裘智超 熊春明 常澤亮 趙志宏 趙春 葉正榮

1.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院 2.中國(guó)石油塔里木油田公司

油管內(nèi)涂層防腐技術(shù)在塔中Ⅰ號(hào)氣田的應(yīng)用

裘智超1熊春明1常澤亮2趙志宏1趙春1葉正榮1

1.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院 2.中國(guó)石油塔里木油田公司

塔里木盆地塔中Ⅰ號(hào)氣田CO2、H2S共存，氣井具有井深、高溫、高壓的特點(diǎn)，井筒腐蝕環(huán)境復(fù)雜。為此，依據(jù)塔里木塔中Ⅰ號(hào)氣田實(shí)際的工況要求，對(duì)P110S抗硫油管＋TC－3000C環(huán)氧酚醛樹脂內(nèi)涂層分別進(jìn)行了模擬環(huán)境下附著力、抗拉伸、軋平、扭轉(zhuǎn)等能力的試驗(yàn)，分析了內(nèi)涂層在模擬環(huán)境下的性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，內(nèi)涂層的性能可以滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。目前該技術(shù)已在塔中Ⅰ號(hào)氣田使用16口井，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)通過對(duì)油管涂層和下井作業(yè)進(jìn)行檢查，保證了涂層的安全下井?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，抗硫油管內(nèi)涂層防腐效果良好，能滿足塔中Ⅰ號(hào)氣田的防腐要求。

塔里木盆地 塔中Ⅰ號(hào)氣田 氣井 CO2H2S 腐蝕 抗硫油管 內(nèi)涂層

1 塔中Ⅰ號(hào)氣田基本情況

已經(jīng)開始試采的塔里木盆地塔中Ⅰ號(hào)氣田在采氣工藝上面臨的技術(shù)瓶頸之一就是CO2、H2S共存，腐蝕環(huán)境復(fù)雜，需要研究篩選防腐措施。塔中Ⅰ號(hào)氣田包括塔中62井區(qū)、塔中82井區(qū)和塔中83井區(qū)，氣田地層壓力60 MPa，地層溫度為140℃左右，并具有井深、溫度高、壓力高的特點(diǎn)。表1為塔中Ⅰ號(hào)氣田部分區(qū)塊CO2、H2S分壓值。針對(duì)酸性氣體含量以中低為主的特點(diǎn)，部分井采用了抗硫油管＋內(nèi)涂層的防腐措施。

表1 塔中Ⅰ號(hào)氣田部分區(qū)塊CO2／H2 S分壓值表

2 內(nèi)涂層防腐技術(shù)現(xiàn)狀

內(nèi)涂層防腐技術(shù)在油氣田集輸管線得到廣泛應(yīng)用，但應(yīng)用于井筒的則相應(yīng)較少。其防腐原理是在管道內(nèi)壁和腐蝕介質(zhì)之間提供一個(gè)隔離層，從而起到減緩腐蝕的作用。應(yīng)用內(nèi)涂層防腐技術(shù)可以有效抵御腐蝕，節(jié)約大量的管材和維護(hù)修理費(fèi)用，顯著提高油氣田的效率，減少清管次數(shù)。內(nèi)涂層防腐技術(shù)對(duì)內(nèi)涂層涂料性能提出了很高的要求，要求涂料具有防腐蝕性、耐水性、耐壓性、良好的黏結(jié)性、耐彎曲能力和沖擊能力等。從國(guó)外應(yīng)用內(nèi)涂層防腐的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，內(nèi)涂層有較好的抗腐蝕性，但是其機(jī)械性能有的還不過關(guān)。同時(shí)，國(guó)外對(duì)內(nèi)涂層井筒防腐做了許多的室內(nèi)研究工作，實(shí)際應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)還不多［1－4］。目前國(guó)內(nèi)對(duì)內(nèi)涂層在集輸管道應(yīng)用的研究較多，形成了較完善的實(shí)施方案和監(jiān)測(cè)手段，而關(guān)于井筒使用內(nèi)涂層防腐的研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用則較少［5－13］。

