H2S油套管根本學(xué)問(wèn)一、腐蝕機(jī)理1、 油套管的腐蝕介質(zhì)環(huán)境有三個(gè)顯著特點(diǎn)：①氣、水、烴、固共存的多相腐蝕介質(zhì)高溫存/或高壓環(huán)境2 2O、Cl－和水是主要腐蝕介質(zhì)，其中，HS，CO、Cl－是腐蝕2 2 2劑，水是載體，Cl－是催化劑。值得留意的是無(wú)論油井還是氣井，只要油氣中不含水，H2

S，CO2

的含量再高也不會(huì)引起腐蝕。但是，這樣的油氣井幾乎是不存在的。2、硫化氫腐蝕機(jī)理硫化氫對(duì)于油井管的腐蝕包括均勻腐蝕、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂和氫脆。其中應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂對(duì)套管危害最大，氫脆主要發(fā)生在管線管。硫化氫在水溶液中按以下步驟電離：→H++HS-2HS- →H++S2-陽(yáng)極反響：Fe-2e→Fe2+陰極反響：2H++2e→H+H→H23、 二氧化碳的腐蝕機(jī)理：在水溶液中，陽(yáng)極反響為：Fe+H2O→FeOHad+H++eFeOHad→FeOH+eFeOH++H+→Fe2++H2O陰極反響分兩種狀況：(1)非催化的氫離子陰極復(fù)原反響:→CO +HO HCO→2sol 2 2 3solHCO →H+ +HCO-2 3sol sol 3H+ →H+sol ad→H+ +e H→ad ad→H +H+ +e H→ad ad 2ad2H →Had 2adH →H2ad 2solH →Had ab(2)外表吸附CO2ad的氫離子催化復(fù)原反響:CO2sol

→CO

2adCO +H2ad

2 2

3adHCO2

+e→H3ad

+HCOad

-3adHCO→H++HCO-2 3ad ad 3adH++e→Had adHCO

-+H+3ad

sol 2

3adH+H+ad

+e→Had

2ad2H→Had

2adH→H2ad

2solH→Had ab式中:ad,sol,abHad

表示吸附在H

表示滲入鋼鐵內(nèi)即鋼鐵所吸取的氫原ab子,H+ 表示溶液介質(zhì)體系中的H+。sol24、 在H2

S，CO

、含量一樣的狀況下，僅就均勻腐蝕來(lái)說(shuō)O2O2H2S 2O2 其腐蝕性可以用下式表征： CR ≈80CR ≈400CR ，但是HS2H2S 2O2 5、 Cl－本身不產(chǎn)生腐蝕，但其遷移率很高，從而作為催化劑可大促進(jìn)腐蝕，尤其是促進(jìn)點(diǎn)蝕。26、 2

S，CO

Cl－共存的條件下，氣相區(qū)高靜態(tài)腐蝕表2現(xiàn)為垢下腐蝕，在液相區(qū)則以均勻腐蝕為主，腐蝕的發(fā)生是22 COCO2 生作用生成FeCOHS再與液相中的

反響生成了更為3 2 3Fe

SFeS

吸附層對(duì)離子的遷移起到了部x y x y分阻攔的作用。由于在氣相區(qū)的垢下腐蝕為局部腐蝕，腐蝕的速度大于液相區(qū)的腐蝕。27、 CO溶于水后對(duì)鋼鐵有極強(qiáng)的腐蝕性，最典型的特征是呈現(xiàn)局部的點(diǎn)蝕、癬狀腐蝕和臺(tái)面狀腐蝕，其中臺(tái)面狀腐蝕是腐蝕過(guò)程中最嚴(yán)峻的一種狀況。28 HS CO P 8 HS CO P 2 2 CO2 H2SHS P 故是 造成的酸性應(yīng)力腐蝕還是“甜性HS P 2 CO2 H2S

/P ＜500HS腐蝕。

2

H2S 2229、 在CO腐蝕的環(huán)境中，當(dāng)溫度低于40℃時(shí)，形成CO的22腐蝕產(chǎn)物薄且疏松，不易沉積到基體外表，一般發(fā)生均勻腐50~120℃范圍內(nèi)，存在腐蝕速率的峰值，分壓越高，峰值越向溫度低的方向移動(dòng)，在此范圍內(nèi)也易形成局部腐蝕;150℃先形成致密的腐蝕產(chǎn)物，使腐蝕速率大大降低。HSH2

