在油氣生產環(huán)境中,管道選材通常根據介質特性、運行工況、服役壽命以及材料的加工工藝性能、焊接性能等因素,再結合技術經濟比選后確定[1]。油氣田集輸管道選擇的材料類型和規(guī)格主要基于管道強度設計的原則,同時也會考慮一定的腐蝕裕量(通常為2~3 mm)[2]。由于碳鋼材料具有制造工藝成熟、焊接工藝可靠、價格低廉等優(yōu)點,大多數集輸管道選用碳鋼,如20號、20G和L360NB鋼等。其中,20號和20G鋼的力學性能相近,主要應用于低壓、低流速等常規(guī)工況;L360NB鋼的抗拉強度和屈服強度較高,主要應用于管道輸送內壓較大或外部承載較高的情況[3]。然而,相關標準規(guī)范對三種材料的耐腐蝕性能均未做出要求。
油氣田開發(fā)中往往伴隨高礦化度地層水,部分區(qū)塊還含有CO2和H2S酸性氣體,導致碳鋼管道的析氫腐蝕風險較高[4]。目前,關于20號碳鋼管道在油氣田環(huán)境中的腐蝕性研究相對較多,且研究手段集中于單一的常溫常壓浸泡腐蝕試驗或電化學試驗,針對多種碳鋼材料在高溫高壓動態(tài)腐蝕環(huán)境中的腐蝕行為對比分析鮮有報道[5-6]。因此,筆者采用電化學測試和高溫高壓動態(tài)腐蝕試驗,對比分析了20號、20G和L360NB鋼三種常用管道材料在模擬現場典型油氣集輸工況下的腐蝕行為。
1. 試驗
1.1 試樣
試驗材料為某油田庫存的20號鋼、20G鋼和L360NB鋼管材,其基本信息見表1,化學成分見表2。對比相應制造標準可知,所選管材的化學成分未見異常。
表 1 管材的基本信息
Table 1. Basic information of pipelines
編號 | 材料 | 外徑/mm | 壁厚/mm | 長度/mm | 類型 | 制造標準 |
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1號 | 20號鋼 | 108 | 5 | 300 | 無縫鋼管 | GB/T 8163—2018 |
2號 | 20G鋼 | 108 | 5 | 300 | 無縫鋼管 | 5310—2013GB |
3號 | L360NB鋼 | 219 | 6 | 300 | 無縫鋼管 | GB/T 9711—2017 |
表 2 試驗材料的化學成分
Table 2. Chemical composition of test materials