龍王廟組氣藏井口閥門腐蝕行為研究 中石油西南油氣田天然氣研究院

1、中國石油西南油氣田天然氣研究院中國石油西南油氣田天然氣研究院2014.04龍王廟組氣藏井口閥門龍王廟組氣藏井口閥門腐蝕行為研究腐蝕行為研究 中國石油匯報人：張強匯報人：張強匯匯 報報 提提 綱綱2 2 概述概述 結(jié)論和建議結(jié)論和建議 井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析 磨溪磨溪8 8井口閥門性能評價分析井口閥門性能評價分析 一一二二五五四四三三一、一、概述概述1. 磨溪磨溪8井基本情況井基本情況 1）水、氣參數(shù)： H2S含量在4.5811.19g/m3之間，CO2含量在31.4059.10 g/m3。 pH值4.687.40，Cl-含量為5527mg/L 74000m

2、g/L， 密度平均1.04g/cm3，總礦化度平均57212mg/L 。 2）腐蝕環(huán)境： 井口為氣液混輸，高溫、高壓、大產(chǎn)量、中含CO2 ，中低含H2S 。 2014年1月6日現(xiàn)場調(diào)研參數(shù) 3）閥門位置的參數(shù)一、一、概述概述磨溪8井基本生產(chǎn)參數(shù)隨時間的變化 一、一、概述概述2. 磨溪磨溪8井井口閥門基本情況井井口閥門基本情況 磨溪8井井口閥門結(jié)構(gòu)示意圖 平板閥所處位置 供貨：重慶新泰機械有限責任公司 安裝時間：2013年8月16日 運行時間：148天流體方向一、一、概述概述 閥門各部分的材料閥門各部分的材料情況3. 基本思路基本思路 腐蝕評價重點部位1）對于密封重要部位，應(yīng)重點關(guān)注密封面破壞程

3、度及密封件材料性質(zhì)變化情況。2）對于強度最弱部位應(yīng)評價腐蝕程度和速率，對其強度的危害程度。3）對于受流體沖蝕的部位應(yīng)關(guān)注沖蝕程度和速率，最器件破壞的影響程度及潛在的風(fēng)險。一、一、概述概述二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析 2.1 閥門的打開（閥門的打開（1月月9日）日） (a)出廠前的前照片；(b)打開前照片；(c)打開過程照片；(d)閥體的切割 二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析 2.2 閥體閥體 2.2 閥體閥體 (a)閥體內(nèi)部打開照片;(b)閥體內(nèi)部垢樣紅外分析;(c) 閥體內(nèi)未受沖刷位置;(d)閥體內(nèi)受沖刷位置 二、井

4、口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析 2.2 閥體閥體 二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析 2.3 閥體法蘭和墊圈閥體法蘭和墊圈 (a)閥門法蘭端面照片;(b)和采氣樹連接的法蘭墊圈;(c)和采氣管線連接的法蘭墊圈 二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析 2.4 閥座閥座 。(a) 閥座內(nèi)部蝕點照片;(b)閥座與閥體連接面二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析 2.4 閥座閥座 。二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析 2.5 導(dǎo)板導(dǎo)板(a)閥門

5、導(dǎo)板照片（清洗前）；(b)閥門導(dǎo)板照片（清洗后）二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析 2.5 導(dǎo)板導(dǎo)板二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析 2.6 閥板閥板 (a)閥板打開照片（清洗前）；(b)閥板孔內(nèi)表面；(c)與閥桿螺母連接面照片；(d)閥板側(cè)面照片二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析 2.6 閥板閥板 二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析 2.7 閥桿螺帽和閥桿閥桿螺帽和閥桿 (a)閥桿螺帽；(b)閥桿（拆下前照片）二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析二、井口手動

6、平板閥腐蝕情況宏觀分析 2.7 閥桿螺帽和閥桿閥桿螺帽和閥桿 二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析 2.8 盤根壓帽盤根壓帽 (a)盤根壓帽內(nèi)表面照片；(b)盤根和墊片表面照片二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析 2.8 盤根壓帽盤根壓帽 二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析 2.9 推力圓柱軸承推力圓柱軸承81210和軸承墊圈和軸承墊圈(a) 推力圓柱軸承；(b)軸承墊圈。 二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析 2.9 推力圓柱軸承推力圓柱軸承81210和軸承墊圈和

