氣井腐蝕設(shè)計(jì)第四節(jié)

1、第四節(jié)第四節(jié)氣井的腐蝕監(jiān)控技術(shù)氣井的腐蝕監(jiān)控技術(shù) 氣井的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)：是指為研究氣井設(shè)備管道材質(zhì)的腐蝕狀態(tài)，對(duì)腐蝕速度以及某些與腐蝕相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的測(cè)量，同時(shí)根據(jù)測(cè)量的結(jié)果從而進(jìn)一步指導(dǎo)腐蝕控制的技術(shù)。 腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)目前采用的主要方法有：掛片法、電阻探針法、電化學(xué)法、電位監(jiān)測(cè)法、磁感法、電視成像法、分析法（金屬離子濃度、pH、氧濃度等）、超聲波法，渦流法，紅外成像（熱像顯示）法、聲波發(fā)射法、警戒孔法、諧振頻率法以及薄層激活技術(shù)等。 腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)是由實(shí)驗(yàn)室腐蝕試驗(yàn)方法和設(shè)備的無損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展而來的。近年來隨著測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用較多的是測(cè)量瞬時(shí)腐蝕速度的腐蝕在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是通過

2、應(yīng)用各種電化學(xué)等技術(shù)，測(cè)量材質(zhì)在腐蝕介質(zhì)中的瞬時(shí)腐蝕速度。通過腐蝕監(jiān)測(cè)可以獲得的是設(shè)備管道腐蝕過程中的有關(guān)信息，以及生產(chǎn)操作參數(shù)（包括采氣工藝、腐蝕防護(hù)措施）與設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)之間相互聯(lián)系的數(shù)據(jù)，并依此數(shù)據(jù)調(diào)整生產(chǎn)操作參數(shù)，其主要目的是控制腐蝕的發(fā)生與發(fā)展，使設(shè)備處于良性運(yùn)行，最終達(dá)到延長(zhǎng)設(shè)備及管線的使用壽命，預(yù)防發(fā)生重大安全事故。 一氣井腐蝕監(jiān)測(cè)特點(diǎn)一氣井腐蝕監(jiān)測(cè)特點(diǎn) 采氣工程中，氣井的腐蝕監(jiān)測(cè)，由于井下油套管的腐蝕多數(shù)屬于薄液腐蝕的范疇，雖然氣井的腐蝕監(jiān)測(cè)遵循中原油田總結(jié)的“區(qū)域性、代表性、系統(tǒng)性”的原則,按照生產(chǎn)氣井井筒氣井井口氣井單井輸氣管線集氣站集輸支線,布腐蝕監(jiān)測(cè)點(diǎn)。 其中,參照四川氣

3、田總結(jié)的氣井的800m井深處是屬于腐蝕重點(diǎn)區(qū)分別在井下井底，1000m以及井口處分別安裝的掛片失重法測(cè)試腐蝕速率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氣井的腐蝕與油水井不同，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：井下腐蝕速度高于井口；高產(chǎn)井井下腐蝕速度大；腐蝕與氣井含水量、產(chǎn)出水礦化度及產(chǎn)出氣沖蝕有關(guān)系。 由于在氣井管道內(nèi),腐蝕是由于薄液造成的，即凝析水吸附在管壁成膜并形成腐蝕。當(dāng)水膜覆蓋完全,并且達(dá)到某一極限厚度時(shí),腐蝕速度達(dá)到最大值。如果進(jìn)一步增加水膜的厚度,高速氣流與管壁間的剪切力及直接沖擊力會(huì)由于較厚水膜的緩沖作用降低,流對(duì)保護(hù)性腐蝕產(chǎn)物層的剝削力也相應(yīng)減小,從而形成水量增加腐蝕速度減小的現(xiàn)象，因此氣田采出氣含水量與腐蝕速度Vco

4、rr之間的關(guān)系不是呈簡(jiǎn)單的線性關(guān)系,而是如圖6-23所示的中間高、兩邊低的曲線關(guān)系,只有當(dāng)日產(chǎn)水達(dá)到某一值時(shí),油管才顯示出最大的腐蝕速度。 圖6-23天然氣井日產(chǎn)水與腐蝕速度關(guān)系 凝析水的總礦化度與腐蝕速度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,即礦化度越高,腐蝕速度越低,并且當(dāng)?shù)V化度小于某一數(shù)值是，Vcorr急速上升(見圖6-24) 。 圖6-24凝析水總礦化度與腐蝕速度關(guān)系 這是由于凝析水中某些溶解物質(zhì)對(duì)水具有緩沖作用,可阻止pH 降低,從而減小腐蝕的緣故。采氣過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)腐蝕過程,與靜態(tài)腐蝕相比,由于流體動(dòng)力學(xué)因素的影響,產(chǎn)生的沖蝕危害更為嚴(yán)重。沖蝕破壞主要表現(xiàn)在如下3個(gè)方面：氣相流體與管壁間的剪切力是造成界面

