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嘉峪檢測網(wǎng) 2020-04-27 18:29
據(jù)統(tǒng)計，MIC對金屬和建筑材料的腐蝕約占金屬和建筑材料腐蝕總量的20％。在天然氣工業(yè)，有15％~30％的管線腐蝕與MIC相關(guān)。
某注水井在套管射孔完井期間曾進行過酸洗調(diào)驅(qū)作業(yè)，注水第8年(a)，實施分層調(diào)配作業(yè)，通井至深度為2174m處遇阻，經(jīng)撈樣確認出砂及四次酸化處理后，再次通井，又在深度為2174m處遇阻。注水第10a，采用物理方法解堵后，注水量較作業(yè)前有所下降，下入撈砂工具串并起出工具串后，發(fā)現(xiàn)撈砂筒內(nèi)都是細砂，恢復(fù)注水后注水量下降，再次通井，遇阻深度為1987m。在后期修井過程中，發(fā)現(xiàn)井下N80鋼油管發(fā)生了嚴(yán)重的腐蝕穿孔。
為查明該油管發(fā)生腐蝕穿孔的原因，筆者對其進行了檢驗和分析。
理化檢驗
1、宏觀觀察
圖1 失效油管的宏觀形貌
宏觀觀察發(fā)現(xiàn)，油管失效管段在井下深度為2175m處，位于配水器水嘴下方，油管有一個腐蝕孔，油管內(nèi)充滿油砂，如圖1所示。
圖2 失效油管內(nèi)壁的宏觀形貌
清除油管內(nèi)油砂后，由圖2觀察到油管內(nèi)壁表層的油泥和砂分布不均，砂層下油管內(nèi)壁無腐蝕現(xiàn)象。在油泥覆蓋的油管內(nèi)壁有尺寸不一的腐蝕坑，腐蝕坑周圍管壁質(zhì)地堅硬，無明顯腐蝕產(chǎn)物，腐蝕坑內(nèi)有黑色粘稠狀物質(zhì)，初步判斷為油泥、砂及腐蝕產(chǎn)物的混合物。
2、化學(xué)成分分析
在失效油管的未腐蝕部位取樣，采用SPECTRO LABLAVM11型直讀光譜儀進行化學(xué)成分分析。
表1 失效油管的化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù))％
由表1可以看出，油管的化學(xué)成分符合API SPEC 5CT－2012 Specification for Casing and Tubing標(biāo)準(zhǔn)對N80鋼的技術(shù)要求。
3 金相檢驗
根據(jù)GB/T 13298－2015«金屬顯微組織檢驗方法»，在油管未腐蝕部位截取試樣。試樣經(jīng)鑲嵌、研磨和拋光，用體積分數(shù)為4％的硝酸酒精溶液浸蝕后，采用ZEISS Observer.A1m型金相倒置顯微鏡觀察顯微組織。
圖3 失效油管的顯微組織形貌
從圖3可以看出，油管的顯微組織為回火索氏體(鐵素體＋細小顆粒碳化物)，油管組織正常。
4 腐蝕產(chǎn)物分析
圖4 油管1，2號試樣的能譜分析結(jié)果
對油管腐蝕坑和腐蝕孔處的腐蝕產(chǎn)物取樣，試樣分別編號為1，2號，對試樣清洗、研磨后，采用OXRORD X-MaxN型能譜儀(EDS)對1，2號試樣進行能譜分析，結(jié)果如圖4所示，可見1，2號試樣中含有一定量的硫元素。
圖5 油管1，2號試樣的XRD分析結(jié)果
采用D/max-rA型X射線衍射儀對1，2號試樣進行X射線衍射(XRD)分析，結(jié)果如圖5所示，可見1號試樣組分為Fe3C、FeS、FeOHSO4和Fe(OH)3，2號試樣組分為Fe3C、FeCO3、FeSO4、FeO和FeS。
5 力學(xué)性能測試
按照GB/T 228.1－2010«金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法»，在油管未腐蝕區(qū)截取拉伸試樣，采用ZWICK Z600型雙立柱萬能材料試驗機進行室溫拉伸試驗，試驗結(jié)果如表2所示。
表2 失效油管室溫拉伸試驗結(jié)果
可見油管的屈服強度、抗拉強度和斷后伸長率均符合API SPEC 5CT(2018)Casing and Tubing標(biāo)準(zhǔn)的對N80鋼的要求。
根據(jù)API 5CT(2018)Casing and Tubing，在油管徑向未腐蝕部位截取尺寸為55mm×10mm×5mm的沖擊試樣，采用PSW750型擺錘沖擊試驗機和2302385 CST-50型沖擊試樣缺口投影儀測試油管在0℃下的沖擊吸收能量，得到油管的沖擊吸收能量實測值分別為25.0，23.5，26.1J，平均值為24.9J，符合API SPEC 5CT(2018)對N80鋼的技術(shù)要求(大于11J)。