7、軸承墊圈二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析 2.10 上、下軸承套上、下軸承套 (a)上軸承襯套外表面照片；(b)上軸承襯套內(nèi)表面；(c)下軸承襯套頂面照片；(d)下軸承襯套底面照片二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析 2.10 上、下軸承套上、下軸承套 二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析 2.11 彈簧墊片彈簧墊片 彈簧墊片二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析 2.12 省力機構(gòu)省力機構(gòu) 省力機構(gòu)二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分析二、井口手動平板閥腐蝕情況宏觀分

8、析 2.12 省力機構(gòu)省力機構(gòu) 三、磨溪三、磨溪8 8井井口閥門性能評價分析井井口閥門性能評價分析 3.1 性能評價主要內(nèi)容 1）在閥門強度最弱部位取樣進行腐蝕評價試驗和材料成分分析；2）密封最重要部位進行了剖開并分析密封面；3）沖蝕最嚴重位置測算沖蝕速率；4）開展了法蘭密封面和擋板密封面的分析；5）對不同材料接觸開展了電偶腐蝕。3.1.1 閥桿和閥蓋錐面密封情況閥蓋整體剖開后的照片；（b）閥蓋錐面密封位置腐蝕狀況三三、磨溪磨溪8 8井井口閥門性能評價分析井井口閥門性能評價分析 3.1.2 流體通道沖刷腐蝕情況流體通道沖刷腐蝕情況 磨溪8井井口閥門閥體流道腐蝕情況，(b)磨溪8井井口閥門閥體流

9、道體視顯微鏡(a) 腐蝕孔側(cè)面體視顯微鏡照片（深度0.106mm)，(b)腐蝕孔正面體視顯微鏡照片三、磨溪三、磨溪8 8井井口閥門性能評價分析井井口閥門性能評價分析 3.1.3 成分復(fù)核（委托四川大學(xué)有資質(zhì)的材料分析機構(gòu)分析）成分復(fù)核（委托四川大學(xué)有資質(zhì)的材料分析機構(gòu)分析） 磨溪8井閥板成分分析磨溪8井流體通道成分分析 12Cr13材料的含碳（C）：0.15，硅（Si）：1.00，錳（Mn）：1.00 ，硫（S ）：0.030，磷（P ）：0.035， 鉻（Cr）：11.5013.50，鎳（Ni）：含有0.60。 三、磨溪三、磨溪8 8井井井井口閥門性能評價分析口閥門性能評價分析 3.1.4

10、腐蝕產(chǎn)物成分分析腐蝕產(chǎn)物成分分析 2030405060708090?Theta0200400600800100012001400counts/s3.01832.33242.1252.04561.85681.82031.73871.69521.44261.30611.2661.17561.13341.11091.0847 磨溪8井井口閥門閥座XRD圖譜2030405060708090?Theta050100150200250300350counts/s2.96932.61332.39382.31612.07232.03081.84151.81131.7251.68431.56161.52471.

11、4361.41641.39391.32031.30251.26091.24221.17221.1351.0574磨溪8井井口閥門流體通道XRD圖譜 在2為29.6、38.4、49.1和50.3處有4個較強衍射峰，說明FeS存在。在2為30.4、38.9、49.1和50.4處有4個較強衍射峰，說明FeS存在。三、磨溪三、磨溪8 8井井口閥門性能評價分析井井口閥門性能評價分析 3.1.4 腐蝕產(chǎn)物成分分析腐蝕產(chǎn)物成分分析 2030405060708090?Theta0100200300400500600700counts/s3.66083.11962.99292.67742.55542.50082

12、.27952.18912.1182.08312.04812.03521.82391.80321.7261.67981.62741.58621.54331.53421.49431.47181.43891.33341.30291.27251.24641.21531.18021.15191.13031.0843 磨溪8井井口閥門閥板XRD圖譜在2為34.3、35.6、43.5處出現(xiàn)了3個較強的衍射峰，分別對應(yīng)于碳化鎢（001），（100）和（101）這3個晶面。 在2為30.2、39.3、49.1和50.3處有4個較強衍射峰 ，說明FeS存在。三、磨溪三、磨溪8 8井井口閥門性能評價分析井井口閥門性

