高含水原油集输管道内腐蚀预测及监测方法

针对高含水原油集输管道内腐蚀穿孔事故日趋严重的工程实际问题,对高含水原油集输管道内腐蚀高风险点预测及内腐蚀缺陷监测方法进行了综合研究。基于原油集输管道管内介质的液滴携带机理,给出了该类管道内腐蚀高风险点的预测和判定方法;基于场指纹腐蚀监测原理,研究了代表腐蚀缺陷深度的指纹系数的空间分布规律,给出了其与管道壁厚减薄量的对应关系曲线,建立了高含水原油集输管道内腐蚀状况的评估模型。研究可为高含水原油集输管道科学管理及保障原油集输管道安全运营提供技术支撑。     

20#碳钢管道内沉积物对腐蚀行为的影响

 塔河油田地面原油集输金属管道主要材质为20^#碳钢。地面原油集输金属管道腐蚀主要为内壁点蚀,点蚀区域存在有沉积物。为研究沉积物对地面原油金属集输管道的腐蚀行为的影响,在对管道内壁沉积物类型分析的基础上,通过将无、有沉积物覆盖的20^#碳钢试片挂入高压釜来模拟现场腐蚀实验,应用失重法分析、电位极化曲线测试、丝束电极测试及扫描电镜技术对无沉积物覆盖的20^#碳钢试片及有沉积物覆盖下的20^#碳钢试片的腐蚀失重速度、腐蚀过程、腐蚀电位分布及扫描电镜特征进行测试。分析表明：无沉积物覆盖区20^#碳钢相比有沉积物覆盖腐蚀失重速度小;两者腐蚀过程均受阴极扩散控制,后者阳极过程受到促进,腐蚀电位降低、耐蚀性变差;前者腐蚀电位分布随时间变化不大,以全面腐蚀为主,后者腐蚀电位分布随时间变化大,点蚀特征明显,建立了无、有沉积物覆盖的20^#碳钢腐蚀行为影响过程模型。     

基于试验的天然气集输管道失效性机理分析

为分析天然气集输管道的腐蚀失效行为,确定集输管线腐蚀形貌特征与产物成分,查明其腐蚀失效特征、腐蚀类型及失效机理。管道失效性分析以试验研究为主要手段,通过表面宏观测量分析管道内壁的腐蚀部位及宏观特征,开展材料力学性能、显微硬度、化学成分、金相分析等试验检测管道材质。对腐蚀穿孔处取样,采用扫描电镜（SME）进行微观形貌分析,结合能谱分析(EDS)和X射线衍射（XRD）技术对腐蚀产物作进一步物相分析。结果表明：管样失效处基体化学成分和材料力学性能符合国家标准要求,金相组织正常。管道钢L245在高矿化度水环境下发生CO2腐蚀,形成疏松、多孔且带裂纹的簇状腐蚀产物,腐蚀产物主要成分为FeCO3和Fe2O4,腐蚀产物膜与金属基体结合强度低,流体介质冲刷发生剥离并加速金属溶解和腐蚀性物质扩散,形成具有自催化的电化学腐蚀。     

油气集输管道的腐蚀速率预测研究进展

中国大多数油气田开发步入中后期,采出介质腐蚀性不断增强,导致油气集输管道频繁发生腐蚀、穿孔及泄漏。系统综述了油气集输管道的腐蚀环境、主要腐蚀类型、关键影响因素以及基于不同方法建立的腐蚀速率预测模型等方面的国内外研究进展。研究结果表明,油气集输管道的腐蚀环境恶劣、腐蚀风险较大,在油-气-水三相复杂流动状态下容易发生氢去极化腐蚀,主要两种腐蚀类型是均匀腐蚀和点蚀。同时,影响集输管道腐蚀的因素与流体介质和运行工况密切相关,导致腐蚀速率预测是一个非线性、多因素参与和交互的复杂问题。目前提出的主要三类腐蚀速率预测模型中,经典理论解析模型应用范围有限、精度欠佳;回归方程模型可以考虑更多的影响因素即提升了应用范围,但对于建立的高度复杂的表达式精度仍不足;但数值计算模型可以解决参数多样、关系交错且不连续的非线性问题,经过优化算法,模型的精度、适应性、可拓展性也会随之提升。进一步,展望了腐蚀速率预测模型的未来重点研究方向。     

