气井腐蚀设计.ppt

三、气井选材与缓蚀剂之外的的防腐设计 气田腐蚀与防护工作一直是天然气工业的重要课题，气井在进行采气设计的炫彩与换实际的选择之外，还必须要在气井防腐设计中考虑一下问题。 1、防止油管的冲蚀/腐蚀设计 1）油管冲蚀/腐蚀的平均流速计算： 冲蚀/腐蚀的平均流速计算，在工程实际中，流速往往是唯一可以控制的力学指标。控制了流速就可以控制管壁的冲蚀腐蚀引起的管壁减薄。美国石油学会建议的两相流（气/液）管道中冲蚀极限速度（API RP14E ）为 （6-16） 式中： —冲蚀速度，m/s； —经验常数。 若流速在临界速度以内，则可控制腐蚀的速度。对于H2S的情 况钢表面形成的硫化铁膜，C确定为116。对于CO2的情况钢表 面形成的碳酸铁腐蚀膜,C为110。若腐蚀膜是Fe3O4 ,C为183。 —气体的密度，kg/m3 （6-17） 式中： —混合气体的相对密度，f； —油（套）管流动压力，Mpa； —气体偏差系数； —气体绝对温度，K。若令C=120 将（6-17）式代入（6-16）式，则： （6-18） 气流从井底流向井口，由于重力及摩阻的影响，井口流动压 力要比井底流动压力小，而流动速度却愈来愈大。因此只要井 口处的气流速度能满足不产生明显冲蚀的条件，则井筒中管柱 任何断面处的速度也一定能满足该条件。井口处油管的冲蚀流 速与气井相应的冲蚀流量和油管内径的关系式可由下式表示: （6-19） 式中： —气井井口处的冲蚀流量，104m3/d； —油管内径，mm。 （6-20） 整理上面各式得: 据井口处冲蚀流量与地面标准条件下体积流量的关系式 （6-21） 当地面标准条件为 ， ， 则有 （6-22） 式中：qmax-地面标准条件下气井受冲蚀流速约束确定的产 气量，104m3/d。油管内流速对腐蚀影响的复杂性。 上面的计算仅是指导性的，实际的冲蚀情况十分复杂。当含 二氧化碳、硫化氢和地层盐水时，初始腐蚀产物膜被不断冲掉， 腐蚀膜起不到保护作用。二氧化碳腐蚀物疏松，更容易被冲掉。 因此含二氧化碳气井的油管直径选用和产量控制要特别重视。当 需加入缓蚀剂防止油管腐蚀时，若油管内流速太高，管壁缓蚀剂 膜将不稳定。严重时不得不缩短注缓蚀剂周期，甚至改为连续注 入。疏松产层或测试、生产压差过大，气流带砂时冲蚀严重，加 剧冲蚀腐蚀。 2、优选油套管螺纹结构，防止螺纹冲蚀/腐蚀设计 油套管柱中，螺纹连接是首先被腐蚀的部位。 在很多情况下，油管管体可再下井使用，但因螺纹 腐蚀，必须重车螺纹或整体报废。当流体通过油管 柱接箍中部时，截面变化，即截面的突然放大和突 然缩小，流体流速及流场将发生变化。在该区产生 冲蚀腐蚀、应力腐蚀、缝隙腐蚀，电偶腐蚀，流动 腐蚀等。外螺纹端被冲蚀腐蚀呈“虫咬”状。 在前述电偶腐蚀讨论中已提到应力集中、局部 冷作硬化部位将作为电偶对的阳极加速腐蚀。此外 接箍与管体用不同材料和不同工艺制造，其间也存 在电位差。腐蚀环境的油气井宜采用气密封螺纹。 气密封螺纹流道变化小，有利于防止涡流冲蚀电偶 腐蚀，降低缝隙腐蚀和电位腐蚀。API圆螺纹接箍 中部的涡流冲蚀和高的接触应力、应力集中等结构 缺陷易导致先期失效。 3、防止油套环空（油管外壁和套管内壁）腐蚀设计 1）开口环空： 油管下部不带封隔器的完井结构称为开口环空。 油套环空套管内壁和油管外壁的腐蚀决定于产出流 体和环空油气水的相态变化。一些油气田油管外壁 比内壁腐蚀严重，可见从外壁向内延伸的局部腐蚀 穿孔。二氧化碳溶于凝析水，可使凝析水pH值降到 4.0以下。由于环空无流动，该凝析水可稳定地附着 在油管外壁，造成失重腐蚀或点蚀穿孔。气井底部 的油管和套管在气水界面附近溶解与析出产生的传 质动力因素也会加剧腐蚀。 2）闭口环空： 油管下部带封隔器的完井结构称为闭口环空。以 下只重点讨论闭口环空的环空保护液设计。环空保护 液应具有如下性能：具有良好的防腐蚀性能，高温及 长期的稳定性。还有加入的聚合物材料无分解，加重 材料无沉降。具有一定的密度，能平衡压力。环空保 护液具有一定的密度，以平衡油管内的高压和对封隔 器施加一定回压。 3）套管外防腐 套管外腐蚀主要发生在未注水泥的自由套管段，水泥环可较好 的保护套管免受腐蚀。在注水泥质量差的井段，或井下作业损伤了 水泥环的井段，套管也可能受到腐蚀。套管外腐蚀的腐蚀源十分复 杂，但是最基本和最普遍的是未封固段地层水发育、地层水处于流 动态，地层水含腐蚀性组分。此外还可能有环空滞留钻井液的腐蚀， 套管自身钢材的金属学缺陷、操作损伤及局部应力集中。制造残余 应力过大或套管钳牙咬伤会加快局部腐蚀。套管接