抗H2S油套管基本知识.docx

1、抗H2S油套管基本知识抗 H2S 油套管基本知识腐蚀机理1、油套管的腐蚀介质环境有三个显著特点：气、水、烃、固共存的多相腐蚀介质； 高温和 /或高压环境； H2S， CO2、O2、 Cl 和水是主要腐蚀介质，其中， H2S， CO2、 Cl 是腐蚀剂，水是载体， Cl 是催化剂。值得注意的是无论油井还是气井，只要油气中不含水， H2S， CO2的含量再高也不会引起腐蚀。但是，这样的油气井几乎是不存在的。2、硫化氢腐蚀机理硫化氢对于油井管的腐蚀包括均匀腐蚀、应力腐蚀开裂和氢脆。其中应力腐蚀开裂对套管危害最大，氢脆主要发生在管线管。硫化氢在水溶液中按下列步骤电离：H2S H+HS-HS- H+S2

2、-阳极反应： Fe-2e Fe2+阴极反应： 2H+2e H+H H23、二氧化碳的腐蚀机理：在水溶液中，阳极反应为： Fe+ H2O FeOHad+ H+ + eFeOHad FeOH+ + eFeOH+ + H+ Fe2+ + H2O(1)非催化的氢离子阴极还原反应CO 2so l+ H2O H2CO 3so lH2CO 3so l H+ so l+ HCO 3-H+ solH+adH+ ad+ eHadH ad+ H + ad+ e H2ad2HadH2adH 2ad H2so lH ad H ab(2)表面吸附 CO 2ad的氢离子催化还原反应 :CO2so l CO2adCO 2ad

3、+ H2O H2CO3adH2CO3ad+ eHad+ HCO3adH2CO3ad Had+ + HCO3adH ad+ e HadHCO3ad- + H +so l H2CO3adHad+ H+ ad+ e H2ad 2Had H2adH2ad H2so lHad Hab式中 : ad, sol, ab 分别为吸附 , 溶液和吸收 , H ad表示吸附在钢铁表面的氢原子 , H ab表示渗入钢铁内即钢铁所吸收的氢原子 , H +so l 表示溶液介质体系中的 H+ 。4、在 H2S， CO2、 O2含量相同的情况下，仅就均匀腐蚀来说其腐蚀性可以用下式表征： CRO2 80CRCO2400CR

4、H2S，但是 H2S 对油井管的腐蚀主要表现为硫化物应力腐蚀开裂和氢脆，其对油气管的危害远远在于其对油井管的均匀腐蚀。5、Cl 本身不产生腐蚀，但其迁移率很高，从而作为催化剂可大促进腐蚀，尤其是促进点蚀。6、在 H2S， CO2和 Cl 共存的条件下，气相区高静态腐蚀表现为垢下腐蚀，在液相区则以均匀腐蚀为主，腐蚀的发生是CO2 共同作用的结果，其机理可能是 CO2 在液相中先与钢发生作用生成 FeCO3， H2S再与液相中的 FeCO3反应生成了更为稳定的 FexSy，在液相中 FexSy 吸附层对离子的迁移起到了部分阻拦的作用。由于在气相区的垢下腐蚀为局部腐蚀，腐蚀的速度大于液相区的腐蚀。7

5、、CO2溶于水后对钢铁有极强的腐蚀性，最典型的特征是呈现局部的点蚀、癣状腐蚀和台面状腐蚀，其中台面状腐蚀是腐蚀过程中最严重的一种情况。8、在 H2S， CO2共存的情况下， 用 PCO2/PH2S可以判定腐蚀事故是 H2S造成的酸性应力腐蚀还是的 “甜性” 坑蚀。 当 PCO2/PH2S 500 时认为是 CO2腐蚀，当 P CO2/PH2S 700MPa时抗 硫化氢应力腐蚀门槛值 C急剧下降。 实际表现为：当材料的屈服强度低于应力腐蚀门槛值时，不发生应力腐蚀；屈服强度高于应力腐蚀门槛值时，材料会在远低于材料屈服强度的条件下发生应力腐蚀开裂。 110Ksi 钢级的屈服强度为 758856MPa

6、， 这种强度范围恰处在硫化氢应力腐蚀敏感区。为了降低这种强度级别套管对硫化氢应力腐蚀的敏感性，提高它们的抗硫化氢性能，技术上有效的措施是尽量减少或控制好钢管在生产制造过程中产生的残余应力。五、管线管的氢诱发开裂 (HIC)氢诱发开裂是金属材料在含硫化氢介质的作用下， 由电化学腐蚀过程中析出的氢进入金属材料内部产生阶梯型裂纹， 这些裂纹的生长发育最终使金属材料开裂。 氢诱发开裂可以使管线钢在没有任何明显预照的情况下突然开裂， 因此其破坏性和危害性极大。珠光体带状组织对氢诱发开裂敏感的原因：(1)由于偏析的珠光体条带处于铁素体相界面上，因此是良好的输氢通道。(2)钢材经轧制后位错密度增高。因此，能