13、能評價分析 3.1.5 材料的腐蝕性能評價材料的腐蝕性能評價 a. 常壓實驗常壓實驗 磨溪8井的水樣分析結(jié)果，離子濃度如表所示。根據(jù)結(jié)果，室內(nèi)自配水（除氯離子濃度達到26505.06mg/L以外，其他陽離子濃度均與上面的分析結(jié)果一致）：12Cr13密度為7.75g/cm3 。 試驗條件：飽和硫化氫及二氧化碳，常壓，溫度分別為60、80 ，液相。 NACE標準RP-0775-91對腐蝕程度的劃分試驗結(jié)果：在模擬現(xiàn)場環(huán)境下，12Cr13在60和80下的腐蝕速率分別為0.062mm/a，0.085mm/a。 三、磨溪三、磨溪8 8井井口閥門性能評價分析井井口閥門性能評價分析 b. 高壓評價實驗高壓評

14、價實驗 靜態(tài)高壓試驗，硫化氫分壓0.42MPa，二氧化碳分壓1.2MPa，通氮氣至10MPa，溫度為80 。 12Cr13材料靜態(tài)高壓條件下腐蝕速率 12Cr13實驗后表面體視顯微鏡照片三、磨溪三、磨溪8 8井井口閥門性能評價分析井井口閥門性能評價分析 c.電偶腐蝕試驗電偶腐蝕試驗 (a)718鎳基合金（長度不變），(b)12Cr13（長度變化長度變化）靜態(tài)高壓試驗條件： 硫化氫0.42MPa，二氧化碳1.2MPa，通氮氣至10MPa，溫度為80。 不同面積比情況下的腐蝕速率(a)(b)三、磨溪三、磨溪8 8井井井井口閥門性能評價分析口閥門性能評價分析 (a)高溫高壓實驗后12Cr13試樣的表

15、面情況；(b)12Cr13表面局部放大圖；(c)SEM形貌3倍條件試樣表面形貌：三、三、結(jié)論和建議結(jié)論和建議1）磨溪8井井口PFFA78-105P3-0078-105閥門腐蝕嚴重部位包括：相對腐蝕較嚴重的位置3.1 結(jié)論結(jié)論三、三、結(jié)論和建議結(jié)論和建議2）從閥體法蘭附近（強度最弱的位置）取樣，靜態(tài)高壓下均勻腐蝕速率達到0.142mm/a（液相），屬于嚴重腐蝕范圍。然而，因局部腐蝕速率在氯離子誘導(dǎo)下可能遠遠大于均勻腐蝕速率，導(dǎo)致服役壽命無法估計。由腐蝕產(chǎn)物的XRD分析可以看出，磨溪8井閥門腐蝕產(chǎn)物主要為FeS，表明H2S腐蝕占主要因素。 3）閥蓋和閥桿連接錐面，錐面腐蝕嚴重，存在腐蝕介質(zhì)泄漏。閥

16、板和導(dǎo)板的接觸面沒有損壞，光亮如新，此處無法實現(xiàn)完全密封。閥門的兩端法蘭面無明顯腐蝕痕跡，氣流下游的密封圈腐蝕嚴重，存在密封問題。 4）從閥板和閥體流體通道取下的金屬材料樣本成分分析結(jié)果可以看出，其Cr的含量未達到12Cr13材料的要求。 三、三、結(jié)論和建議結(jié)論和建議5）對沖蝕最嚴重部位取樣分析，測量了沖刷深度。局部發(fā)現(xiàn)了大量的馬蹄型沖刷痕跡并伴有針孔。沖刷腐蝕速率達到了0.26mm/a以上。沖刷誘導(dǎo)局部腐蝕的發(fā)生，導(dǎo)致局部陽極溶解加劇。 6）閥桿和閥體材料不同，螺紋連接存在異種金屬接觸情況，有產(chǎn)生電偶腐蝕的風(fēng)險。實驗室模擬數(shù)據(jù)可以看出，718鎳基合金與閥體材料偶接后，腐蝕速率大于單體金屬的腐蝕速率。S12Cr13:S718