页岩气中不同耐蚀合金堆焊弯管腐蚀行为研究.docx

? ? 页岩气中不同耐蚀合金堆焊弯管腐蚀行为研究 ? ? 刘 俊 李牧松 陈博文 张付峰 昝林峰 唐 昕 马敬轩 1. 中国石油工程建设有限公司西南分公司, 四川 成都 610041; 2. 中国石油工程建设有限公司， 北京 100120; 3. 绵阳城市学院鼎利学院, 四川 绵阳 621000; 4. 郑州万达重工股份有限公司, 河南 郑州 451162 0 前言 腐蚀是石油天然气生产和输送过程中潜在危害之一[1],由于腐蚀原因造成的管线穿孔、设备失效等各种事故[2-4]不仅影响油气田的正常生产,还会造成巨大经济损失和人员伤亡[5-6]。近年来,页岩气作为一种清洁能源受到普遍关注[7],但由于页岩气集输系统输送介质的复杂性和页岩气开发特性[8-9],页岩气田在开发过程中同样面临着穿孔腐蚀、细菌腐蚀、冲刷腐蚀等风险[10-13]。有报道表明,页岩气集输管线穿孔处的腐蚀速率最快达20 mm/a,比GB/T 23258—2020《钢质管道内腐蚀控制规范》级别最严重的点蚀率0.38 mm/a高出了52倍[14],更有报道表明,4个月内页岩气平台井场地面集输工艺管道刺漏穿孔出现17处,管材最快失效时间2个月,严重威胁页岩气田的正常生产运行[15-17]。页岩气田的腐蚀中又以弯管、三通更为严重。目前,用于弯管、三通的防腐蚀方法主要有:选用耐蚀合金材料、材料表面进行改性技术、金属表面覆盖保护层和加注缓蚀剂等[18]。堆焊作为一种金属表面覆盖保护层的技术,由于具有较高的性价比,逐渐在页岩气中推广运用[19-21]。本文采用喷砂试验和现场实验对CF415K冷弯管(以下简称碳钢冷弯管)、CF415K直管堆焊825(ERNiFeCr-1)后进行冷弯的弯管(以下简称堆焊825冷弯管)、CF415K直管堆焊316L(ER316L)后进行冷弯的弯管(以下简称堆焊316L冷弯管)进行性能评价,优选出适合页岩气田开发的弯管材料,从而为页岩气安全开发提供参考。 1 实验 1.1 实验材料及仪器 实验材料:CF415K直管(规格为Φ88.9×12 mm),碳钢冷弯管、堆焊825冷弯管、堆焊316L冷弯管，堆焊后的冷弯管结构尺寸见图1。 堆焊工艺:按照标准对CF415K基管的外观尺寸、理化性能进行抽样复检;对CF415K内壁打磨及焊前检验,除锈质量等级应达到GB/T 8923《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》(以下简称GB/T 8923)中Sa2.5级,并按ASTM E797《用人工超声脉冲回波接触法测量厚度的标准实施规程》(以下简称ASTM E797)规定的手动超声波测厚方式测量;测量后进行堆焊,堆焊厚度均大于3.8 mm,堆焊后检测表面无缺陷、裂纹、气孔、未融合;再次除砂、除锈,质量等级应达到GB/T 8923中Sa2.5级;最后超声波检测和渗透检测合格。 图1 堆焊冷弯管的结构尺寸图Fig.1 Construction dimensions of pipe elbow with weld overlay 弯制工艺:弯制前先进行热处理;随后冷成型;成型后进行整形、回火处理、硬度检测、除锈、PT和UT无损检测、酸洗钝化等处理,基层表面硬度值应不超过240HV10,内覆层及堆焊层硬度值平均不超过315HV10;PT和UT无损检测满足NB/T 47013—2015《承压设备无损检测》的规定;实验材料按图2制作成现场的实验段并在威远项目进行现场实验。 实验仪器:厚度测量仪,特质喷头型喷砂机+测速仪,PT和UT检测仪等。 图2 不同堆焊材料制作成的实验段照片Fig.2 Test section with different weld overlay material 1.2 实验方法 1.2.1 模拟喷砂实验 模拟现场极限工况,喷砂工艺流程见图3。按1∶1比例混合40～70目与70～100目的石英砂,喷砂机的喷头与弯管的管口成90°,石英砂以30 m/s的风速和 18 kg/min 的砂流量分别对碳钢冷弯管、堆焊825冷弯管、堆焊316L冷弯管进行喷砂,喷砂时间为10 min,并按ASTM E797规定的手动超声波测厚方式测量弯管的两侧弧、内弧和外弧的壁厚变化。 图3 喷砂工艺流程图Fig.3 Flow chart of sand blasting process 1.2.2 现场实验 把三种材料组成一个实验段(图2)连接在威远项目的支管上进行实验。以弯管的壁厚为研究对象,按ASTM E797规定的手动超声波测厚方式每隔2 d测厚一次,从2020年9月23日开始到2020年11月22日,连续测量60 d,测厚位置为弯管弧顶中心位置。 1.2.3 内切割形貌分析 实验420 d后,取下实验管段,并对弯管进行侧切,通过观察剖面分析三种不同材质弯管的腐蚀情况。 2