龙王庙组气藏井口阀门腐蚀行为研究中石油西南油气田天然气研究院

1、中国石油西南油气田天然气研究院中国石油西南油气田天然气研究院2014.04龙王庙组气藏井口阀门龙王庙组气藏井口阀门腐蚀行为研究腐蚀行为研究 中国石油汇报人：张强汇报人：张强汇汇 报报 提提 纲纲2 2 概述概述 结论和建议结论和建议 井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析 磨溪磨溪8 8井口阀门性能评价分析井口阀门性能评价分析 一一二二五五四四三三一、一、概述概述1. 磨溪磨溪8井基本情况井基本情况 1）水、气参数： H2S含量在4.5811.19g/m3之间，CO2含量在31.4059.10 g/m3。 pH值4.687.40，Cl-含量为5527mg/L 74000m

2、g/L， 密度平均1.04g/cm3，总矿化度平均57212mg/L 。 2）腐蚀环境： 井口为气液混输，高温、高压、大产量、中含CO2 ，中低含H2S 。 2014年1月6日现场调研参数 3）阀门位置的参数一、一、概述概述磨溪8井基本生产参数随时间的变化 一、一、概述概述2. 磨溪磨溪8井井口阀门基本情况井井口阀门基本情况 磨溪8井井口阀门结构示意图 平板阀所处位置 供货：重庆新泰机械有限责任公司 安装时间：2013年8月16日 运行时间：148天流体方向一、一、概述概述 阀门各部分的材料阀门各部分的材料情况3. 基本思路基本思路 腐蚀评价重点部位1）对于密封重要部位，应重点关注密封面破坏程

3、度及密封件材料性质变化情况。2）对于强度最弱部位应评价腐蚀程度和速率，对其强度的危害程度。3）对于受流体冲蚀的部位应关注冲蚀程度和速率，最器件破坏的影响程度及潜在的风险。一、一、概述概述二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析 2.1 阀门的打开（阀门的打开（1月月9日）日） (a)出厂前的前照片；(b)打开前照片；(c)打开过程照片；(d)阀体的切割 二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析 2.2 阀体阀体 2.2 阀体阀体 (a)阀体内部打开照片;(b)阀体内部垢样红外分析;(c) 阀体内未受冲刷位置;(d)阀体内受冲刷位置 二、井

4、口手动平板阀腐蚀情况宏观分析二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析 2.2 阀体阀体 二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析 2.3 阀体法兰和垫圈阀体法兰和垫圈 (a)阀门法兰端面照片;(b)和采气树连接的法兰垫圈;(c)和采气管线连接的法兰垫圈 二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析 2.4 阀座阀座 。(a) 阀座内部蚀点照片;(b)阀座与阀体连接面二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析 2.4 阀座阀座 。二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析 2.5 导板导板(a)阀门

5、导板照片（清洗前）；(b)阀门导板照片（清洗后）二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析 2.5 导板导板二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析 2.6 阀板阀板 (a)阀板打开照片（清洗前）；(b)阀板孔内表面；(c)与阀杆螺母连接面照片；(d)阀板侧面照片二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析 2.6 阀板阀板 二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析 2.7 阀杆螺帽和阀杆阀杆螺帽和阀杆 (a)阀杆螺帽；(b)阀杆（拆下前照片）二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析二、井口手动

6、平板阀腐蚀情况宏观分析 2.7 阀杆螺帽和阀杆阀杆螺帽和阀杆 二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析 2.8 盘根压帽盘根压帽 (a)盘根压帽内表面照片；(b)盘根和垫片表面照片二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析 2.8 盘根压帽盘根压帽 二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析 2.9 推力圆柱轴承推力圆柱轴承81210和轴承垫圈和轴承垫圈(a) 推力圆柱轴承；(b)轴承垫圈。 二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析 2.9 推力圆柱轴承推力圆柱轴承81210和轴承垫圈和

7、轴承垫圈二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析 2.10 上、下轴承套上、下轴承套 (a)上轴承衬套外表面照片；(b)上轴承衬套内表面；(c)下轴承衬套顶面照片；(d)下轴承衬套底面照片二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析 2.10 上、下轴承套上、下轴承套 二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析 2.11 弹簧垫片弹簧垫片 弹簧垫片二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析 2.12 省力机构省力机构 省力机构二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分析二、井口手动平板阀腐蚀情况宏观分

8、析 2.12 省力机构省力机构 三、磨溪三、磨溪8 8井井口阀门性能评价分析井井口阀门性能评价分析 3.1 性能评价主要内容 1）在阀门强度最弱部位取样进行腐蚀评价试验和材料成分分析；2）密封最重要部位进行了剖开并分析密封面；3）冲蚀最严重位置测算冲蚀速率；4）开展了法兰密封面和挡板密封面的分析；5）对不同材料接触开展了电偶腐蚀。3.1.1 阀杆和阀盖锥面密封情况阀盖整体剖开后的照片；（b）阀盖锥面密封位置腐蚀状况三三、磨溪磨溪8 8井井口阀门性能评价分析井井口阀门性能评价分析 3.1.2 流体通道冲刷腐蚀情况流体通道冲刷腐蚀情况 磨溪8井井口阀门阀体流道腐蚀情况，(b)磨溪8井井口阀门阀体流

