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我国油气井油管常用的防腐方法及其特点

我国油气井油管常用的防腐方法及其特点

    1.定期更换普通碳钢管材

 

井下的腐蚀环境造成的油管腐蚀可能使油气井的寿命大大低于设计寿命.CO2溶于水生成酸性较弱,但腐蚀性强的碳酸(H2CO3-,对铁基体的腐蚀十分严重.二氧化碳和硫化氢引起钢铁迅速的全面腐蚀和严重的局部腐蚀,使得管道和设备发生早期腐蚀失效.例如,华北油田馏58井的N80油管被腐蚀得千疮百孔,形同筛网,仅使用18个月就不得不报废.因此使用普通碳钢管材,首先要根据井下的腐蚀环境,应用腐蚀预测模型,对管材的失效期限进行合理预测,然后必须在其寿命期限内更换油管管柱.

 

2.使用耐蚀合金管材

 

目前在油气田应用的抗二氧化碳腐蚀钢材,多数都含有Cr.通常使用的抗二氧化碳腐蚀钢材有1Cr,9Cr,13Cr等耐蚀合金钢,其中13Cr马氏体不锈钢的使用量最大.日本已生产出一系列抗CO2腐蚀油井管,典型牌号如住友的SM(9Cr~13Cr--95,新日铁的NT13Cr-95,NKKNKCr(9~15--95,川崎的KO-(9~13-Cr80~95.

由于硫化氢能引起碳钢的氢致开裂(HIC-和硫化物应力腐蚀开裂(SSCC-.综合考虑合金元素对HICSSCC的影响,研究的低碳锰钢抗硫化氢石油专用管材的主要化学成分(%-应为:C0.06~0.08Mn1.3Si0.16~0.38P0.016S0.005,在此基础上加入0.01~0.05TiNiVNbCuRe等合金元素.在含硫油气井中使用的油井管,法国主要采用铬--铝系和铬--钒系,日本的NKK采用铬-钼系,新日铁采用铬--铌系,川崎制铁采用铬----硼系.为满足国内油田的特殊要求,宝钢钢管分公司的高抗硫油管BG-65SBG-80SS已应用于生产实践.

从全球范围来看,由于油田开发难度增大,使总投资增加,投资者不愿因油井管发生故障使价值上千万的油井报废,因此多采用保险系数大的高级油井管.高性能的非API油井管在俄罗斯、美国、英国、挪威及中东、南美等国家和地区使用相当普遍.如中东一些油田的井压高,每口井日单产高达上千吨,这些油田使用的是价格昂贵的不锈钢油井管.

 

3.注入缓蚀剂

 

将少量物质加入腐蚀环境中,借助该物质在金属表面上发生的物理、化学作用,降低金属材料溶解速度的方法称为缓蚀剂防腐,所加物质即缓蚀剂.缓蚀剂一般为长链化合物,如一些含氮化合物,有机磷酸盐等.常用的缓蚀剂有重铬酸盐、磷酸盐、有机胺类等.针对腐蚀油气井介质的不同,缓蚀剂种类大致可分为油溶性缓蚀剂、水溶性缓蚀剂、分散型缓蚀剂及气相缓蚀剂.

在腐蚀环境中加入少量缓蚀剂,就能和金属表面发生物理与化学作用,从而显著降低金属的腐蚀.注入缓蚀剂进行防腐,不需要改变金属构件的性质,因而具有经济,适应性强,效率高等优点.对于油管内表面腐蚀,可在不更换现有管材的情况下使用专用缓蚀剂来控制腐蚀.通常选用油溶性水分分散的表面活性剂类,如磷酸酯与烷基胺的反应产物,咪唑啉,多胺类及咪唑啉与硫脲的复配物等.缓蚀剂的防腐效果主要与井况(如温度、压力)、缓蚀剂类型、注入周期、注入量有关,如果使用得当,缓蚀效率将在85%以上.

