件下为花朵状结构;20V条件下为纳米管阵列结构。并讨论了ZrO2纳米结构的形成机制。     

酸性油气田C110套管断裂失效分析

为查明酸性油气田某油井C110套管断裂失效原因,通过C110断裂失效套管断口宏观形貌、金相组织、化学成分、力学性能和腐蚀产物成分等综合分析,对酸性油气田某油井C110套管断裂原因进行了探讨。结果表明:套管不居中导致套管产生应力集中,并在套管与卡瓦咬合的第1个齿形成严重机械损伤;同时,地层运动、套压波动等因素导致套管在应力集中部位出现交变载荷。最终,在套管内壁处于高H2S、低p H值环境下,在内表面交变应力集中区域发生腐蚀疲劳开裂。     

某油田316L/L360NB机械式双金属复合管失效行为及原因分析

目的针对某油田316L/L360NB机械式双金属复合管的穿孔问题,开展失效行为及原因分析,为此类管道的失效控制提供理论依据。方法基于此失效管样的生产标准和服役工况,通过宏观检查、无损检测、化学成分分析、金相组织分析、硬度分析、扫描电镜及能谱分析等方法,结合焊接工艺规范,综合分析其穿孔失效原因。结果该失效管样的316L衬管和L360NB基管外径、壁厚、化学成分和硬度均符合相关标准要求,金相组织未见异常。其封焊已焊穿衬管,金相组织为马氏体,未见其他焊接缺陷。点蚀均发生在封焊,腐蚀产物的主要化学元素为C、O、Fe,并含有少量的Cl。316L衬管未见腐蚀,封焊区的耐蚀性最差。结论该双金属复合管的失效行为是局部内腐蚀穿孔,失效原因是由于不当的封焊操作致使封焊焊穿衬管,导致耐蚀性较低的封焊在高Cl-腐蚀环境中发生点蚀。封焊腐蚀穿透后,衬管与基管构成电偶腐蚀,使得耐蚀性差的碳钢基管迅速腐蚀穿孔。建议对机械式双金属复合管采用堆焊耐蚀性更好的焊材进行管端封口,以有效防止失效的再次发生。     

醋酸浓度和温度对超级13Cr不锈钢电化学腐蚀行为的影响

采用电化学方法,研究了醋酸的加入量及温度对于超级13Cr油管钢在3.5%NaCl(质量分数,下同)溶液中钝化及点蚀行为的影响。结果表明:醋酸的加入引起超级13Cr油管钢开路电位下降,但未显著降低其点蚀电位。不含醋酸时,试样的钝化膜呈n型半导体特性;加入1%和10%的醋酸后,钝化膜呈现n+p型的双极性特征。醋酸会使钝化膜减薄,膜内点缺陷密度增大,从而降低钝化膜的保护作用。溶液中不含醋酸时,升高温度会导致钝化区间变窄,但在含1%醋酸的溶液中,试样的钝化区间宽度随温度升高几乎不变。     

水冷器壳程腐蚀防护的仿真与优化

为抑制工业冷却水对水冷器壳程侧的腐蚀，提高水冷器的腐蚀防护效果，采用电化学测试与边界元模拟计算相结合的研究方法，开展了不同温度条件下牺牲阳极保护、硅醛涂层+牺牲阳极联合保护的水冷器的保护效果仿真评价。结果表明：水冷器所需的阴极保护电流密度随着温度的升高而增大，硅醛涂层保护的水冷器所需的阴极保护电流密度显著减小，硅醛涂层+牺牲阳极的保护效果优于牺牲阳极保护，且对水冷器换热效率的影响较小。     

N80钢在尿素辅助稠油蒸汽吞吐环境中的腐蚀行为研究

目的 为解决油田现场尿素辅助稠油蒸汽吞吐环境中使用的N80钢油套管管柱的尿素腐蚀问题。方法 采用动态高压釜模拟尿素辅助蒸汽吞吐采出井的井筒工况环境，借助扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子谱仪（XPS）表征技术，研究了N80钢在不同浓度尿素溶液中的腐蚀特性。结果 结果表明，高温蒸汽环境中尿素溶液对N80钢的腐蚀是活化腐蚀、均匀腐蚀，表面腐蚀产物主要组份为FeCO3，且随着尿素溶液浓度的增大，腐蚀产物膜厚度增加，膜厚增长速率减小，对N80钢的腐蚀愈严重。对尿素辅助稠油蒸汽吞吐采出井井筒而言，在有原油存在下30%浓度尿素溶液中，由于原油起到了缓蚀剂作用，不会形成严重腐蚀，且随着原油量的增加，对N80钢的平均腐蚀速率降低。对于尿素辅助蒸汽吞吐提高采收率技术而言，在满足井筒腐蚀控制要求的前提下，现场试验方案的尿素溶液浓度可以高达30%。结论 N80钢能够满足尿素辅助稠油蒸汽吞吐采出井井筒腐蚀控制要求，可以安全使用。