S簡(jiǎn)潔對(duì)管材產(chǎn)生損傷(一般認(rèn)在50~80℃范圍內(nèi)氫損傷最嚴(yán)峻)主要表現(xiàn)為：外表腐蝕和氫損傷。二、套管的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(特別是長(zhǎng)條狀的MnS夾雜)及某些顯微缺陷部位積聚形成高壓最終導(dǎo)致開(kāi)裂。其特點(diǎn)為：斷口為脆性，裂紋擴(kuò)展部位的塑性變形很小，裂紋呈階梯狀擴(kuò)展。其開(kāi)裂部位通常發(fā)在鋼管的應(yīng)力集中部位如：機(jī)械傷痕、裂縫及其熱影響區(qū)，冷加工部位或金屬材料內(nèi)部夾雜等區(qū)域。此種斷裂類(lèi)型屬于硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。三、抗腐蝕套管的特點(diǎn)1、 化學(xué)成分合理2、 S、P含量低3、 夾雜物級(jí)別低、純潔度好4、 晶粒均勻細(xì)小均為8、9級(jí)5、 抗沖擊韌性高6、 剩余應(yīng)力低7、套管具有優(yōu)良的抗硫化氫腐蝕力氣，適合于硫化氫環(huán)境下，供中、深油井使用；管線管抗氫致開(kāi)裂性能優(yōu)良適用于含硫化氫油氣輸送。四、抗硫化氫應(yīng)力腐蝕的管材影響因素1、化學(xué)元素對(duì)硫化氫應(yīng)力腐蝕的影響2Mn：Mn促進(jìn)有害元素P、S、Sn、Sb等向晶界偏析，偏析在P、Sn、SbH能發(fā)生交互作用，從而使晶界鍵合力大幅度下降，簡(jiǎn)潔引起氫致沿晶斷裂。降低Mn含量可提高抗HS性能。2P、S：PS是雜質(zhì)元素。為提高韌性和耐蝕性，要盡量降低其含量。CO--H

2 2極為有利；另方面它的彌散碳化物也是氫的強(qiáng)陷阱，所以Cr的含量要足夠。2Mo：MoHS元素，它可和S一起形成彌散的22析出物，從而使固溶S降低，另一方面彌散的MoC是2氫的強(qiáng)陷阱，從而使可集中富積的氫量大降低。Mo也P偏析。2CHS影響不大，碳量主要考慮強(qiáng)度和韌性的搭配來(lái)確定。22、 鋼管的組織對(duì)抗硫化氫應(yīng)力腐蝕的影響經(jīng)爭(zhēng)論說(shuō)明，均勻全都的回火馬氏體組織和適當(dāng)?shù)偷那?qiáng)度對(duì)抗硫化氫應(yīng)力腐蝕有利。熱處理?xiàng)l熱處理?xiàng)l高溫調(diào)質(zhì)正火回火淬火淬火件均勻回火馬氏金相組織珠光體馬氏體貝氏體體抗硫性能良好較好不好不好3、 鋼管強(qiáng)度對(duì)抗硫化氫應(yīng)力腐蝕的影響通過(guò)大量的試驗(yàn)覺(jué)察對(duì)抗硫化氫應(yīng)力腐蝕的影響：σ ≤S700MPa時(shí)σS