5、金屬機(jī)械疲勞的原因之一；產(chǎn)出氣攜帶出的機(jī)雜(如巖石粉末、腐蝕產(chǎn)物碎粒等 對(duì)管壁的直接撞擊；由沖蝕形成的“微坑”及“擦痕”,也為形成眾多的微腐蝕電池創(chuàng)造了良好的條件。沖蝕力還能將具有一定阻蝕作用的腐蝕產(chǎn)物層剝離帶走,將活性金屬表面始終暴露于腐蝕性介質(zhì)中,從而加速腐蝕過程。除此之外氣井的產(chǎn)氣量對(duì)氣井的腐蝕也有一定的影響。這顯然與氣井的氣流速度有關(guān)。 二氣井腐蝕監(jiān)測(cè)常用的方法之一掛片法二氣井腐蝕監(jiān)測(cè)常用的方法之一掛片法 掛片法全稱應(yīng)為失重掛片法，是一種經(jīng)典的監(jiān)測(cè)腐蝕速率的方法。這種方法是把已知重量和尺寸規(guī)則的金屬試片放入被監(jiān)測(cè)的腐蝕系統(tǒng)介質(zhì)中，經(jīng)過一定時(shí)間的曝露期后取出，仔細(xì)清洗并處理后稱重，根據(jù)試

6、片質(zhì)量變化和曝露時(shí)間的關(guān)系計(jì)算平均腐蝕速率。 通過失重掛片法得到的是一段時(shí)間內(nèi)總的平均腐蝕速率，因此，失重掛片法最適于測(cè)定裝備整體全面腐蝕的腐蝕速率，但卻無法得到連續(xù)的腐蝕數(shù)據(jù)。但由于這種方法可以觀察到取出試片的表面腐蝕形貌，分析試片表面腐蝕產(chǎn)物成份，進(jìn)而確定腐蝕的類型，因此這種方法仍然是目前設(shè)備腐蝕監(jiān)測(cè)中最常用的、使用的最多的一種方法。 由于氣井井下環(huán)境（井深、井下溫度、壓力、氣流流量等）條件限制，失重掛片法成了目前井下油套管的腐蝕監(jiān)測(cè)唯一能夠采用的直接方法。 井下的油套管腐蝕檢測(cè)掛片法通常使用專門的夾具固定試片，并使試片與夾具之間、試片與試片之間相互絕緣，以防止電偶腐蝕效應(yīng)的產(chǎn)生；實(shí)驗(yàn)測(cè)試

7、中應(yīng)盡量減少試片與支撐架之間的支撐點(diǎn)，以防止縫隙腐蝕效應(yīng)，如文獻(xiàn)中介紹的井下環(huán)狀腐蝕監(jiān)測(cè)掛片。 將裝有試片的支架下到氣井井下的測(cè)試深度，在生產(chǎn)過程中經(jīng)過一定的時(shí)間的腐蝕后，取出支架和試片，進(jìn)行表觀檢查和測(cè)定質(zhì)量損失。也可采用專門支架夾持應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的U型彎曲加載應(yīng)力的試件或三點(diǎn)彎曲加載的試件。 采氣工程中的掛片支架的構(gòu)型和尺寸應(yīng)根據(jù)氣井的實(shí)際狀況、試片的構(gòu)和大小，以及采氣生產(chǎn)工藝的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。支架本身的材料應(yīng)具有足夠的耐蝕性和必要的絕緣性。通常要求試片的材料、組織狀態(tài)和表面狀態(tài)盡可能與油套管采氣裝備的材料相同，對(duì)試片的形狀和尺寸，一般不作具體規(guī)定，以適應(yīng)井下和采氣裝備中的環(huán)空條件即可，但要求

