超深、超高温、超腐蚀极端环境下气井油管腐蚀机理和耐蚀性能评价方法的研究

More and more effort is being devoted to exploit oil/gas resources in the northwest of china. Efficient exploitation poses great challenges for the serious corrosion of oil tube materials in the extreme environment, characterizing high temperature, high pressure, high CO2 partial pressure, high salinity, acidification, complex multi-phase flow, ect. Therefore, the corrosion mechanism, evaluation methodology and prediction model for for pitting corrosion and mechanical properties of oil tube in extreme environment is a key scientific issues of corrosion protection of oil tube.The project intends to find out the thermodynamics electrochemical phase (Pourbaix Diagrams) in extreme environment, the natrue of synergetic corrosion mechanism of high salinity high temperatue, high prressure, acidification and multi-phase flow. The accelerated evaluation methodology,life prediction model for pitting corrosion and mechanical properties of corroded tube will also be found out. The research results will help enrich and improve the corrosion electrochemistry theory and research methods, provide the scientific basis for corrosion and protection of oil tube in extreme environment.

我国西北地区天然气开采遭遇到在世界范围内都是极为罕见的极端环境：高温、高压、高CO2含量、高矿化度、酸化、复杂多变的多相流环境等等，导致油管面临非常严苛的腐蚀问题。因此，极端环境下油管的腐蚀机理、评价方法和点蚀寿命预测是亟待解决的关键科学问题。通过前期研究，提出高矿化度、高温高压、酸化与多相流的观点，拟以油管及其接头部位的腐蚀作为研究重点，研究极端环境下油管腐蚀的热力学问题（E-pH图），酸化、产出水以及流速流态对油管及其接头的腐蚀行为的影响等问题，阐明种耦合因素对油管腐蚀行为影响机理；建立极端环境中油管耐蚀性能的评价方法；构建极端环境中油管点蚀寿命预测模型，评估长周期腐蚀条件下油管接头在不同载荷下的力学行为。成果将丰富和完善腐蚀电化学的相关理论，为极端环境下气井管柱的腐蚀与防护提供科学依据和理论支撑。

我国西北地区天然气开采遭遇到在世界范围内都是极为罕见的极端环境：高温、高压、高CO2含量、高矿化度、酸化、复杂多变的多相流环境等等，导致油管面临非常严苛的腐蚀问题。因此，极端环境下油管的腐蚀机理、评价方法和点蚀寿命预测是亟待解决的关键科学问题。本项目执行中有两大亮点性工作：第一，发现完井过程中存在着鲜酸+残酸+产出水+缓蚀剂的协同腐蚀作用，使腐蚀速度提高了8倍。其根本原因在于缓蚀剂设计不合理，缓蚀剂中的铜离子会在酸化过程中形成高孔隙铜膜，在残酸+产出水过程中起到闭塞电池自催化的作用。建议采用比Fe活泼的铋离子和锑离子代替铜离子，来改进缓蚀剂以便消除协同效应。目前基本解决酸化过程中油管的腐蚀问题。第二， 针对腐蚀试验周期漫长、环境特征复杂多变的问题，提出预制点蚀加速方法，将试验周期从数年缩短至1个月，将Sridhar、MacDonald、Gutman、Nesic等腐蚀模型和析因回归方法修正、整合，建立了从热力学和动力学两个方面入手，建立了极端环境下油管的腐蚀寿命预测模型。模型的预测结果与油田现场数据具有很好的一致性。此外，研究了极端环境下钝化膜的耐蚀性能和结构特征，发现随着温度压力增高，钝化膜厚度急剧增加，FeCO3含量逐渐降低，钝化膜缺陷增多耐蚀性能变差；揭示了接头缝隙、流体对油管腐蚀的影响机制，发现流体通过影响钝化膜的再沉积过程导致其发生破裂；发现油管内壁氧化皮会导致严重的湍流，加速油管的腐蚀；发现随着气井深度的增加，点蚀引发应力腐蚀断裂，油管的应力腐蚀断裂敏感性明显上升。随着腐蚀时间延长，管柱的力学性能也会逐渐下降。