[发明专利]低CO2环境用高强度低铬抗腐蚀石油专用管

说明书

技术领域

本发明涉及一种低CO₂环境用高强度低铬抗腐蚀石油专用管。

背景技术

腐蚀是油气工业中一种常见现象，往往给油气田造成重大经济损失并严重污染环境。尤其是在油田含水量越来越高、深井、超深井日益增多、强腐蚀环境油井不断开发，注CO₂强化采油工艺普遍推广的今天，CO₂、H₂S、Cl^-腐蚀已成为困扰油气工业发展的一个重要问题。

国内外CO₂腐蚀的实例很多，如美国Mississipi的Little Greek油田在进行CO₂的EOR现场试验时发现，在未采取抑制CO₂腐蚀措施时，生产井的管壁不到5个月即腐蚀穿孔，折算成腐蚀速率相当于12.5mm/a。美国的另一个Sacroc油田进行CO₂的EOR采油，井口虽然用了AISI410不锈钢材料，但仍遭到CO₂严重腐蚀，其它一些国家富含CO₂油气的生产设备也遭CO₂严重腐蚀，如Ni geria的Okopok油田，现场条件为P_CO2小于0.02MPa，温度为58℃，设备穿孔率为3.3mm/a。我国石油工业生产中，CO₂腐蚀问题也很严重，华北油田采油三厂馏58断块富含CO₂气体，自1984年7月，仅14个月时间，就有3口日产原油100～400t，天然气1000m³的高产油井因油层套管严重腐蚀而相继报废，造成直接经济损失达150万元。吉林油田万五井于1985年8月投产，产量为2万m³/d，投产不到三年，由于油管被CO₂腐蚀得千疮百孔，致使800m油管掉到井下。中坝油田须二气藏不含H₂S，只含0.54％CO₂，是典型的“甜气”(sweet gas)，但从气井中起出的油管却被腐蚀穿孔。

控制CO₂腐蚀其追求的目标是使油田为腐蚀付出的代价为最小，也就是设法使腐蚀损失与花费的防护费用的总和为最小。即经济有效地控制CO₂腐蚀是石油工业亟待解决的问题。目前最常采用的CO₂腐蚀控制技术主要有三类：采用耐蚀材料、内壁涂层或衬里、添加缓蚀剂。采取内壁涂层或衬里，其处理工艺复杂，而且一旦有缺陷，极易导致严重的局部腐蚀；单独采用缓蚀剂时，其缓蚀效率很难得到有效保障；解决CO₂腐蚀最有效的方法是采用耐蚀材料。最常用的材料是13Cr型马氏体不锈钢。其虽然有良好的抗蚀性，使用性能受系统pH、Cl^-浓度、温度、H₂S/CO₂的影响很大：Cl^-和温度较高时可破坏保护膜而导致局部腐蚀；H₂S/CO₂较大时存在硫化物应力腐蚀开裂的趋势。而且其价格相当于普通碳钢的5～8倍。

我国各油气田大都是贫矿，渗透率低，原油产量不高，大多存在不同程度的CO₂腐蚀，大部分油气井的可开采期在15年左右。13Cr型马氏体不锈钢油井管的使用寿命远远超过油气井的生产周期，存在防腐蚀设计过剩的情况，显然不适合在国内油气田大面积使用。特别是对于我国的石油钻探行业来讲，多数油田是贫矿低渗透油田，使用价格昂贵的不锈钢油套管，一次性投资太大，经济性较差。低铬经济型抗腐蚀石油专用管无疑是更好的选择。

日本专利JP2001059136和JP200063994中均含有较高的铬，而且其范围波动比较大。从1％～9％的Cr范围可以有四种抗腐蚀性能不同的合金1％Cr、3％Cr、5％Cr、9％Cr，随着Cr含量的增加其抗腐蚀性能也增加。含9％的Cr的合金的抗腐蚀性能要高于3Cr，但是其成本也相应提高。这两个专利中均加入B元素，B元素的加入增加了冶炼难度和成本，不适合大面积推广使用。中国专利CN1487112A中也公开了一种抗二氧化碳和硫化氢腐蚀用低合金钢，其Cr、Mo含量波动范围大0.5～3.0％和0.01～1.0％，不利于抗腐蚀性能的稳定。还加入稀土元素Ce。稀土元素在钢中加入在国际上均属有争议的，很多国际招标文件中已明确规定不允许使用稀土，也增加了冶炼成本和难度。

发明内容