σC

當(dāng)σ700MPa時(shí)抗硫化氫應(yīng)力腐蝕門(mén)檻值σS

際表現(xiàn)為：當(dāng)材料的屈服強(qiáng)度低于應(yīng)力腐蝕門(mén)檻值時(shí)，不發(fā)生應(yīng)力腐蝕；屈服強(qiáng)度高于應(yīng)力腐蝕門(mén)檻值時(shí)，材料會(huì)在遠(yuǎn)低于材料屈服強(qiáng)度的條件下發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。110Ksi鋼級(jí)腐蝕敏感區(qū)。為了降低這種強(qiáng)度級(jí)別套管對(duì)硫化氫應(yīng)力腐蝕的敏感性，提高它們的抗硫化氫性能，技術(shù)上有效的措施是盡量削減或把握好鋼管在生產(chǎn)制造過(guò)程中產(chǎn)生的剩余應(yīng)力。五、管線管的氫誘發(fā)開(kāi)裂(HIC)大。珠光體帶狀組織對(duì)氫誘發(fā)開(kāi)裂敏感的緣由：由于偏析的珠光體條帶處于鐵素體相界面上，因此是良好的輸氫通道。鋼材經(jīng)軋制后位錯(cuò)密度增高。因此，能加速氫原子在位錯(cuò)通道中的集中，促進(jìn)了氫誘發(fā)裂紋沿偏析帶的擴(kuò)展。一旦存在氫誘發(fā)裂紋的形核，裂紋尖端的塑性區(qū)就會(huì)有滑移帶產(chǎn)生。由于滑移帶與珠光體的交界處有大量的位錯(cuò)產(chǎn)生，并伴以高密度的氫氣團(tuán)，因此偏析的珠光體條帶的敏感性高于鐵素體。Mn、Cr的枝晶偏析，這些偏析區(qū)域在相變以后形成珠光體帶狀組織。承受足夠快的冷卻速度，形成熱力學(xué)平衡且穩(wěn)定的細(xì)晶Mn、Cr的枝晶偏析，避開(kāi)帶狀組織的消滅?？梢酝ㄟ^(guò)應(yīng)變誘導(dǎo)動(dòng)態(tài)相變工藝，得到超細(xì)晶粒鐵素體鋼，其氫誘發(fā)開(kāi)裂的敏感性較低。金相組織分析說(shuō)明：管線鋼產(chǎn)生較高氫誘發(fā)開(kāi)裂敏感性的主要緣由是管材中的帶狀組織。因此，把握帶狀組織的形成，以獲得熱力學(xué)平衡且穩(wěn)定的細(xì)晶粒組織是提高抗氫誘發(fā)開(kāi)裂性能的有力措施。六、選材和力學(xué)性能符合NACEMR0177標(biāo)準(zhǔn)并且高于API5CT標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)權(quán)威機(jī)構(gòu)嚴(yán)格依據(jù)NACEMR0175、NACETM0284標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的硫化氫腐蝕開(kāi)裂〔SSCC〕試驗(yàn)和氫致開(kāi)裂〔HIC〕試驗(yàn)。七、API出版物一覽表以下出版物歸API管材標(biāo)準(zhǔn)化委員治理轄，可向美國(guó)石油學(xué)會(huì)出版發(fā)行部訂購(gòu)。地址：1220LStreet,Northwest,Washington,DC20236,(202)682-83751、標(biāo)準(zhǔn)APISrec5CT 套管和油管標(biāo)準(zhǔn)該標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容包括各種鋼級(jí)的無(wú)縫和焊接套管、油管、接箍、短節(jié)和連接收及其制造方法、化學(xué)成分和機(jī)械性能要求、試驗(yàn)方法和尺寸要求。APISpec5CT第一版的內(nèi)容綜合了已停用的APISpec55AC、5AX5AQ1987年標(biāo)準(zhǔn)化會(huì)議通過(guò)的條款內(nèi)容。2、API Spec5D鉆桿標(biāo)準(zhǔn)該標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容包括全部鋼級(jí)的無(wú)縫鉆桿及其制造方法、化學(xué)成分和機(jī)械性能要求、試驗(yàn)方法和尺寸要求。注：APISpec5D第一版綜合了已停用的APISpec5A5AX1987年標(biāo)準(zhǔn)化會(huì)議通過(guò)的條款內(nèi)容。3、標(biāo)準(zhǔn)APIStd5B套管、油管和管線管管螺紋的加工、測(cè)量和檢驗(yàn)該標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容包括對(duì)螺紋和螺紋量規(guī)的尺寸要求、測(cè)量方法的規(guī)定，量規(guī)標(biāo)準(zhǔn)及其鑒定以及圓螺紋套管和油管、偏梯形套管、直連型套管和鉆桿的螺紋檢查儀器和方法。4、推舉作法APIRP 5A5 供給了檢查管材產(chǎn)品的統(tǒng)一方法。APIRP 5Bl 套管、油管和管線管螺紋檢驗(yàn)測(cè)量推舉作法改推舉作法的目的是為正確使用螺紋的檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備供給指導(dǎo)和說(shuō)明。APIRP 5Cl 套管和油管的維護(hù)與使用推舉作法5通報(bào)

包括有關(guān)套管和油管的使用、運(yùn)輸、貯存、治理和修復(fù)。APIRP 5C5套管和油管連接試驗(yàn)程序推舉作法APIBul 5A2 螺紋脂通報(bào)供給用于油田管材的兩種螺紋脂的材料要求和性能試驗(yàn)。APIBul 5C2 套管和油管使用性能通報(bào)及鉆桿的最小屈服載荷。APIBul 5C3 式的通報(bào)供給了用于不同管子性能的計(jì)算公式以及有關(guān)其它進(jìn)展和應(yīng)用的資料。APIBul 5C4 度通報(bào)供給了圓螺紋套管在彎曲和內(nèi)壓共同作用下的連接強(qiáng)度。6、APIBul 5Tl 缺陷術(shù)語(yǔ)通報(bào)供給了鋼常見(jiàn)缺陷的英語(yǔ)、法語(yǔ)、德語(yǔ)、意大利語(yǔ)、日語(yǔ)和西班牙語(yǔ)的定義。八、公司開(kāi)發(fā)抗H2S套管根本狀況1、抗H2S〔附后