8、試片的比表面積(表面積與質(zhì)量之比)應(yīng)盡可能地大，以便提高測(cè)定質(zhì)量損失的靈敏度。對(duì)掛片經(jīng)過腐蝕試驗(yàn)，在干燥稱重后可以用下式計(jì)算腐蝕速率 ：01W WVSt式中：W0-為試驗(yàn)前掛片重量 V - 為平均腐蝕速度，g/m2h； S -為試樣暴露在腐蝕環(huán)境中的面積； t -為腐蝕時(shí)間 ； W1 -為試驗(yàn)后掛片的重量。 為了比較密度不同的金屬材料的耐腐蝕性，通常采用腐蝕深度表示腐蝕速率： 124 365/8.761000VVV式中：V1 - 用腐蝕深度表示腐蝕速度 mm/a； V- - 腐蝕的失重指標(biāo) g/m2h； -材料的密度。 掛片法的主要優(yōu)點(diǎn)有：許多不同的材料可以保留在同一位置，以進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)和平行

9、試驗(yàn)；可以定量地測(cè)定均勻腐蝕速度；可直觀了解腐蝕現(xiàn)象，確定腐蝕類型。 掛片法的局限性組要在于：試驗(yàn)周期只能由氣井的生產(chǎn)條件和修井計(jì)劃所限定，這對(duì)于腐蝕試驗(yàn)來說事很被動(dòng)的。掛片法只能給出暴露時(shí)間段的總腐蝕質(zhì)量，提供該實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)的平均腐蝕速度，反映不出有重要意義的介質(zhì)條件變化所引起的腐蝕變化，也檢測(cè)不出短期內(nèi)的腐蝕量或偶發(fā)的局部嚴(yán)重腐蝕狀態(tài)。通常是用質(zhì)量損失法確定掛片腐蝕量和計(jì)算腐蝕速度。但當(dāng)氣井發(fā)生局部腐蝕時(shí)，可采用顯影的局部腐蝕評(píng)定手段并輔之以金相顯微鏡或掃描電鏡檢查，以檢查是否存在點(diǎn)蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂等局部腐蝕。三、氣井腐蝕監(jiān)測(cè)常用的方法之二三、氣井腐蝕監(jiān)測(cè)常用的方法之二-井徑儀法井

10、徑儀法1.多臂井徑儀（多臂井徑儀（Multi-armed Caliper Logging Technology-MLT） 多臂井徑測(cè)井儀是一種石油套管監(jiān)測(cè)儀器，它能夠?qū)崟r(shí)精確的測(cè)量出石油套管油管的內(nèi)徑變化,提供套管變徑、壁厚、套管外徑變化、橢圓變形，套管接箍，油管接箍，通過對(duì)儀器所測(cè)出的物理參數(shù)的分析，能準(zhǔn)確判斷井下套管的受損情況和位置。尤其對(duì)井徑變化的分析中可作定量解釋，可出多條曲線（半徑）。通過地面處理軟件，對(duì)套管油管進(jìn)行立體截面分析。 多臂井徑測(cè)井儀集井徑儀和井下電視成像的優(yōu)點(diǎn)于一身，具有直徑小，井下油套管可直接觀察的優(yōu)點(diǎn)。由于信號(hào)采用數(shù)字傳輸，極大地提高了儀器的抗干擾性能，該儀器可以直

11、接配接具有曼徹斯特接收能力的數(shù)控測(cè)井系統(tǒng)。 2. 氣井腐蝕監(jiān)測(cè)之井徑儀測(cè)量法氣井腐蝕監(jiān)測(cè)之井徑儀測(cè)量法 采用多臂井徑儀測(cè)量井徑法對(duì)氣井油套管腐蝕狀況進(jìn)行監(jiān)控，提供油套管腐蝕損壞情況全面的和定量的資料。采用多臂井徑儀測(cè)量井徑法能夠直接測(cè)量油管被腐蝕損壞情況。用鋼絲繩和井徑儀直接通過油管，記錄下來與接觸油管內(nèi)表面的機(jī)械探測(cè)器接觸到腐蝕損壞部位。單次井徑測(cè)量提供了任意時(shí)刻整個(gè)油管被腐蝕損壞的程度和分布情況。可在同一個(gè)油管連續(xù)井徑測(cè)量中獲得的資料估計(jì)油管損壞的時(shí)間及損壞位置。 井徑測(cè)量資料成功地用于估計(jì)腐蝕凹痕何時(shí)穿透油管壁。井徑測(cè)量資料常用于以下幾方面:1）預(yù)測(cè)由于腐蝕作用造成油套管與環(huán)形空間連通的時(shí)間 即油管的腐蝕穿透時(shí)間；2）