塔河油田点蚀测试及评价技术应用

 系统分析了塔河油田点蚀测试和评价技术的特点及存在的问题。通过引进3D点蚀测深仪及改进点蚀评价方法,对塔河油田不同区块的点蚀状况进行评级。对地面生产系统管道开展了腐蚀规律分析、缓蚀剂防护及新材质抗腐蚀效果现场评价,得出塔河油田主力区块单井及油气混输管道CO₂/H₂S环境与点蚀速率的关系:在介质流体温度为50~70℃条件下,点蚀速率为P_CO2/P_H2S的多项式函数,呈波动规律分布。评价了单井管道及集输管道的缓蚀剂工艺防护效果,结果表明:对于布站较多的长距离集输管道应采用分段加注缓蚀剂方式防护,管道中段缓蚀率较高;布站少或距离较短的管道应采用端点加注缓蚀剂方式防护,从管道起点到末端缓蚀率升高;其中,TH10244单井管道采用"清管器+缓蚀剂"预膜防护工艺后缓蚀率高达70%。研究表明新材质(BX245-1Cr)挂片在地面集输系统试验管道中较20^#钢挂片点蚀速率下降了43.7%。     

桥梁缆索高强钢丝均匀腐蚀及点蚀的规律

为了研究桥梁缆索高强钢丝均匀腐蚀及点蚀的规律,采用酸性盐雾试验制作了6种共30根不同腐蚀程度的钢丝试件,通过质量分析、三维扫描等手段,研究了腐蚀高强钢丝均匀腐蚀深度、点蚀深度的演变规律.试验结果表明:均匀腐蚀深度随腐蚀时长的变化遵循幂函数规律,均匀腐蚀深度的变异系数随腐蚀时长减小;钢丝的点蚀深度服从正态分布,最大点蚀深度服从极值I型分布.最后,建立了均匀腐蚀深度与最大点蚀深度的预测模型,并运用于具体实桥分析预测中.     

304不锈钢在西沙海洋大气环境中的腐蚀行为

采用扫描电镜、能谱、电化学阻抗谱和拉曼光谱等分析测试手段,研究了西沙群岛苛刻海洋大气环境下,经过不同时间暴露后304不锈钢的腐蚀行为和机理.304不锈钢在西沙大气暴露后的腐蚀类型主要是以局部腐蚀的点蚀为主,腐蚀产物主要由β-FeOOH、γ-Fe₂O₃和Fe₃O₄组成.随暴露时间的延长,不锈钢表面钝化膜的稳定性变差,点蚀数目增加、点蚀坑深度增大日.表面腐蚀产物覆盖率也逐渐增多.与其他部位相比,点蚀更容易在表面划痕处产生.提高表面加工精度,有助于提高其耐腐蚀性能.     

集输管道CO2/油/水环境中X65钢的腐蚀特征

通过高温高压动态反应釜实验模拟油田集输管道腐蚀环境,采用腐蚀失重、X射线衍射、扫描电镜和电化学分析等方法,研究了CO2/油/水环境中X65钢的腐蚀行为.结果表明:不同原油含水率条件下,X65钢CO2腐蚀形态发生改变.含水率较低(40%~50%)时,原油的浸润作用使X65钢表面发生均匀腐蚀,局部由于原油吸附不均匀出现点蚀特征;含水率在70%~80%之间时,原油对钢表面屏障作用减弱,生成的产物膜厚而疏松、局部脱落引发台地腐蚀;含水率为90%时,台地腐蚀破坏区域扩大,腐蚀加重.原油可以明显改变腐蚀产物晶体颗粒大小、堆垛方式、产物膜结构以及化学成分.在原油的缓蚀作用下,X65钢CO2腐蚀过程的温度敏感点向低温段移动,出现在50℃左右,腐蚀速率降低区间变宽,X65钢耐蚀性增强.     

Q235钢和X70管线钢在北美山地灰钙土中的短期腐蚀行为

通过腐蚀失重速率试验、腐蚀形貌特征的扫描电镜观察和X射线衍射分析以及土壤理化性质分析等手段研究了国产Q235钢和X70管线钢在加拿大中南部的山地灰钙土中实地埋样试验一年后的短期腐蚀行为特征.结果发现Q235钢和X70钢的平均腐蚀速率和最大点蚀深度均比较接近,但Q235钢点蚀密度明显高于X70钢;两种钢的腐蚀产物成分类似,均为FeOOH、Fe3O4和Fe2O3的复杂混合物,腐蚀产物层不致密,存在明显的裂纹;两种钢表层土壤中均发现较多的硫酸盐还原菌、硫化菌和异养菌,这些菌群的共同作用能够加速腐蚀产物层下局部腐蚀的发生.     