3 內(nèi)涂層井筒防腐技術(shù)存在問題及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用思路

內(nèi)涂層井筒防腐技術(shù)目前在現(xiàn)場(chǎng)并未廣泛應(yīng)用，主要是因?yàn)樵诂F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，內(nèi)涂層需要克服以下的問題：①內(nèi)涂層涂覆在油管表面，隨油管一起入井。在井筒環(huán)境中，油管由于受力和溫度的作用，長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生變化，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)涂層和油管表面的緊密度下降，影響內(nèi)涂層防腐的效果；②高壓環(huán)境加快了氣體向涂層內(nèi)部的擴(kuò)散作用，從而可能在鋼與涂層的接觸界面出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，形成的腐蝕產(chǎn)物則會(huì)進(jìn)一步加速鼓泡速度，反過來(lái)又加速腐蝕的進(jìn)程，導(dǎo)致有利于腐蝕加速的惡性循環(huán)過程；③對(duì)內(nèi)涂層油管來(lái)說(shuō)，在下井和鋼絲作業(yè)等過程中出現(xiàn)的撞擊、刮擦現(xiàn)象，均會(huì)造成內(nèi)涂層的機(jī)械性損傷，影響其防腐性能；④內(nèi)涂層油管的連接也是限制其應(yīng)用的重要原因之一。

鑒于以上的問題，內(nèi)涂層防腐技術(shù)在塔中Ⅰ氣田應(yīng)用之前，應(yīng)對(duì)其模擬井筒工況下的附著力、抗拉伸能力、抗高溫高壓等能力進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)在下井作業(yè)實(shí)施時(shí)對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行監(jiān)控。

4 抗硫油管內(nèi)涂層模擬環(huán)境性能評(píng)價(jià)

下面選用P110S抗硫油管＋TC－3000C環(huán)氧酚醛樹脂涂層為試驗(yàn)對(duì)象。

4.1 附著力測(cè)試

4.1.1 試驗(yàn)方案

以塔中Ⅰ號(hào)氣田相應(yīng)井區(qū)為目標(biāo)區(qū)塊，涂層在模擬該井區(qū)的工況條件下進(jìn)行高溫高壓評(píng)價(jià)試驗(yàn)。試驗(yàn)條件參數(shù)列于表2，評(píng)價(jià)方法依據(jù)SY／T 6717—2008標(biāo)準(zhǔn)《油管和套管內(nèi)涂層技術(shù)條件》附錄B、附錄C進(jìn)行。

表2 涂層耐高溫高壓性能評(píng)價(jià)方案表

4.1.2 試驗(yàn)過程

試驗(yàn)前，檢查試樣表面涂層是否均勻、光滑，有無(wú)氣泡、針孔等宏觀缺陷。任取5點(diǎn)用涂層測(cè)厚儀測(cè)厚，以其平均值作為涂層厚度，經(jīng)測(cè)量涂層平均厚度為185μm。隨后，按照SY／T 6717—2008標(biāo)準(zhǔn)《油管和套管內(nèi)涂層技術(shù)條件》附錄B進(jìn)行附著力測(cè)試。將涂層試樣除了檢測(cè)部分以外所有的面用環(huán)氧樹脂密封，以保證介質(zhì)不從涂層和管壁之間浸入。涂層試樣相互絕緣安裝在特制的試樣架上，然后倒入腐蝕介質(zhì)，使試樣完全浸沒在溶液中，隨后將高壓釜密封。

試驗(yàn)前通N2除氧2 h后，開始升溫升壓。試驗(yàn)結(jié)束后，將釜體自然冷卻到93℃緩慢降壓，然后以均勻的速度在15～30 min內(nèi)降至常壓。將試樣取出，用蒸餾水沖洗，立即進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試及拍照。

