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高深度油井、气井腐蚀环境与对策及高耐蚀井用管的开发

在油、气开发环境下，源自产物中所含的CO2、H2S的碳酸气腐蚀、硫化物应

力腐蚀裂纹(SSC)及在与井上填充液接触部分所产生的应力腐蚀裂纹(SCC)都是大问

题。为了提高材料的耐碳

酸气腐蚀性，向钢中加Cr是有效的；而为了提高耐SSC性，则加Mo是有效

的。作为适应上述恶劣环境的材料，JFE所开发的UHP13Cr钢管因低C、加入了

Ni、Mo而改善了耐碳酸气腐蚀性及耐SSC性；所开发的UHP15Cr钢管因高Cr化而

进一步提高了耐蚀性能。这

两类开发钢管在原API-13Cr钢管不能使用的100～200?高温CO2及少量H2S环

境下耐蚀性优良。

1、前言

近年对石油、天然气的需求连年增加，随之进行了原未进行过的高深度恶劣环

境下的油、

气开发。因其多含CO2或H2S等腐蚀性气体，有时会产生腐蚀及腐蚀裂纹等问

题。在润湿

CO2环境下，存在全面或选择性腐蚀等问题；而在H2S环境下，有时会发生氢

致裂纹。因

这些腐蚀问题可能引发重大事故，故对井用管的耐蚀性要求越来越严。

在润湿CO2环境下，一般使用高耐蚀性高Cr钢，其中所占比例高的是13Cr马

氏体不锈钢。由于此类钢耐碳酸气腐蚀性优良，故其需求量也在连年增长。然而，

若油井温度高于

100?，13Cr钢管的耐蚀性就会劣化，由于CO2分压而造成其使用寿命的下降。

随着近年

对深井的开发，高温、高CO2分压、高氯离子浓度的腐蚀性严重的深油、气井

增多，超过

13Cr钢管使用范围的环境也一直在增多。并且，即使油井开始仅为CO2环境，

因注水法的使用而产生H2S或开始就会有H2S的油井也增多了，由H2S引起的硫化

物应力裂纹（SSC）就成了问题。普通的13Cr钢管没有充分的耐SSC性。在如此恶

劣环境中使用的油井管，原

来使用22Cr系双相钢管或耐蚀性更高的高合金钢管，但要求耐蚀性比22Cr系

更高的场合也多。另外，由于冷拔油井管须有必要的强度，故成本也高。因此，进

行了具有比普通13Cr钢管耐蚀性高且成本比双相不锈钢低的新油井管开发。

针对市场需求，JFE开发了耐碳酸气腐蚀性、耐SSC性优良的且有新成分的马

氏体系

不锈钢HP13Cr和UHP15Cr钢管。本文查明了油井环境腐蚀的机理、环境因素

与合金元素

对马氏体系不锈钢管耐蚀性的影响；概要介绍了提高耐碳酸气腐蚀性和耐SSC

性的HP13CrEYUHP15Cr钢管的特点。

２、在油、气井环境中的腐蚀

2.1油、气井的腐蚀环境

在石油和天然气的生产过程中，管道上的腐蚀环境可大致分为油气产品流动的

管内壁及

与泥水或高比重卤化水液接触的管外壁两种。前者的腐蚀特征是无氧，但当存

在高压CO2或H2S时，会产生全面或选择性腐蚀及裂纹；后者，特别是与高浓度卤

化水液接触时，易

发生由应力腐蚀裂纹（SSC）引发的事故。

2.2碳酸气腐蚀及其对策

在润湿CO2环境中的腐蚀特征，尽管是弱酸性环境，但其腐蚀速度却很快。关

于腐蚀

形态，不仅有全面腐蚀，也发生台面腐蚀等选择性腐蚀。在实际应用中，就有

油井管仅使用

1年即产生严重腐蚀的例子。

在CO2环境下易产生台面腐蚀那样不均匀腐蚀的原因，主要是在由腐蚀生成物

所保护

的部分和由腐蚀所浸蚀的部分之间产生了大的网眼腐蚀之故。在CO2环境下，

若温度高于60?，以碳酸铁为主体的腐蚀生成物就容易在钢表面生成。然而，此保

护膜在一定的流体速

度下会剥落，在剥落处有时会产生台面腐蚀，其腐蚀速度为年均数十毫米，易

造成钢管穿孔

的大事故。

针对碳酸气腐蚀的最有效对策是向钢中加入Cr元素。相关研究表明，碳酸气

对钢管的

腐蚀速度随Cr含量的增加而下降。在本试验条件下，13Cr钢材的腐蚀速度大

致为零，显示

出极优良的耐碳酸气腐蚀性。因此，作为耐碳酸气腐蚀用的油井管，多使用兼

具强度和耐蚀

性的13Cr马氏体系不锈钢管。

最近，进行钢的低C化,Cr不作为C化物析出，而是固溶增加了有效的Cr含

量，且因加和了Ni而稳定了马氏体组织，从而开发了改型的13Cr钢；另外，还重

新评价了钢的成分，

开发了新的高耐蚀性15Cr钢管。

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