长春储气库低含CO2条件下室内腐蚀实验研究

杨兴国 王守峰 霍敏魁

（吉林油田公司采油工艺研究院，吉林松原 138000）

长春储气库低含CO2条件下室内腐蚀实验研究

杨兴国 王守峰 霍敏魁

（吉林油田公司采油工艺研究院，吉林松原 138000）

长春储气库是为满足长春、吉林等城市季节性调峰需求而即将建设的战略性工程，是东北管网的重要组成部分。气库的注入气CO2含量为2.91%，按照CO2分压标准，井口管柱处于严重腐蚀工况范围。为明确该CO2含量下井口管柱的腐蚀程度以及井口管柱材质的选择标准，针对长春储气库注入气低含CO2的实际情况，模拟地层水组分及井筒压力、温度条件，利用高温高压釜开展了AA、BB、CC、DD、EE、FF等6种井口材质及J55、N80、P110、3Cr、13Cr、13Cr等6种管柱材质的室内腐蚀评价实验。实验结果表明，低材质等级井口及管柱无法满足长春储气库2.91%CO2含量防腐蚀要求，该研究为长春储气库建设井口、管柱材质的选择提供了依据，同时也明确了低含CO2同样会对井口、管柱造成严重腐蚀。

长春储气库；低含CO2；腐蚀机理；腐蚀评价

长春储气库的注入气气源CO2含量为2.91%，根据目前国内外开展的CO2腐蚀评价相关研究成果，CO2分压是影响CO2腐蚀的主要因素，按照CO2分压标准，长春储气库井口、管柱均处于严重腐蚀工况范围。目前国内已建及在建储气库注入气均不同程度含有CO2，储气库井口管柱均处于不同的腐蚀环境中，井口、管柱材质的选择存在较大的差异。为此，开展了低含CO2条件下腐蚀防护技术室内研究，明确了长春储气库腐蚀技术路线。

1 长春油田基本概况

长春油田自1988年投入开发，截至2012年12月，长春油田总井数38口，开井9口，断块日产油29 t，日产气3.85×104m3，日产水281.6 m3，综合含水89.6%，气油比1 328 m3/t，年产油1.12×104t，年产气2 000×104m3。累产油201.82×104t，采出程度20.71%，累产气19.29×108m3，天然气采出程度61.49%。

长春油田拟建设储气库区块为星6区块双二段储层，原始地层压力18.92～21.06 M，根据2012年最新测试结果，星6断块目前地层压力系数为0.03～0.23，地层温度90 ℃，属于正常压力、温度系统。星6区块地层水水型为NaHCO3型，K+、Na+含量1 787.5 mg/L，Mg2+含量3 mg/L，Ca2+含量30.1 mg/L，CL-含量584.9 mg/L，SO42-含量1 104.7 mg/L，HCO3-含量2 440.8 mg/L，总矿化度5 951 mg/L。

2 注入气天然气组成

长春储气库是与哈沈管道及长长吉管道配套的储气库，气源主要为哈沈管道及长长吉管道的富裕气。哈沈管道2013年～2016年由南向北输送秦沈线转供的华北管网天然气，2017年引进东部俄气，天然气流向为由北向南。华北管网天然气甲烷含量94.7%、CO2含量2.71%、其他含量2.59%，相对密度（标准状态）为0.5925，发热值32.063～35.590 MJ/ Nm3。俄气甲烷含量91.41%、CO2含量0.06%、其他含量8.53%。当长春储气库注入长长吉管道来气时，天然气来自吉林油田自产气，天然气中甲烷含量89.69%、CO2含量2.91%、其他含量7.4%，分子量17.79 ，相对密度（标准状态）0.62。

因此长春储气库除适应哈沈管道天然气组成外，还要适应长长吉管道天然气组成，本文论证以CO2含量较高（2.91%）的长长吉管道天然气组分作为注入气参数。

3 腐蚀机理认识及腐蚀程度判断

3.1 腐蚀机理认识

伴生气中的CO2溶解于水生成碳酸溶液，金属在碳酸溶液中遭受腐蚀，铁在碳酸溶液中发生溶解而腐蚀，溶解反应包括：

CO2腐蚀过程中形成的FeCO3在钢铁表面沉积，形成一层腐蚀产物膜。不同区域腐蚀产物膜覆盖度不同，有的部位腐蚀产物膜较为致密，将金属与环境腐蚀介质隔开，阻碍腐蚀的发展；而腐蚀产物膜较为薄弱的区域会形成一些孔洞或裂纹，腐蚀溶液以此为通道与金属接触产生腐蚀坑。

