陈荣耀，赵建军
中石化华北油气分公司采气一厂，陕西省榆林市 719000
摘要：通过现场挂片实验，采用失重法、电子扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射（XRD），对P110钢在M井井筒与井口处的腐蚀行为进行研究。试验结果表明，井筒处温度高于井口处，而井筒处挂片腐蚀速率为0.0143 mm/a属低等程度腐蚀，井口处挂片腐蚀速率为0.0351 mm/a属中等程度腐蚀；P110钢受到CO2/H2S腐蚀，其中腐蚀类型以均匀腐蚀为主，腐蚀产物为FeCO3和FeS；高矿化度的流动介质会促进P110钢的局部腐蚀。
关键词： P110钢；含硫气井；腐蚀速率；腐蚀类型；腐蚀产物
1 前言
大牛地气田下古气藏是大牛地气田下步产能接替的重要层位，但含硫气井腐蚀规律仍在研究阶段。油管钢P110在大牛地气田含硫气井的腐蚀行为进行现场试验和研究，该气田下古生界奥陶系风化壳马家沟组气层，地层中部压力为8.84MPa，地层中部温度为91℃，平均产水量1.58m3/d，平均气产量2.08×104 m3/d，其中CO2、H2S体积含量分别为0.33 %、17 ppm。通过失重法、电子扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪等，对现场试验条件下A气井井筒与井口处的P110挂片腐蚀情况进行比较分析，对P110挂片的CO2/H2S腐蚀速率、腐蚀类型和腐蚀产物进行研究，旨在为大牛地气田防腐实践提供理论指导。
2 试验材料与方法
试验材质为油管钢P110，其化学成分见表1。将其加工成尺寸为40 mm×13 mm×2 mm矩形挂片，四个为一组共两组。挂片表面依次用240#、400#、600#、800#的水砂纸逐级打磨，然后用丙酮和酒精清洗，确保挂片表面干净、平整，无油污、其它杂质和机械损伤痕迹等存在。最后用电吹风吹干挂片，并放入干燥器中，24 h后取出，用电子天平（准确度0.1 mg）称重。
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2.2 挂片腐蚀形貌
A气井井筒处的挂片表面腐蚀产物膜平整，呈现黝黑色，可见黑色粉末状物质存在，而井口处挂片表面的棕褐色腐蚀产物膜发生脱落。A气井井筒处挂片表面被一层较薄但结构致密强度高的腐蚀产物膜所覆盖，腐蚀产物膜上无缝隙存在。将腐蚀产物膜去除后，挂片表面除了均匀腐蚀痕迹以外，还存在局部腐蚀底盘。A气井井口处挂片清洗腐蚀产物前挂片表面腐蚀产物膜较厚且连续性较差，出现破损的程度很高。腐蚀产物膜去除后，挂片表面呈现坑洼不平的均匀腐蚀痕迹，并存在蚀坑。
2.3 挂片腐蚀产物组成
A气井井筒处挂片腐蚀产物的XRD结果表明，腐蚀产物主要由FeCO3和FeS两种物质组成，这与EDS结果中C、O、S、Fe等元素含量较高相吻合；Na、Mg、Al、Ca、Ba、Cl等元素源于腐蚀介质在挂片上的残留；P元素源于挂片基体金属。
A气井井口处挂片腐蚀产物的XRD结果表明，腐蚀产物主要由FeCO3和FeS两种物质组成，这与EDS结果中C、O、S、Fe等元素含量较高相吻合；Na、Mg、Ca、Cl等元素源于腐蚀介质在挂片上的残留。
M井H2S浓度为17 ppm，CO2含量为0.33 %，CO2和H2S的分压比值为194，初步判断[3]属于CO2/H2S混合腐蚀区。研究表明，当温度在100 ℃左右时（M井井筒挂片悬挂处温度为84 ℃），CO2/H2S环境中生成的FeS膜保护性优于FeCO3[4]，FeS与FeCO3组成的腐蚀产物膜会完全覆盖挂片表面，发挥覆盖效应，即发生腐蚀电化学反应的有效面积减少，致使腐蚀速率降低，因此井筒处挂片的均匀腐蚀痕迹不明显[5]。当生成的FeS不够致密时，此时FeS会成为阴极，Fe为阳极，形成电偶腐蚀[6]，这与观察到的局部腐蚀底盘现象相吻合。
研究表明，当温度低于60 ℃，H2S在流动介质中的溶解度降低[7]，此时形成的FeS膜不稳定且多孔，无法起到保护作用，并且FeCO3膜具有阴离子透过选择性[8]，活性阴离子Cl—半径小、极性强、迁移率高[9]，易穿透腐蚀产物FeCO3形成腐蚀小孔，形成很深的蚀坑。此外，Ca2+、Na+浓度很高，造成流动介质的矿化度增大、导电性增强，挂片结垢倾向增大，从而加大了局部腐蚀倾向。因此，井口处挂片呈现坑洼不平的均匀腐蚀痕迹并存在较深蚀坑。
需要是说明的是，由于本次实验是现场进行的，所以挂片表面附着大量随气流带出的粘土矿物，因此XRD分析结果中腐蚀产物FeCO3和FeS总体含量较低，但这不影响对腐蚀行为的研究。
3 结论
（1）现场试验结果表明，M井井筒处温度为84 ℃，腐蚀失重速率为0.0143 mm/a，属初等程度腐蚀；井口处温度为室温，腐蚀失重速率为0.0351 mm/a，属中等程度腐蚀。本次试验中，气井井段的温度与腐蚀程度成反比。
（2）SEM分析结果表明，P110钢在A气井中受到CO2/H2S腐蚀，腐蚀类型以均匀腐蚀为主。EDS和XRD分析结果表明，腐蚀产物主要是FeCO3和FeS。
（3）A气井中高矿化度的流动介质促进了P110钢的局部腐蚀。
参考文献
[1] 张强, 袁曦, 张东岳,等. 川渝含硫气田腐蚀控制方法[J]. 石油与天然气化工, 2015(5):60-65.
[2] 刘志德, 路民旭, 肖学兰,等. 高含硫气田元素硫腐蚀机理及其评价方法[J]. 石油与天然气化工, 2012, 41(5):495-498.
[3] 闫伟, 邓金根, 董星亮,等. 油管钢在CO2/H2S环境中的腐蚀产物及腐蚀行为[J]. 腐蚀与防护, 2011(3):193-196.
[5] 邓洪达, 李春福, 曹献龙. 高含H2S环境中CO2对P110套管钢氢脆腐蚀行为的影响[J]. 石油与天然气化工, 2011, 40(3):275-279.