6 細菌培養(yǎng)試驗
對油管穿孔部位的腐蝕產(chǎn)物取樣，將試樣置于滅菌的研缽中，在無菌條件下研磨，加無菌水配置成飽和懸浮液，分別配制硫酸鹽還原菌(SRB)培養(yǎng)基、鐵細菌(FB)培養(yǎng)基和腐生菌(TGB)培養(yǎng)基。采用絕種稀釋法，將配制好的懸浮液分別用無菌注射器逐級注射到測試瓶中進行接種稀釋。將上述測試瓶放入恒溫培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為28℃，培養(yǎng)時間為14d(天)。
圖6 TGB測試瓶中試樣試驗結(jié)果
圖7 SRB測試瓶中試樣試驗結(jié)果
由圖6和圖7可見，TGB測試瓶中培養(yǎng)液由紅色變?yōu)殚冱S色，SRB測試瓶中培養(yǎng)液由無色透明變?yōu)榈S色，說明內(nèi)壁油砂中含有SRB和TGB。
圖8 FB測試瓶中試樣試驗結(jié)果
由圖8可見，F(xiàn)B測試瓶中培養(yǎng)液顏色未發(fā)生變化，未檢測出FB。
分析與討論
由化學(xué)成分分析、金相檢驗和力學(xué)性能測試結(jié)果可知，油管材料符合API 5CT(2018)的要求，油管材質(zhì)無問題。由腐蝕產(chǎn)物的EDS和XRD分析結(jié)果可知，腐蝕產(chǎn)物主要成分為FeCO3、FeS和Fe3C。由細菌培養(yǎng)試驗結(jié)果可知，腐蝕介質(zhì)中存在SRB和TGB。
表3 注水井的水質(zhì)成分(物質(zhì)的量分數(shù))％
表3為2017年和2018年該注水井的水質(zhì)的成分，可見注水中Cl-、
失效油管內(nèi)部充滿油泥和砂，所以管內(nèi)介質(zhì)無法流動，屬于厭氧環(huán)境，油管內(nèi)部具備細菌生長的條件。由宏觀觀察結(jié)果可知，油管的腐蝕均為局部腐蝕，且腐蝕坑內(nèi)有黑色黏稠狀物質(zhì)，這與細菌腐蝕形貌一致。由腐蝕產(chǎn)物分析結(jié)果可知，腐蝕產(chǎn)物中有FeS，結(jié)合水質(zhì)中檢測出SRB和TGB，可以推斷腐蝕穿孔是由于垢下細菌腐蝕造成的。
SRB和TGB的存在使溶液中
作者：朱衛(wèi)東，工程師，中國海洋石油有限公司 天津分公司
、
含量較高。當(dāng)培養(yǎng)基中硫酸根離子質(zhì)量分數(shù)較低時，其含量的增加會加速SRB誘導(dǎo)的腐蝕，當(dāng)硫酸根離子的質(zhì)量分數(shù)達到1.0％時，油管的腐蝕速率達到最大。SRB腐蝕機理主要包括陰極氫去極化理論、代謝產(chǎn)物腐蝕、濃差電池的形成以及腐蝕產(chǎn)物腐蝕理論。TGB普遍存在于石油、化工等工業(yè)領(lǐng)域的水循環(huán)系統(tǒng)中，其繁殖時產(chǎn)生的黏液極易因產(chǎn)生氧濃差而引起電化學(xué)腐蝕，并會促進SRB等厭氧微生物的生長和繁殖，有惡化水質(zhì)、增加水體黏度、破壞油層和腐蝕設(shè)備等多重副效反應(yīng)。被還原成H2S，H2S的存在引發(fā)了管壁的腐蝕，造成了嚴(yán)重的局部腐蝕———腐蝕坑或腐蝕孔。由于井底壓力較大，油砂沉積在油管內(nèi)壁，使介質(zhì)在油管內(nèi)壁流動和電介質(zhì)擴散受到限制，形成了不同尺寸的閉塞空間，細菌在閉塞空間內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，使空間內(nèi)介質(zhì)的化學(xué)成分與整體介質(zhì)的有很大差別，空間內(nèi)介質(zhì)pH值發(fā)生較大變化，形成閉塞電池腐蝕，尖端的電極電位下降，造成電池腐蝕。阻塞電池形成的腐蝕區(qū)域很小，腐蝕區(qū)域體系內(nèi)的電介質(zhì)難以與外界的介質(zhì)進行對流和擴散，在閉塞電池內(nèi)部氫在陰極逸出，因而SRB的作用是將氫原子從金屬表面除去從而使腐蝕過程繼續(xù)進行。油管中MnS等夾雜物、表面缺陷、軋制氧化皮和表面附著物(特別是疏松的硫化物)、靜止的介質(zhì)、介質(zhì)中的Cl-及較高的溫度都將促進阻塞電池的形成和發(fā)展。
來源：理化檢驗/朱衛(wèi)東
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