石油与天然气化工
黄雪松1，2，卢贵武1，张庆生2，王树涛2，关建庆2，惠小敏2，陈 永2
（1. 中国石油大学（北京），北京 102249；2.中原油田采油工程技术研究院，河南濮阳 457001）
防近视笔
摘要：利用高温高压反应釜模拟普光气田的气井油套环空工况环境，研究了抗硫套管钢P110SS 在环空保护液中的腐蚀规律和与镍基合金电偶腐蚀规律，并对 P110SS抗硫套管的整体性能（抗挤强度、管体屈服强度和抗内压强度）进行了计算分析研究。在无H 2S/CO 2条件下环空保护液对P110SS 度
the operating environment of PuGuang Gas Field well Oil ring annulus. P110SS sulfur resistant casing overall performance (collapse strength, pipe body yield strength and internal pressure strength ) is calculated and analyzed. Without hyperbaric H 2S/CO 2 environment, annulus protection fluid’s protection effect for casing is very good. P110SS casing corrosion effect by galvanic accelerated was not significant.
基金项目：国家科技重大专项项目高含硫气井稳产增产工艺技术（2011ZX05017-003）；
收稿日期：2012-07-11
作者简介：黄雪松（1973-），男，汉，山东济南人，中国石油大学（北京）2009级博士研究生，中原油田高级工程师，主要从事油气田腐蚀与防护技术研究。E-mail：*************，电话：139****0016。地址：河南省濮阳市中原东路332号中原油田采油工程技术研究院防腐中心，457001。
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网络出版时间：2012-07-30 16:30
网络出版地址：wwwki/kcms/detail/51.1210.TE.20120730.1630.001.html
The collapse strength, pipe body yield strength and internal pressure strength of P110SS casing fall was very small. While environment with H2S hyperbaric 5.0Mpa、CO2 hyperbaric 3.0Mpa, annulus
protection fluid’s protection effect for casing is very bad. P110SS casing corrosion effect by galvanic accelerated was significant. The collapse strength, pipe body yield strength and internal pressure strength of P110SS casing fall was very big.
Key words: P110SS Sulfide-resistance Casing; Annulus protection fluid; hyperbaric H2S/CO2 environment; Collapse strength; Pipe body yield strength; Internal pressure strength
普光气田位于川东北，探明天然气地质储量4121.73亿立方米，是国内迄今规模最大、丰度最高的海相碳酸盐岩高含H2S、CO2大气田，其H2S分压为6.92～9.90MPa，CO2分压为4.36～5.10MPa，为高压高含H2S/CO2的恶劣腐蚀环境。天然气含有的H2S、CO2、凝析水及所含Cl-等对金属材料产生严重的电化学腐蚀，从而导致金属设备性能下降而失效；开发含硫天然气，必须针对腐蚀介质环境、材质作腐蚀分析评价并采取相应的防腐措施[1-3]。普光气田的井筒结构：油管-G3镍基合金，封隔器-718镍基合金，产层套管-825镍基合金，封隔器以上产层套管—P110SS，采用封隔器封闭油套环空并加注具备密度调节、除氧、除硫、杀菌和缓蚀效果的环空保护液。针对P110级别的套管钢在H2S 环境中的腐蚀行为和规律，已有学者作了相关研究工作。张星等[4]利用恒载荷拉伸方法研究了P110钢材在H2S环境中（H2S分压0.0-0.32MPa）的SSC规律，即使在SSC不敏感的温度、酸碱度条件下，仍然会发生SSC现象。张清等[5-6]研究了温度和压力对P110钢在H2S环境中（H2S分压1.379-124.1KPa）腐蚀速率的影响，随着温度升高腐蚀速率均先降后升；随CO2分压升高腐蚀速率均单边增
加，随H2S 分压升高腐蚀速率先升后降。田青超等[7]研究了B110TS抗挤抗硫套管在饱和H2S盐溶液中的抗SSC 性能，腐蚀产物引起电化学行为的变化，有效地提高了抗挤抗硫套管的抗硫性能。姜放等[8]研究了井下高温高压C02、H2S共存时NT80SS油管腐蚀膜的特征及其对电化学腐蚀的影响。邓洪达等[9]研究了高含H2S环境中CO2对P110 套管钢氢脆腐蚀行为的影响。但目前针对P110SS在普光气田环空保护液中腐蚀研究依然欠缺。本文采用高温高压反应釜模拟普光气田的环空保护液工况环境，通过设定套管在服役过程中为均匀减薄，套管管材力学性能不变，套管管体强度变化只与管壁减薄有关，按照公式计算P110SS套管抗挤强度、管体屈服强度和抗内压强度，分析研究腐蚀后P110SS套管的整体性能变化。
1 实验条件及方法
1.1 实验材质
抗硫套管P10SS的基本性能如表1。
表1 P110SS生产套管基本性能参数
Table 1 Parameters of P110SS production casing3d打印玻纤
外径 /mm 壁厚 /mm 内径/ mm 屈服强度/ MPa 重量/ N/m扣型
177.8 12.65 152.5 797.7 511.0 偏梯形螺纹标准接箍 1.2 实验步骤
分两组实验。取普光气田现场环空保护液，高压釜内用N2气除氧，N2增压至40MPa，无H2S和
由图2和图3为抗硫套管钢P110SS和镍基合金825、718组成的电偶对在在含H2S条件下腐蚀后的照片。由图可以很明显的看出，2组电偶对中，镍基合金基本上没有发生腐蚀，而P110SS钢腐蚀严重，局部出现腐蚀坑及脱落现象，越接近两种材料接触处腐蚀越严重。说明P110SS钢电位较负由于阳极极化使腐蚀速度增加。
从表3可以看出，环空保护液保护效果非常好，对普光气田井下所用P110SS和825+P110SS、718+P110SS电偶腐蚀的腐蚀速度也远远低于中石化行业标准推荐值0.076mm/a的要求。但是，在H2S 5.0MPa、CO2 3.0MPa的条件下，P110SS腐蚀依然严重，腐蚀速率呈现百倍增长。电偶腐蚀的存在加速了P110SS的腐蚀。
P110SS
718
rs232和ttl
825
图1 环空保护液中材质腐蚀形貌
Fig. 1 Corrosion morphology of material in annulus protection fluid
图2 825+P110SS电偶对腐蚀形貌
Fig. 2 Corrosion morphology of 825+P110SS galvanic couple
图3 718+P110SS电偶对腐蚀形貌
陶瓷咖啡壶Fig. 3 Corrosion morphology of 718+P110SS galvanic couple
2.2抗硫套管P110SS在环空保护液中的性能分析
2.2.1 抗挤强度
（1）无H2S和CO2条件
无H2S和CO2条件下的P110SS套管的抗挤强度随服役时间的变化如表4所示。
30年后P110SS抗挤毁强度仍能达到原始值的96.30%，说明环空保护液的保护性能较好。
表 4 P110SS套管抗挤强度随服役时间的变化规律
注：腐蚀速率均按表3中实验的腐蚀速率进行计算。
一叶荻
2.2.2 管体屈服强度
（1）无H2S和CO2条件
无H2S和CO2条件下的P110SS的管体屈服强度随服役时间的变化如表6所示。
30年后P110SS管体屈服强度仍能达到原始值的98.25%，说明环空保护液的保护性能较好。
表 6 P110SS套管管体屈服强度随服役时间的变化规律
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