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CO2分压是油套管防腐选材研究中最重要的参数。基于道尔顿分压定律,通过-理论分析得出了气井CO2分压近似等于体系压力与mol%CO2的乘积,推导出了油井CO2分压剖面的计算公式,结果表明,随着井流物的举升,CO2分压从油层到井口逐渐降低;通过实验研究和理论分析,说明了惰性气体压力对腐蚀测试结果的影响甚微,模拟实验中不必用惰性气体(例如N2)补充体系压力至地层压力;分析了腐蚀模拟实验中水溶液饱和蒸汽压对有效CO2分压的影响,得出,随着温度的升高,溶液的饱和蒸汽压对CO2有效分压的影响逐渐增大,有效CO2分压等于体系总压与溶液饱和蒸汽压之差。 金属材料平均腐蚀速率的国际标准算法未考虑腐蚀测试的时间效应,将短期内的平均腐蚀速率按照线性规律外推到一年,结果被显著放大。通过室内实验研究和现场数据,证明了NACE腐蚀速率随着测试周期的延长逐渐降低;提出了计算金属长期腐蚀速率的失重函数法,利用求解拟合函数中常用的最小二乘法,给出了确定最佳失重函数的求解过程。 归纳出了CO2/H2S环境中油套管钢的两类腐蚀规律;采用腐蚀模拟实验、SEM、EDS与XRD方法对腐蚀产物膜进行了分析,得出,微量H2S抑制CO2腐蚀的根本原因在于产物膜内层存在致密FeS薄膜,并首次观察到了内层FeS薄膜的平面形态,提出了不同CO2/H2S分压比条件下的产物膜的层理结构模型;探讨了H2S主导腐蚀的分压比界限,认为H2S主导腐蚀的分压比界限应为pCO2/pH2S≤20。实验研究了粉砂对井下管柱CO2腐蚀行为影响,结果表明,在正常生产流速下,粉砂虽然不会对CO2腐蚀产物膜形成切削破坏,但对CO2腐蚀仍有较大的促进作用。采用SEM、EDS、XRD以及EIS方法,对其产物膜结构及离子通透性进行了分析,结果表明,粉砂颗粒夹杂在腐蚀产物膜中,降低了腐蚀产物膜的均匀性和致密性,且在粉砂颗粒周围易形成离子扩散通道,使低Cr钢腐蚀产物膜中具有较好保护性的无定形Cr富集层失去阻隔离子的能力,产物膜保护性能下降,腐蚀加剧。 探讨了套管内壁单点腐蚀凹坑的应力集中问题,对比分析了用于计算应力集中的解析模型;利用数值模拟软件,分析了双点腐蚀的应力集中增强效应,结果表明,双坑交汇处应力集中系数会增大,并修正了计算应力集中系数的解析模型。基于金属腐蚀的力学化学原理,结合管柱强度分析、应力集中效应以及力学化学耦合条件下的腐蚀作用,设计了CO2油气田油套管防腐选材流程图,建立了均匀腐蚀条件油套管力学化学腐蚀的强度衰减预测模型以及点蚀凹坑应力集中条件下的腐蚀穿孔预测模型,并进行了应用实例分析,预测了均匀腐蚀和点蚀条件下套管的使用寿命。