7、加速氢原子在位错通道中的扩散，促进了氢诱发裂纹沿偏析带的扩展。(3)一旦存在氢诱发裂纹的形核，裂纹尖端的塑性区就会有滑移带产生。由于滑移带与珠光体的交界处有大量的位错产生，并伴以高密度的氢气团，因此偏析的珠光体条带的敏感性高于铁素体。减少带状组织的方法： 带状组织来源于连铸工艺凝固过程中的 Mn、 Cr 的枝晶偏析，这些偏析区域在相变以后形成珠光体带状组织。采用足够快的冷却速度，形成热力学平衡且稳定的细晶粒组织，可以减少 Mn、 Cr 的枝晶偏析，避免带状组织的出现。可以通过应变诱导动态相变工艺，得到超细晶粒铁素体钢，其氢诱发开裂的敏感性较低。金相组织分析表明：管线钢产生较高氢诱发开裂敏感性的

8、主要原因是管材中的带状组织。因此，控制带状组织的形成，以获得热力学平衡且稳定的细晶粒组织是提高抗氢诱发开裂性能的有力措施。六、选材和力学性能符合 NACE MR0177 标准并且高于 API 5CT 标准，通过权威机构严格按照 NACE MR0175、 NACE TM0284 标准进行的硫化氢腐蚀开裂（ SSCC）试验和氢致开裂（ HIC）试验。七、 API 出版物一览表下列出版物归 API 管材标准化委员管理辖，可向美国石油学会出版发行部订购。地址：1220L Street,Northwest,Washington,DC20006,（202）682-83751、规范API Srec 5CT

9、套管和油管规范该规范内容包括各种钢级的无缝和焊接套管、油管、接箍、短节和连接管及其制造方法、化学成分和机械性能要求、试验方法和尺寸要求。注： API Spec 5CT第一版的内容综合了已停用的 APISpec 5A、5AC、 5AX 和 5AQ 最后版本对套管和油管的要求以及 1987年标准化会议通过的条款内容。2、 API Spec 5D钻杆规范该规范内容包括所有钢级的无缝钻杆及其制造方法、化学成分和机械性能要求、试验方法和尺寸要求。注： API Spec 5D 第一版综合了已停用的 APISpec 5A和 5AX最后版本对钻杆的要求以及 1987年标准化会议通过的条款内容。3、标准API

10、Std 5B 套管、油管和管线管管螺纹的加工、测量和检验 该标准内容包括对螺纹和螺纹量规的尺寸要求、测量方法的规定，量规规范及其鉴定以及圆螺纹套管和油管、偏梯形套管、直连型套管和钻杆的螺纹检查仪器和方法。4、推荐作法API RP 5A5 新套管、油管和平端钻杆现场检验推荐作法提供了检查管材产品的统一方法。API RP 5Bl 套管、油管和管线管螺纹检验测量推荐作法改推荐作法的目的是为正确使用螺纹的检测技术和设备提供指导和说明。API RP 5Cl 套管和油管的维护与使用推荐作法包括有关套管和油管的使用、运输、贮存、管理和修复。API RP 5C5 套管和油管连接试验程序推荐作法5通报API B

11、ul 5A2 螺纹脂通报提供用于油田管材的两种螺纹脂的材料要求和性能试验。API Bul 5C2 套管和油管使用性能通报包括有关套管和油管的抗挤压力、 内屈服压力和接头强度以及钻杆的最小屈服载荷。API Bul 5C3 套管、油管、钻杆和管线管性能的计算和公式的通报提供了用于不同管子性能的计算公式以及有关其它发展和应用的资料。API Bul 5C4 在内压和弯曲共同作用下圆螺纹套管连接强度通报提供了圆螺纹套管在弯曲和内压共同作用下的连接强度。6、 API Bul 5Tl 缺陷术语通报提供了钢常见缺陷的英语、法语、德语、意大利语、日语和西班牙语的定义。八、公司开发抗 H2S套管基本情况1 、抗

12、H2S油套管规范（附后）2、开发系列非 API 抗 H2S应力腐蚀油套管的关键技术如下：（ 1）、必须采用优质纯净钢冶炼技术，保证 S、 P和其他有害元素含量足够低，夹杂物含量尽量少并且均匀分布。（ 2）、进行调质处理的高钢级油套管，必须获得抗腐蚀性能最好的均匀、单一的回火索氏体组织。轧态交货的低钢级油套管在成分设计上必须避免带状组织出现或者尽量降低带状组织级别。（ 3）、 在钢中添加以铬 -钼为主并辅以其它微合金化元素，使钢具有较好的回火稳定性， 提高回火温度以减少残余应力。 从而提高抗 H2S应力腐蚀能力。（ 4）、 抗 H2S应力腐蚀油套管的生产工艺路线对最终形成的产品品质有直接影响，对这一高端油套管产品来说，尤其要专门制定从炼钢到轧制等一系列合理的生产工艺路线。MOLONG