CO_2注入井油管断裂机理及防护方法研究

发布时间：2017-08-31 15:38

  本文关键词：CO_2注入井油管断裂机理及防护方法研究

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【摘要】：CO2驱油与埋存实现了提高低渗透油藏采收率和CO2地质埋存的双重效果,但是由于注入井的注入压力过高CO2气体和注入水极易通过油管丝扣向油套环空渗漏,注入水中含有的硫化物在绝氧低温的环空环境中由于硫酸盐还原菌作用不断生成H2S,在环空中形成了CO2-H2S-Cl-共存的应力腐蚀敏感环境,导致注入井在较短时间内发生了油管断裂事故,注气油管的非正常断裂带来了较大的经济损失和安全风险,制约了CO2驱油与埋存的试验效果。目前国内外针对CO2、H2S单独存在时的应力腐蚀断裂机理开展了较多的研究,少数学者进行了CO2、H2S共存时的应力腐蚀断裂机理及防护方法研究,但其研究的对象主要集中于采出环境和地面设备环境,对CO2注入井CO2-H2S-Cl-共存的复杂环空环境下油管外表面应力腐蚀断裂机理及防护方法方面研究较少,缺乏可借鉴成果。因此有必要针对CO2注入井的环空环境分析其油管断裂机理,并在此基础上提出相应的防护方法,主要研究内容包括:(1)对四口断裂井的油管化学成分、力学性能、夏比V形缺口冲击性能以及硬度进行了测试,分析了断裂油管断口宏观、微观裂纹特征以及断口裂纹内的腐蚀产物,确认环空环境中硫化物应力腐蚀开裂是造成CO2注入井油管断裂的主要原因。(2)对CO2注入井环空溶液、注入水水样、注入CO2成分开展理化分析,确定出硫化物的来源,明确了CO2注入井环空SRB将SO42-还原成H2S的低p H值、低温、绝氧密闭的环空环境;建立了CO2注入井环空环境应力腐蚀实验室模拟体系,采用电化学和应力腐蚀实验相结合的方法,进行CO2-H2S-Cl-共存的环空环境中P110油管钢的腐蚀和应力腐蚀开裂行为实验,分析了P110油管钢在不同p H值、H2S分压、总压、硫化物浓度、温度、缓蚀剂浓度的环空环境中腐蚀及应力腐蚀行为的演变规律,提出了CO2注入井油管环空环境下阳极溶解和氢脆混合的硫化物应力腐蚀断裂机理。(3)分析了环空保护液中脱硫剂、杀菌剂、缓蚀剂等对P110油管钢应力腐蚀行为的影响,确定环空保护液中缓蚀剂、脱硫剂和杀菌剂的浓度配比;开展典型油管钢N80、S13Cr、TP95S、TP110TS在不同p H值、H2S分压、硫化物浓度和缓蚀剂浓度的环空环境中的腐蚀及应力腐蚀行为实验,得出了典型油管钢的耐环空环境应力腐蚀的顺序为TP110TS/TP95SN80/P110S13Cr;通过改变环空环境和管材选择,形成一套具有针对性的CO2注入井油管硫化物应力腐蚀断裂综合防护方法。本文针对吉林油田CO2注入井油管的断裂特征,通过现场调研和实验室研究的方法,揭示了CO2注入井油管断裂的主要原因,阐明井下油管的应力腐蚀断裂行为及规律,提出了CO2注入井环空环境下油管硫化物应力腐蚀断裂机理,并在此基础上进行了相应的应力腐蚀断裂综合防护方法研究,解决了制约吉林油田CO2驱油与埋存示范区生产效果的注入井油管非正常断裂问题,为CO2驱油与埋存技术的安全高效生产提供必要的保障,提高CO2驱油的采收率和地质埋存率,同时为国内CO2驱油或埋存示范区以及类似井下环境的油管断裂问题提供了研究思路和解决方法。
【关键词】：CO2注入井 油管断裂机理 硫化物应力腐蚀 H2S 缓蚀剂 防护方法
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE357.7
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 创新点摘要8-11
• 第一章 前言11-20
• 1.1 研究目的及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 井下油管断裂机理研究现状12-16
• 1.2.2 井下油管断裂防护方法研究现状16-18
• 1.3 本文主要研究内容18-20
• 第二章 CO_2注入井油管断裂原因分析20-35
• 2.1 CO_2注入井基本情况20-22
• 2.2 CO_2注入井油管断裂特征分析22-34
• 2.2.1 断裂油管材料性能分析22-28
• 2.2.2 断裂油管断口宏观特征分析28-30
• 2.2.3 断裂油管断口微观裂纹特征分析30-31
• 2.2.4 油管断裂部位腐蚀产物分析31-34
• 本章小结34-35
• 第三章 CO_2注入井油管环空硫化物应力腐蚀断裂机理研究35-72
• 3.1 CO_2注入井硫化物来源及环空环境分析35-41
• 3.1.1 CO_2注入井环空硫化物来源分析35-38
• 3.1.2 CO_2注入井环空硫化氢生成环境分析38-40
• 3.1.3 力学环境分析40-41
• 3.2 CO_2注入井油管环空应力腐蚀实验方法41-45
• 3.2.1 CO_2注入井油管环空模拟溶液确定41-45
• 3.2.1.2 高压电化学实验42-43
• 3.2.1.3 U形弯浸泡实验43-45
• 3.3 环空环境中P110钢的腐蚀及硫化物应力腐蚀规律分析45-67
• 3.3.1 H2S分压对P110钢的腐蚀及应力腐蚀行为的影响45-48
• 3.3.2 pH值对P110钢的腐蚀及应力腐蚀行为的影响48-50
• 3.3.3 总压对P110钢的腐蚀及应力腐蚀行为的影响50-52
• 3.3.4 硫化物浓度对P110钢的腐蚀及应力腐蚀行为的影响52-58
• 3.3.5 温度对P110钢的腐蚀及应力腐蚀行为的影响58-60
• 3.3.6 不同缓蚀剂对P110钢的腐蚀及应力腐蚀行为的影响60-62
• 3.3.7 缓蚀剂浓度对P110钢的腐蚀及应力腐蚀行为的影响62-67
• 3.4 CO_2注入井硫化物应力腐蚀断裂机理综合分析67-70
• 本章小结70-72
• 第四章 CO_2注入井环空硫化物应力腐蚀断裂防护方法研究72-106
• 4.1 抗硫化物油套环空保护液性能改进及评价研究72-76
• 4.1.1 脱硫剂对缓蚀效果的影响72-73
• 4.1.2 不同浓度脱硫剂+杀菌剂对缓蚀效果的影响73-76
• 4.2 抗硫化物应力腐蚀油管材料筛选评价研究76-103
• 4.2.1 典型油管钢在不同p H值时的应力腐蚀行为76-83
• 4.2.2 典型油管钢在不同H2S分压时的应力腐蚀行为83-91
• 4.2.3 典型油管钢在不同硫化物浓度时的应力腐蚀行为91-102
• 4.2.4 典型油管钢在不同缓蚀剂浓度时的应力腐蚀行为102-103
• 4.2.5 典型油管钢CO_2注入井环空环境耐应力腐蚀性能比较103
• 4.3 抗硫化物应力腐蚀综合防护方法研究103-104
• 本章小结104-106
• 结论106-108
• 参考文献108-116
• 攻读博士学位期间发表的论文、科研、专利情况116-118
• 致谢118-119

【参考文献】

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3 王温栋;谢俊峰;吕祥鸿;张钧;;某油井修复油管断裂原因分析[J];理化检验(物理分册);2014年12期

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本文编号：766458