温度、压力、CO2含量、pH值、流速等均会对腐蚀速率产生影响。研究表明，低合金钢（3Cr、9Cr）以及普通碳钢（N80、P110）在温度为80 ℃时腐蚀速率达到最大，13Cr、S13Cr、22Cr等随着温度升高，腐蚀速率变大；随着压力、CO2含量、流速升高，腐蚀速率逐渐变大；随着pH值增大，腐蚀速率逐渐变小。CO2分压是造成腐蚀的主控因素。

3.2 腐蚀程度判断

CO2对管材的腐蚀速率取决于CO2在水溶液中的含量，即CO2在系统中的分压pCO2，故一般以CO2分压作为预测系统腐蚀的主要判断依据。

一般认为，pCO2＞0.21 MPa，中度至高度腐蚀；pCO2= 0.05～0.21 MPa，轻度腐蚀；pCO2＜0.05MPa，无腐蚀。

由于储气库运行过程中的注入气均为干气，不会对井口及井内管柱产生腐蚀，只需考虑采出过程中CO2的腐蚀。

长春储气库星6区块采气过程中最高地层压力为22 MPa，通过软件模拟计算出运行过程中最高井底压力为18 MPa，注入气CO2含量按照2.91%计算，CO2分压为0.524 MPa，大于0.21 MPa，属于中度至高度腐蚀，井筒处于严重腐蚀环境。

因此按照CO2分压标准判断，长春储气库储层条件下井口、管柱均处于中度至高度腐蚀环境，需要开展相关技术研究工作以确定防腐技术路线。

4 低含CO2条件下腐蚀评价实验

为确定低含CO2、不同压力及温度条件下，不同井口及管柱材质的腐蚀情况，室内模拟地层水性质、温度及压力条件开展了不同井口、管柱材质的腐蚀评价实验，确定了长春储气库防CO2腐蚀技术路线。

4.1 不同井口材质的腐蚀评价实验

根据储气库地层水性质分别配制了模拟地层水，并按照储气库地层条件开展了井口材质腐蚀评价实验，实验压力取采气初期和采气末期两个压力条件，并按照采气期150 d计算出对应的腐蚀速率。

4.1.1 实验条件 实验温度50 ℃，CO2分压0.12 MPa、0.47 MPa两种工况条件，按地层水成分配制模

拟地层水。

4.1.2 实验材料 实验材料选用目前常用的AA、BB、CC、DD、EE、FF等6种井口材质。4.1.3 实验结果 采用SYJ26-87 《水腐蚀性测试方法》 中的静态失重法计算试片的腐蚀速率。见表1、表2。

表1 室内模拟长春储气库采气初期条件下井口材质腐蚀速率

表2 室内模拟长春储气库采气末期条件下井口材质腐蚀速率

从室内腐蚀评价实验结果可以看出：

（1）除CC、FF级外，其他4种材质的腐蚀速率均高于0.076 mm/a；

（2）AA、BB、DD、EE 4种材质在150 d采气期内的腐蚀速率也高于0.076 mm/a的标准要求；

（3）CC、FF两种材质在采气初期和末期两种条件下的腐蚀速率均低于0.076 mm/a的标准要求，可以满足储气库井口防腐蚀的要求，并且CC级材质腐蚀速率并不比FF级高。

4.2 不同管柱材质的腐蚀评价实验

根据两个储气库地层水性质分别配制了模拟地层水，并按照两个储气库不同的地层条件开展了管柱材质的腐蚀评价实验，实验压力条件取采气初期和采气末期压力平均值，实验工况取气相、液相两种工况条件，并按照采气期150 d计算出对应的腐蚀速率。

4.2.1 实验条件 实验温度70 ℃，CO2分压0.49 MPa，按照地层水成分配制了模拟地层水。

4.2.2 实验材料 实验材料选用目前常用的N80、P110、3Cr、13Cr、S13Cr等5种管柱材质。

4.2.3 实验结果 采用SYJ26-87 《水腐蚀性测试方法》中的静态失重法计算试片的腐蚀速率。见表3。从室内腐蚀评价实验结果可以看出：（1）N80、P110、3Cr 3种材质在液相环境下的腐蚀速率均高于0.076 mm/a，腐蚀比较严重；（2）13Cr、S13Cr 2种材质的耐腐蚀效果较好，在液相条件下的腐蚀速率均小于