气液环境下注氮气井管道腐蚀因素和机理研究

塔河油田注氮气后油井井口及井下管道取样观察有冲刷及点蚀现象,地面单井管道也出现注气后腐蚀穿孔情况。为了研究注氮气井管道腐蚀影响因素及机理,在对注氮气工艺、介质及生产工况分析的基础上,对氧分压及含量、流型流态及酸性气体分压比参数计算分析,研究了氧、氯离子、流型流态、酸性气体因素对管道腐蚀的影响,结合腐蚀产物XRD衍射特征及腐蚀形貌VRD镜像特征分析,研究表明注氮气井不同生产过程不同部位的管道腐蚀机理存在明显差异性。在注气过程中,井口及井下管道腐蚀主要受氧和流态的影响;在注气后的生产过程中,地面单井管道腐蚀主要受氧和酸性气体的影响。氯离子是点蚀发生的催化剂;其中前者的腐蚀机理为相互促进的氧的电化学腐蚀与冲刷腐蚀,后者的腐蚀机理为氧的电化学腐蚀为主,并促进了酸性气体的电化学腐蚀进程。两者腐蚀机理差异性受溶解氧扩散过程控制。     

油田集输管道腐蚀检测与防护对策

本文主要介绍了油田集输管道内的腐蚀检测方法,如漏磁检测技术、超声波检测仪等,并对油田集输管道腐蚀防护方面进行了探讨。     

双点腐蚀缺陷管道剩余强度的有限元分析

以X60管线钢双点腐蚀缺陷管道作为研究对象,根据油气管道的本身特点以及腐蚀机理,借助ANSYS有限元分析软件,考察双点蚀缺陷管道应力云图分布规律,通过改变双点蚀缺陷半径、深度和腐蚀间距,考察其对剩余强度和等效应力的影响规律.结果表明,最大等效应力出现在双点腐蚀缺陷周围区域;随着内压的增大,在未达到屈服极限时,等效应力与内压呈线性关系,当等效应力达到屈服极限时,随着内压的增加,等效应力维持不变,当等效应力超过屈服极限时,随着内压的增大,等效应力增加;随着双点蚀缺陷半径的增大,剩余强度呈增加的趋势,安全性提高;随着双点蚀缺陷深度的增加,剩余强度呈减小的趋势,安全性降低.所得结论对油气管道腐蚀与防护有一定的指导意义和参考价值.     

CO2/H2S共存条件下集输管道选材的新方法及应用

在CO₂/H₂S共存条件下集输管道中,管道发生腐蚀的可能性急剧增大,因此集输管道的选材至关重要。若选择管材级别较低,则会严重影响管道的正常生产;若管材级别较高,会引起经济成本的浪费。为了使集输管道在CO₂/H₂S共存条件下选材更加合理。在CO₂/H₂S共存腐蚀速率预测模型的基础上,提出了一种新的集输管道选材方法,新方法的步骤为：计算材质的均匀腐蚀速率,腐蚀速率应满足NACE 标准中腐蚀速率的控制值(小于0.076mm/a),结合管道的设计寿命、剩余强度和经济性评价,确定在CO₂/H₂S共存体系下集输管道的材质。以某油田集输管道为示例,根据新方法选择的材质与实验得到的管材结果一致,验证了新方法的准确性。集输管道选材新方法在保证集输管道安全运行的前提下,能够有效降低管材质选择的成本,有利于保证集输管道的安全性和经济性。     

超级13Cr马氏体不锈钢在CO_2 及H_2 S/CO_2 环境中的腐蚀行为

在模拟油田腐蚀环境中,通过高温、高压、CO2和H2S/CO2腐蚀实验及电化学测试,研究超级13Cr马氏体不锈钢的腐蚀行为.结果表明:在CO2腐蚀环境中,随着温度的升高,超级13Cr的均匀腐蚀速率呈稍微上升的趋势,点蚀轻微;在H2S、CO2共存条件下,超级13Cr的均匀腐蚀速率变化不大,点蚀严重,当Cl-的质量浓度为160g.L-1时,其最大点蚀深度可达28μm.超级13Cr的点蚀电位明显高于普通13Cr的点蚀电位,温度升高、Cl-的质量浓度增大和H2S气体的存在降低了超级13Cr的点蚀电位,而CO2对超级13Cr的点蚀电位影响不大;在N2、CO2环境中,超级13Cr的回复电位都在钝化区间,且回复电位较高,具有良好的再钝化能力.H2S气体的存在同样使超级13Cr的回复电位和点蚀电位显著降低.     