 

4.使用涂镀层油管

 

通过相应的工艺处理,在金属表面形成抑制腐蚀的覆盖层,可直接将金属与腐蚀介质分离开来.主要为金属涂层和非金属涂层两大类,大多数金属涂层采用电镀或热镀的方法实现,非金属涂层大多是隔离性涂层.目前针对油管防腐所采用的涂镀层技术主要有金属涂层,有机材料涂层,化学镀层等.

4.1金属涂层根据电化学防护原理,只有当金属涂层的电极电位比油管基体的电极电位负时,才能起到阴极保护作用,即牺牲阳极(涂层),保护阴极(油管).

当油井的油管处于电介质中,将产生电化学腐蚀,即油管中的杂质成为阴极,铁为阳极.铁释放电子,以水化离子(nH2O)的形式溶解于水中,因而铁很快被腐蚀.如果钢铁表面覆盖有锌、铝等合金涂层,则情况就发生了变化.因锌、铝合金涂层相对钢铁电位更负,在构成腐蚀电池时成为阳极,钢铁为阴极,这样阳极区(锌、铝合金)释放电子而溶解于水,产生腐蚀.阴极区(油、套管的基体-则在表面吸收电子与氧发生还原反应,受到保护.

4.2有机材料涂层对于油管的内腐蚀,可在其内表面涂覆有机材料防腐层.常用的涂料有:环氧型,改性环氧型,酚醛环氧型树脂或尼龙等.要求涂层厚薄均匀,且整个涂覆表面100%无针孔.目前,油管防腐涂料大多数为环氧粉末.环氧粉末防腐主要有以下特点:熔融性好,针孔少,涂膜光滑;施工容易,可用静电喷涂、流化床浸涂等;管壁不易结垢,同时还降低了注水能耗.

4.3化学镀层化学镀层有结合力强,硬度高,耐磨性能好,耐蚀性能优良等优点,在油管防腐中有一定的应用.目前化学镀油管有两种主要类型:

镍磷合金镀管:由于非晶态镍磷(Ni-P)合金镀层具有优异的耐盐水、H2SC2O腐蚀性及良好的耐磨性能,近年来,大庆、胜利、江汉和中原等油田都应用了Ni-P合金化学镀层油管,取得了一定的防腐效果,降低了生产成本.Ni-P合金化学镀层对油管钢材是一种封闭性保护层(即阴极保护层),只有在镀层绝对完好的情况下(即无针孔时),才起到保护作用.

双层镀管:所谓双层镀就是利用两种镀层在电位方面的差异,通过优化组合而得到的在较薄厚度情况下就具有优异耐蚀性的镀层.不同磷含量的Ni-P镀层组成双层镀层可以有效地防止油管腐蚀.Ni-P镀层的防腐能力主要是由于高磷Ni-P镀层底层为阴极,低磷Ni-P镀层外层为阳极,双层镀层本身构成腐蚀电池(电位差大于125mV).阳极面积大,电流密度小,腐蚀速度缓慢,且表现为横向腐蚀.因此基体点蚀被抑制,从而有效地防止了基体局部腐蚀的发生.

 

5.合理设计管道设备和加强腐蚀监控

 

通过合理设计管道设备的结构和管道制造及防腐施工的工艺可避免许多导致腐蚀破坏的因素,从而实现控制腐蚀的目的.而在管道建设和服役运行期间加强防腐蚀管理,则可以减少甚至避免一些不必要的或者可能意外发生的腐蚀破坏事故.

油田井下管材的防腐工作应做到以下几点:

定期检查井内油管,及时排除事故隐患.一般生产井应3~5年进行1次正常的修井作业,部分更换井下中上部易损的油管,如气体中夹带少量的凝析油,则检修井的周期可延长为8~101.

做好管道竣工验收,用音频检漏仪对所有管道防腐绝缘质量进行全面评价.

建立油气田防腐测试中心,其任务是对全油气田出现的各项腐蚀提出比较全面的防腐解决方案.

从施工验收起,做好各条管道档案资料.

防腐措施选择要得当.每种腐蚀控制措施都具有一定的适用范围,存在不同程度的局限性,应根据管道使用的具体条件,因地制宜、经济合理地选择和应用.

 

 

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