0.076 mm/a。

表3 室内模拟长春储气库地层条件下管柱材质腐蚀速率

5 防腐技术路线的确定

通过室内腐蚀评价实验结果可以看出，在CO2分压大于严重腐蚀的临界值0.21 MPa时，J55、N80、P110、3Cr 4种管柱材质，AA、BB、DD、EE 4种井口材质在液相环境下的腐蚀速率均大于0.076 mm/a，腐蚀比较严重，不能满足储气库长期防CO2腐蚀要求，确定了长春储气库采取“高等级材质+加注油套环空缓蚀剂”，注采井口材质选择FF级、注采管柱材质选择L80-13Cr，同时油套环空加注缓蚀剂。

6 结论

（1）在模拟地层水组分及井筒压力、温度条件下，开展了2.91%CO2含量下不同井口、管柱材质的腐蚀评价实验，确定了长春储气库“高等级材质+加注油套环空缓蚀剂”防CO2腐蚀的技术路线，为井口、管柱材质的选择提供了依据。

（2）该实验技术虽然可以模拟地层水、压力、温度条件，但室内实验与实际情况还存在一定差异，实验结果精确度还需要矿场试验进一步验证，现场实施过程中需要加强对井口、管柱的腐蚀监测。

［1］申瑞臣，田中兰，袁光杰.地下储气（油）库工程技术研究与实践［M］.北京：石油工业出版社，2009.

［2］钟志英，罗天雨，邬国栋，等.新疆油田呼图壁储气库气井管柱腐蚀实验研究［J］.新疆石油天然气，2012，8（3）：82-86.

［3］陈卓元，张学元，王风平，等.二氧化碳腐蚀机理及影响因素［J］.材料开发与应用，1998（5）：34-40．

［4］王峰，尹国君，陈强，等.长岭气田高含CO2酸性气藏采气技术［J］.石油钻采工艺，2010，32（S）：124-126.

［5］张学元，邸超，雷良才.二氧化碳腐蚀与控制 ［M］.北京：化学工业出版社，2000．

（修改稿收到日期 2013-11-06）

（编辑 景 暖）

Research on indoor anti-corrosion test under low CO2condition in Changchun Gas Storage

YANG Xingguo,WANG Shoufeng,HUO Minkui
（Petroleum Production Technology Research Institute of Jilin Oilfield,Songyuan138000,China）

Changchun Gas Storage is a strategic project to be constructed to meet the seasonal peak demands in Changchun,Jilin and other cities and also an important part of pipe network in northeast China.The carbon dioxide content of the input gas of gas storage is 2.91%.According to the differential pressure criterion of carbon dioxide,the well head pipe strings are seriously corroded.To define the corrosion degree of downhole pipe strings under such carbon dioxide content and selection criterion of materials of well head pipe strings,in the condition that the carbon dioxide content of the input gas of gas storage is low,the formation water composition,wellbore pressure and temperature are simulated to perform the indoor anticorrosion evaluation tests for AA,BB,CC,DD,EE,FF well head materials (six types) and J55,N80,P110,3Cr,13Cr,13Cr pipe string materials (six types) by using the high temperature autoclave.The test result shows that well head and pipe string made of low-grade material cannot meet the anti-corrosion requirement of Changchun gas storage where the CO2content is 2.91%.This research provides basis for the selection of materials of well head and pipe string for construction of Changchun Gas Storage,and also confirms that the low carbon dioxide content also will seriously corrode the well head and pipe string.

Changchun Gas Storage;low carbon dioxide content;corrosion mechanism;corrosion evaluation

杨兴国，王守峰，霍敏魁.长春储气库低含CO2条件下室内腐蚀实验研究［J］.石油钻采工艺，2014，36（1）：112-115.

TE988.2

：A

1000-7393（2014）01-0112-04

10.13639/j.odpt.2014.01.030

杨兴国，1982年生。2008年毕业于中国石油大学（华东）油气井工程专业，现从事天然气试采气研究工作。电话：0438-6336809。E-mail：yangxg-jl@petrochina.com.cn。