航空铝合金材料腐蚀损伤研究

对航空LY12CZ铝合金试验件进行了腐蚀试验,提取了孔蚀率、蚀坑分形维数、蚀坑半径、灰度值、能量值共计五种腐蚀图像特征值。通过灰色预测方法对腐蚀图像特征值与腐蚀损伤之间的关系进行了研究,构建了基于图像特征值的GM(1,5)和GM(1,6)腐蚀损伤预测模型,模型计算所得蚀坑深度与实测蚀坑深度较为接近,结果合理。     

X70钢在高温高压二氧化碳酸性溶液中的腐蚀行为

利用高温高压釜,通过失重法、SEM、XRD以及电子探针微观结构分析等方法,研究X70钢在3种不同高温条件下及2 MPa分压的饱和CO2环境介质中的腐蚀行为.结果表明,在所研究的温度范围内,X70钢在CO2环境介质中表现出高的腐蚀速率;随着温度的升高,腐蚀速率呈上升再下降的趋势,120℃时为最大值;表面腐蚀产物膜的主要成分为Fe3C和FeCO3;CO2腐蚀的作用形成了钢表面点蚀、条状腐蚀特征,EPMA分析显示碳元素也呈条状分布;试样中沿轧制方向的两相对平行侧面的点蚀特征明显,而垂直于轧制方向的两相对平行侧面点蚀极少;CO2腐蚀是各种因素相互作用的结果.     

含内部随机点蚀的2D圆环管道模型屈曲研究

通过建立有限元模型分析了内部随机点蚀对外压作用下2D圆环屈曲压力的影响.由于管道内部多相流侵蚀-腐蚀的影响,管道极易在6点钟方向产生内部沟槽腐蚀和点腐蚀,进而导致管道损坏失效.内部腐蚀是造成深海管道损坏失效的重要因素,针对内部随机点蚀对管道屈曲压力影响的问题,将用户自定义的Python程序嵌入Abaqus有限元数值模拟软件进行研究.把管道简化为2D圆环模型,利用Python程序中均匀分布随机数生成器,建立多个随机点蚀圆片模型;根据内部随机点蚀的特点,采用随机数发生器得到在2D圆环内表面3点钟到9点钟方向随机分布的点蚀坐标;在整体坐标系下完成模型装配后,运用Abaqus软件中的布尔切割运算功能建立了含内部随机点蚀的2D圆环有限元模型.使用上述模型研究了外压作用下内部随机点蚀对圆环屈曲压力的影响,模型校准后基于该2D圆环模型开展了参数敏感性分析,研究结果表明椭圆度、径厚比和腐蚀比是影响2D圆环屈曲压力折减系数的主要因素.基于多参数非线性回归分析,建立了椭圆度、径厚比和腐蚀比3个参数对外压作用下含内部随机点蚀2D圆环屈曲压力折减的经验公式.研究结果可为内部随机点蚀作用下的海底管道的极限强度评估和剩余寿命分析提供参考.     

埋地管道钢土壤腐蚀研究方法进展

土壤腐蚀是埋地管道钢腐蚀失效的主要模式之一,开展埋地管道土壤腐蚀研究,将有效地保障管道的安全运行.阐述了埋地管道土壤腐蚀原理,并从现场实测技术、土壤腐蚀综合性评价、室内模拟试验及电化学测试、腐蚀数据处理、腐蚀产物分析等几个方面综述了土壤腐蚀研究方法.这些方法对于探讨管道土壤腐蚀机理、研究腐蚀行为和规律、判断土壤腐蚀性和建立描述腐蚀行为的模型等方面发挥了重要的作用.     

不同种不锈钢电化学腐蚀性能的对比

采用CHI660D电化学工作站研究304、316L、2205、2507不锈钢在模拟塔里木油田复杂腐蚀介质中的电化学腐蚀性能,并通过扫描电子显微镜(SEM)对其表面的腐蚀产物膜进行对比分析.结果表明:2种复杂腐蚀介质条件下,随温度升高,4种不锈钢的耐蚀性和抗点蚀能力都会降低.CO2的通入对不锈钢的腐蚀过程影响较为复杂.20℃时,4种不锈钢的耐蚀性和抗点蚀能力随CO2的加入均降低;而50、80℃时,4种不锈钢的耐蚀性和抗点蚀能力则会增强.相同腐蚀条件下,4种不锈钢的耐腐蚀能力由强到弱的顺序为:2507、2205、316L、304.     

6063铝合金阳极氧化膜腐蚀性能的正交试验研究

用硫酸直流阳极氧化法对6063铝合金表面进行处理。采用正交试验研究方法探索腐蚀时间、温度和腐蚀液浓度对氧化膜抗蚀性能的影响,运用极差分析法对6063铝合金的腐蚀增重量和最大腐蚀深度进行了分析。结果表明:在铜加速乙酸盐雾环境下,时间对腐蚀的影响最强,温度及盐溶液浓度的影响均较小。合金的阳极氧化膜主要以点蚀为主,在72h、35℃、3%盐溶液浓度条件下,最大蚀坑深度达180.79μm,而原样则是以均匀腐蚀为主,可见与点蚀相比,阳极氧化膜对于均匀腐蚀的改善作用更明显。