4.1.3 試驗(yàn)結(jié)果

涂層試驗(yàn)前后的常規(guī)性能檢測(cè)結(jié)果如表3及圖1所示。

表3 涂層常規(guī)性能檢測(cè)結(jié)果表

4.2 拉伸試驗(yàn)

對(duì)涂層試樣進(jìn)行拉伸，拉伸至屈服后卸載，觀察試樣表面。結(jié)果如圖2，鋼材拉伸屈服后，涂層出現(xiàn)橫向裂紋，裂紋間距為2～3 mm，未出現(xiàn)縱向裂紋。拉伸試驗(yàn)主要是為了測(cè)試涂層在受拉伸時(shí)，涂層在縱向上滿足附著力的要求。而由于拉伸試驗(yàn)導(dǎo)致試樣在縱向上變長(zhǎng)，涂層也會(huì)由于試樣的變化在橫向上出現(xiàn)裂紋。

4.3 軋平試驗(yàn)

對(duì)涂層試樣進(jìn)行軋平，軋平后觀察試樣表面。結(jié)果顯示，試樣軋平后，涂層出現(xiàn)縱向裂紋，裂紋間距為2～3 mm，未見周向裂紋。軋平試驗(yàn)主要是為了測(cè)試涂層在受軋時(shí)，涂層在橫向上滿足附著力的要求。而由于軋平導(dǎo)致試樣的橫向上相貌變化，涂層也會(huì)由于試樣的變化在縱向上出現(xiàn)裂紋。

圖1 TC－3000C試驗(yàn)前、后試樣外觀圖

圖2 拉伸后涂層外觀圖

4.4 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)

對(duì)涂層試樣進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，加載扭力使試樣扭轉(zhuǎn)360°后，觀察試樣表面。結(jié)果如圖3所示，在涂層試樣邊緣出現(xiàn)裂紋，裂紋間距2～3 mm，長(zhǎng)度約為3 mm；中部未出現(xiàn)裂紋。

4.5 陰極剝離試驗(yàn)

依據(jù)SY／T 0315—2005《鋼制管道單層熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂層技術(shù)規(guī)范》附錄C試驗(yàn)方法對(duì)涂層試樣進(jìn)行耐陰極剝離測(cè)試，結(jié)果涂層的平均剝離距離為1.78 mm。

圖3 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)后涂層外觀圖

依據(jù)SY／T 6717—2008《油管和套管內(nèi)涂層技術(shù)條件》及塔里木塔中Ⅰ號(hào)氣田實(shí)際的工況要求，P110S＋TC－3000C油管內(nèi)涂層進(jìn)行模擬環(huán)境評(píng)價(jià)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，油管內(nèi)涂層在給定模擬環(huán)境中性能滿足要求。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果

內(nèi)涂層油管在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)，常常由于不小心的下井作業(yè)和不充分的油管涂層檢查，導(dǎo)致涂層下入井筒時(shí)就存在機(jī)械性損傷，影響涂層的防腐效果。為了避免這些問題，涂層油管下井前要進(jìn)行檢查。

5.1 公母扣端

用非金屬毛刷以及200＃溶劑汽油逐一清洗油管公母扣端絲扣以及密封端面，并檢查各部分是否符合下井要求，同時(shí)觀察管體外觀是否完好，有無(wú)劃傷碰傷，以及內(nèi)涂層外觀，有無(wú)起泡、脫落等明顯缺陷。為了克服油管連接對(duì)內(nèi)涂層防腐的影響，研究了井下油管螺紋涂層連接方式?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，可以在公扣端、母扣端2～3扣噴涂，此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成熟。