9、道体视显微镜(a) 腐蚀孔侧面体视显微镜照片（深度0.106mm)，(b)腐蚀孔正面体视显微镜照片三、磨溪三、磨溪8 8井井口阀门性能评价分析井井口阀门性能评价分析 3.1.3 成分复核（委托四川大学有资质的材料分析机构分析）成分复核（委托四川大学有资质的材料分析机构分析） 磨溪8井阀板成分分析磨溪8井流体通道成分分析 12Cr13材料的含碳（C）：0.15，硅（Si）：1.00，锰（Mn）：1.00 ，硫（S ）：0.030，磷（P ）：0.035， 铬（Cr）：11.5013.50，镍（Ni）：含有0.60。 三、磨溪三、磨溪8 8井井井井口阀门性能评价分析口阀门性能评价分析 3.1.4

10、腐蚀产物成分分析腐蚀产物成分分析 2030405060708090?Theta0200400600800100012001400counts/s3.01832.33242.1252.04561.85681.82031.73871.69521.44261.30611.2661.17561.13341.11091.0847 磨溪8井井口阀门阀座XRD图谱2030405060708090?Theta050100150200250300350counts/s2.96932.61332.39382.31612.07232.03081.84151.81131.7251.68431.56161.52471.

11、4361.41641.39391.32031.30251.26091.24221.17221.1351.0574磨溪8井井口阀门流体通道XRD图谱 在2为29.6、38.4、49.1和50.3处有4个较强衍射峰，说明FeS存在。在2为30.4、38.9、49.1和50.4处有4个较强衍射峰，说明FeS存在。三、磨溪三、磨溪8 8井井口阀门性能评价分析井井口阀门性能评价分析 3.1.4 腐蚀产物成分分析腐蚀产物成分分析 2030405060708090?Theta0100200300400500600700counts/s3.66083.11962.99292.67742.55542.50082

12、.27952.18912.1182.08312.04812.03521.82391.80321.7261.67981.62741.58621.54331.53421.49431.47181.43891.33341.30291.27251.24641.21531.18021.15191.13031.0843 磨溪8井井口阀门阀板XRD图谱在2为34.3、35.6、43.5处出现了3个较强的衍射峰，分别对应于碳化钨（001），（100）和（101）这3个晶面。 在2为30.2、39.3、49.1和50.3处有4个较强衍射峰 ，说明FeS存在。三、磨溪三、磨溪8 8井井口阀门性能评价分析井井口阀门性

13、能评价分析 3.1.5 材料的腐蚀性能评价材料的腐蚀性能评价 a. 常压实验常压实验 磨溪8井的水样分析结果，离子浓度如表所示。根据结果，室内自配水（除氯离子浓度达到26505.06mg/L以外，其他阳离子浓度均与上面的分析结果一致）：12Cr13密度为7.75g/cm3 。 试验条件：饱和硫化氢及二氧化碳，常压，温度分别为60、80 ，液相。 NACE标准RP-0775-91对腐蚀程度的划分试验结果：在模拟现场环境下，12Cr13在60和80下的腐蚀速率分别为0.062mm/a，0.085mm/a。 三、磨溪三、磨溪8 8井井口阀门性能评价分析井井口阀门性能评价分析 b. 高压评价实验高压评

14、价实验 静态高压试验，硫化氢分压0.42MPa，二氧化碳分压1.2MPa，通氮气至10MPa，温度为80 。 12Cr13材料静态高压条件下腐蚀速率 12Cr13实验后表面体视显微镜照片三、磨溪三、磨溪8 8井井口阀门性能评价分析井井口阀门性能评价分析 c.电偶腐蚀试验电偶腐蚀试验 (a)718镍基合金（长度不变），(b)12Cr13（长度变化长度变化）静态高压试验条件： 硫化氢0.42MPa，二氧化碳1.2MPa，通氮气至10MPa，温度为80。 不同面积比情况下的腐蚀速率(a)(b)三、磨溪三、磨溪8 8井井井井口阀门性能评价分析口阀门性能评价分析 (a)高温高压实验后12Cr13试样的表

15、面情况；(b)12Cr13表面局部放大图；(c)SEM形貌3倍条件试样表面形貌：三、三、结论和建议结论和建议1）磨溪8井井口PFFA78-105P3-0078-105阀门腐蚀严重部位包括：相对腐蚀较严重的位置3.1 结论结论三、三、结论和建议结论和建议2）从阀体法兰附近（强度最弱的位置）取样，静态高压下均匀腐蚀速率达到0.142mm/a（液相），属于严重腐蚀范围。然而，因局部腐蚀速率在氯离子诱导下可能远远大于均匀腐蚀速率，导致服役寿命无法估计。由腐蚀产物的XRD分析可以看出，磨溪8井阀门腐蚀产物主要为FeS，表明H2S腐蚀占主要因素。 3）阀盖和阀杆连接锥面，锥面腐蚀严重，存在腐蚀介质泄漏。阀

16、板和导板的接触面没有损坏，光亮如新，此处无法实现完全密封。阀门的两端法兰面无明显腐蚀痕迹，气流下游的密封圈腐蚀严重，存在密封问题。 4）从阀板和阀体流体通道取下的金属材料样本成分分析结果可以看出，其Cr的含量未达到12Cr13材料的要求。 三、三、结论和建议结论和建议5）对冲蚀最严重部位取样分析，测量了冲刷深度。局部发现了大量的马蹄型冲刷痕迹并伴有针孔。冲刷腐蚀速率达到了0.26mm/a以上。冲刷诱导局部腐蚀的发生，导致局部阳极溶解加剧。 6）阀杆和阀体材料不同，螺纹连接存在异种金属接触情况，有产生电偶腐蚀的风险。实验室模拟数据可以看出，718镍基合金与阀体材料偶接后，腐蚀速率大于单体金属的腐蚀速率。S12Cr13:S718