LN206井P110油管的腐蝕原因

毛學強，謝俊峰，宋文文，周懷光，趙密鋒，陳 洪

（1.中國石油塔里木油田油氣工程研究院，庫爾勒841000；2.中國石油塔里木油田開發事業部，庫爾勒841000）

1 概況

LN206井是電泵井，自上次檢泵后僅運行43d就出現腐蝕泄漏現象，檢泵（作業井段4 819m）中發現第251根新油管（材質為P110碳鋼，尺寸為φ73.02mm×5.51mm）與泄油閥連接（2 413.94m井深處）的絲扣處已發生嚴重腐蝕。作業前生產情況為井口油壓0.46MPa，套壓0.41MPa，井口溫度為29℃，日產油3.89t、水8.11t、氣550m3，綜合含水率67.60%。井下地層水pH為6.28，其礦化度及Cl-濃度見表1。天然氣中含有一定CO2。

表1 LN206井工況條件 mg·Lˉ1

2 理化性能測試

2.1 宏觀形貌分析

觀察管樣和泄油閥內、外壁腐蝕的宏觀形貌，并采用數碼相機進行拍照記錄。

2.2 化學成分分析

依據ASTM A751-2008，采用ARL 4460直讀光譜儀取樣分析了管樣和泄油閥的化學成分。

2.3 金相組織分析

依據GB／T 13298-1991，GB／T 6394-2002和GB／T 10561-2005，采用MeF3A金相顯微鏡、MEF4M金相顯微鏡及圖像分析系統分析管樣和泄油閥的金相組織、晶粒度及非金屬夾雜物。

2.4 腐蝕電位測試

采用美國PerkinElmer公司生產的M273型恒電位儀對管樣和泄油閥進行開路電位測試，測試溫度為90℃，溶液為Cl-質量濃度為11 560mg·L-1的飽和CO2溶液。該電化學測試采用三電極系統，輔助電極為石墨電極，參比電極飽和甘汞電極（SCE），工作電極為試樣，工作面積1.0cm2。

2.5 腐蝕產物形貌及成分分析

采用掃描電鏡觀察管樣內壁的腐蝕產物微觀形貌，并采用能譜分析儀分析腐蝕產物的成分。

3 測試結果

3.1 宏觀形貌

油管管體外壁腐蝕較輕，無明顯腐蝕產物及腐蝕坑。但外螺紋處局部腐蝕較嚴重，形成了大量腐蝕坑，其中一處已完全被腐蝕，并且螺紋發生損傷，見圖1。泄油閥外壁基本無腐蝕，且有明顯的金屬光澤，見圖2。

將兩個管樣對剖，觀察其內壁腐蝕狀況。油管內壁呈輕微的均勻腐蝕，表面有少量的腐蝕產物，無明顯的腐蝕坑，管壁基本無減薄，見圖3。泄油閥內壁無明顯的腐蝕產物且有金屬光澤，見圖4。

3.2 金相組織

表2、圖5和圖6為金相組織、晶粒度檢驗結果。可以看出，油管和泄油閥的組織均為回火索氏體（S回），油管金相組織無異樣，未發現粗大組織及超尺寸夾雜物。

表2 試樣金相組織檢測結果

3.3 化學成分

表3為油管和泄油閥的化學成分分析結果。由表3可見，油管屬于普通碳鋼材料，化學成分符合API Spec 5CT要求；而泄油閥則屬于不銹鋼材質，其鉻含量高達11.70%，是油管含鉻量的325倍。（注：API Spec 5CT中對兩種鋼的化學成分僅對磷和硫兩元素的上限作為規定，并未對其他元素的組成作規定）

表3 試樣主要化學成分分析結果 %

3.4 開路電位測試

圖7為油管和泄油閥的開路電位測試結果。由圖7可見，油管的自腐蝕電位為-655mV（SCE），而泄油閥的自腐蝕電位為-542mV（SCE），兩者相差約110mV（SCE）。

圖7 開路電位測試結果

3.5 腐蝕產物形貌及成分分析

圖8為外螺紋腐蝕部位的微觀形貌圖。可以看出，腐蝕表面覆蓋大量疏松狀的腐蝕產物。腐蝕坑表面的能譜分析結果表明，腐蝕產物主要含有鐵、碳、氮等元素，并含有一定量氯元素，如圖9所示。

4 腐蝕原因分析

油管的金相組織無異常，化學成分符合API Spec 5CT要求，但其鉻含量僅為0.036%，屬于普通碳鋼，而泄油閥含鉻量高達11.70%，屬于耐蝕材料，這引起油管和泄油閥材質電位的不同。經開路電位測試，在模擬工況條件下，泄油閥的開路電位明顯高于油管的電位，電位差達110mV。一旦這兩種電位差較大的異種金屬相連接，將會形成電偶對而加速油管的腐蝕。

對油管及泄油閥內外表面進行的宏觀及微觀形貌觀察分析發現，油管腐蝕僅發生在與泄油閥連接的部位，且油管外螺紋局部腐蝕嚴重，而其他部位腐蝕較輕或基本無腐蝕，這進一步證實上述推斷，即油管外螺紋部位腐蝕的根本原因為油管與泄油閥直接接觸造成的電偶腐蝕。在電解質溶液中，當兩種不同的金屬或合金相接觸時，電位較負的金屬腐蝕被加速，而電位較正的金屬受到保護。這種現象稱為電偶腐蝕。泄油閥相對油管而言，電位較正，受到保護；而油管由于電位較負而被加速腐蝕。

由于現場上扣時螺紋損傷造成兩者間存在微小縫隙，流體介質易滲入其間。能譜分析結果表明，油管外螺紋腐蝕部位表面不僅含元素鐵、碳、氧，還含有一定量的氯元素。結合油管表面的腐蝕產物成分分析結果可以判斷，油管遭受CO2腐蝕的同時，高濃度的Cl-進一步促進腐蝕。

5 結論及建議

（1）油管的化學成分符合API Spec 5CT要求，金相組織無異常；油管和泄油閥材質差異較大，油管屬普通碳鋼，而泄油閥含鉻量較高，達11.70%。

（2）油管外螺紋局部腐蝕嚴重的根本原因是油管與泄油閥連接的絲扣有損傷現象，存在一定的縫隙，存在CO2腐蝕，高濃度的Cl-促進了腐蝕；油管與泄油閥間的電位相差約110mV，兩者直接接觸造成的電偶腐蝕加速了絲扣處的腐蝕。

（3）上扣時避免油管與泄油閥兩者連接的絲扣發生損傷，避免縫隙腐蝕的產生。

（4）由于油管與泄油閥材質及耐蝕性能差異較大，如直接接觸、連接，會加速油管的腐蝕，應在兩者接觸的絲扣上涂抹質量好的螺紋脂等避免二者電位相差較大的異種材質的直接接觸。

［1］呂拴錄，駱發前，相建民，等.API油管腐蝕原因分析［J］.腐蝕科學與防護技術，2007，28（5）：64-66.

［2］Winston Revie R主編，楊武譯.尤利格腐蝕手冊［M］.北京：化學工業出版社，2005.