5.2 上扣

對(duì)開始5根油管上扣進(jìn)行全檢，前100根每10根抽檢1根，后面每50根抽檢1根。按正常上扣程序和與下井隊(duì)討論的最佳扭矩5 200 N·m進(jìn)行一次上扣，然后觀察絲扣是否完好，端面涂層是否受到扭矩影響，管體外是否受到液壓鉗的嚴(yán)重?fù)p傷。檢查結(jié)果顯示：絲扣等無(wú)粘扣現(xiàn)象，涂層也未受到扭矩作用的破壞。液壓鉗也未對(duì)管體產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p傷。

在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過程中，每次油管在新井應(yīng)用，都要進(jìn)行檢查。塔中Ⅰ號(hào)氣田到2010年內(nèi)涂層油管共應(yīng)用16口井，共計(jì)94 663 m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)腐蝕監(jiān)測(cè)和采油隊(duì)報(bào)告，套壓穩(wěn)定，氣井產(chǎn)量正常，沒有明顯的下降，也沒有發(fā)現(xiàn)油嘴被剝落涂層堵塞的現(xiàn)象，證明防腐效果較好。

6 結(jié)論

1）依據(jù)塔里木塔中Ⅰ號(hào)氣田實(shí)際的工況要求，對(duì)P110S＋TC－3000C油管內(nèi)涂層進(jìn)行了模擬環(huán)境評(píng)價(jià)，分別進(jìn)行了附著力試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)、軋平試驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)、陰極剝離試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，油管內(nèi)涂層在給定模擬環(huán)境中性能滿足要求。

2）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過程中，需對(duì)涂層油管和下井過程進(jìn)行檢查，保證油管在下井前不存在機(jī)械性損傷，保證涂層的防腐效果。

3）內(nèi)涂層防腐技術(shù)已在塔中使用16口井，防腐效果較好。

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Application of anti－corrosion coating for internal tubing in the Tazhong－I Gas Field，Tarim Basin

Qiu Zhichao1，Xiong Chunming1，Chang Zeliang2，Zhao Zhihong1，Zhao Chun1，Ye Zhengrong1
（1.Petroleum Exploration ＆Development Research Institute，PetroChina，Beijing 100083，China；2.Tarim Oilfield Company，PetroChina，Korla，Xinjiang 841000，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 10，pp.86－89，10／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

CO2and H2S co－exist in the Tazhong－I Gas Field，Tarim Basin，where gas wells are characterized by great depth，high temperature and high pressure so wellbore corrosion is complicated.In view of this，the sulfur－resistance oil tubes and TC－3000C H2S ＆CO2Resistant Internal Coating are tested under simulated downhole environment in respect of the adhesion of internal coating as well as its performance of being against tension，flattening，torsion，etc.The experimental results demonstrate that the behavior of the internal coating can meet the requirement of field application.Till now this technology of internal coating has been successfully applied in 16 wells in this field，which shows that the anti－corrosion result can be achieved by the internal coating of the sulfur－resistance oil tubes and the need of anti－corrosion in this field can be completely satisfied.

Tarim Basin，Tazhong－I Gas Field，gas well，CO2，H2S，oil tubes，anti－corrosion coating，internal tubing

裘智超等.油管內(nèi)涂層防腐技術(shù)在塔中Ⅰ號(hào)氣田的應(yīng)用.天然氣工業(yè)，2012，32（10）：86－89.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.10.021

中國(guó)石油天然氣股份有限公司重大科技專項(xiàng)（編號(hào)：2008E－0709）。

裘智超，1986年生，碩士；研究方向?yàn)橛蜌饩栏筒捎筒蓺夥桨妇幹?。地址：?00086）北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號(hào)中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院采油所。電話：（010）83598141。E－mail：qiuzhichao＠petrochina.com.cn

（修改回稿日期 2012－08－09 編輯 趙 勤）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.10.021

Qiu Zhichao，born in 1986，holds an M.Sc.Degree，with his research interest in corrosion control in oil and gas wells and programming of oil and gas production schemes.

Add：No.20，Xueyuan Rd.，Haidian District，Beijing 100086，P.R.China

E－mail：qiuzhichao＠petrochina.com.cn