CO2-korrosionsbeständige Rohre und Mantelrohre

Einführung

In der Öl- und Gasindustrie, Kohlendioxid (CO2) Korrosion ist ein großes Anliegen, insbesondere in Umgebungen, in denen CO2 in hohen Konzentrationen vorhanden ist. CO2-Korrosion, auch bekannt als süße Korrosion, entsteht, wenn sich Kohlendioxid in Wasser löst, Kohlensäure bilden (H2CO3), die Stahlwerkstoffe aggressiv angreifen können, was zu Lochfraß führt, gleichmäßige Korrosion, und letztendlich, Versagen von Rohren und Mantelrohren. Diese Art von Korrosion kommt besonders häufig vor CO2-reiche Lagerstätten, verbesserte Ölrückgewinnung (EOR) Operationen, und Gasbrunnen.

Zur Bekämpfung der CO2-Korrosion, Die Branche hat sich spezialisiert CO2-korrosionsbeständige Rohre und Mantelrohre. Diese Rohre sind so konzipiert, dass sie den rauen Bedingungen CO2-reicher Umgebungen standhalten, Gewährleistung der Integrität des Bohrlochs und Vermeidung kostspieliger Ausfälle. In diesem Artikel, Wir werden die Eigenschaften erkunden, Materialien, und Technologien, die in CO2-korrosionsbeständigen Rohren und Mantelrohren verwendet werden, sowie die Faktoren, die ihre Leistung beeinflussen.

 

API SPEC 5CT-Spezifikation für Gehäuse und Schläuche

ANSI/NACE TM0177 Laborprüfung von Metallen auf Beständigkeit gegen Sulfid-Spannungsrissbildung und Spannungsrisskorrosion in einer H2S-Umgebung.

ISO 15156 Erdöl- und Erdgasindustrie – Material zur Verwendung in H2S-haltigen Umgebungen bei der Öl- und Gasförderung.

ISO 13680 Korrosionsbeständige nahtlose Rohre für die Erdöl- und Erdgasindustrie zur Verwendung als Gehäuse , Technische Lieferbedingungen für Schläuche und Kupplungen, dritte Auflage.

 

 

C:Nicht-API-Produkte können auch mit Kunden über technische Daten verhandeln.

 

 

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Inhaltsverzeichnis

1. CO2-Korrosion verstehen
2. Materialien für die CO2-Korrosionsbeständigkeit
   • 2.1 Kohlenstoffstahl
   • 2.2 Niedriglegierter Stahl
   • 2.3 Korrosionsbeständige Legierungen (Ratingagenturen)
   • 2.4 Verkleidete und ausgekleidete Rohre
3. Faktoren, die die CO2-Korrosion beeinflussen
   • 3.1 CO2-Partialdruck
   • 3.2 Temperatur
   • 3.3 Wassergehalt
   • 3.4 pH-Werte
4. Prüfung und Bewertung der CO2-Korrosionsbeständigkeit
   • 4.1 Autoklaventests
   • 4.2 Elektrochemische Prüfung
   • 4.3 Feldtests
5. Anwendungen von CO2-korrosionsbeständigen Rohren und Gehäusen
6. Häufig gestellte Fragen (FAQ)
7. Der Vergleich zwischen den Kriechversuchsdaten und den Simulationsergebnissen bei drei verschiedenen Temperaturen ist in dargestellt

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CO2-Korrosion verstehen {#CO2-Korrosion verstehen}

CO2-Korrosion entsteht, wenn sich Kohlendioxid in Wasser löst, Bildung Kohlensäure. Diese Säure reagiert mit dem Eisen im Stahl unter Bildung von Eisen Eisencarbonat (FeCO3), die entweder eine Schutzschicht bilden können oder, unter bestimmten Bedingungen, zu aggressiver Korrosion führen. Die Schwere der CO2-Korrosion hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich der Partialdruck von CO2, Stahltyp, Wassergehalt, und pH-Werte.

Die allgemeine Reaktion der CO2-Korrosion in Stahl ist wie folgt:

Die Bildung von Eisencarbonat kann manchmal als Schutzschicht wirken, Verlangsamung des Korrosionsprozesses. Jedoch, in Hochgeschwindigkeitsumgebungen oder wo die Schutzschicht instabil ist, die Korrosionsrate kann deutlich ansteigen, was zu Lochfraß, Erosion, oder gleichmäßige Korrosion.

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Materialien für die CO2-Korrosionsbeständigkeit {#Materialien-für-CO2-Korrosionsbeständigkeit}

Auswahl des richtigen Materials für CO2-korrosionsbeständige Rohre und Gehäuse ist entscheidend für die Gewährleistung der Langlebigkeit und Sicherheit von Öl- und Gasquellen. Üblicherweise werden mehrere Materialien verwendet, jedes mit seinen eigenen Vorteilen und Einschränkungen.

2.1 Kohlenstoffstahl {#Kohlenstoffstahl}

C-Stahl Aufgrund seiner geringen Kosten und Verfügbarkeit ist es das am häufigsten verwendete Material für Rohre und Gehäuse in der Öl- und Gasindustrie. Jedoch, Kohlenstoffstahl ist sehr anfällig für CO2-Korrosion, insbesondere in Umgebungen mit hohem CO2-Partialdruck und Wassergehalt. Zur Minderung der CO2-Korrosion in Kohlenstoffstahl, Betreiber verwenden häufig Korrosionsinhibitoren, Beschichtungen, oder Kathodenschutz.

Während Kohlenstoffstahl mit den richtigen Schutzmaßnahmen in CO2-Umgebungen verwendet werden kann, Es wird im Allgemeinen nicht für hohe CO2-Konzentrationen oder Hochtemperaturanwendungen empfohlen, wo widerstandsfähigere Materialien erforderlich sind.

2.2 Niedriglegierter Stahl {#niedriglegierter Stahl}

Niedriglegierter Stahl enthält geringe Mengen an Legierungselementen wie z Chrom, Molybdän, oder Nickel, was die Beständigkeit gegen CO2-Korrosion verbessert. Diese Materialien bieten in Umgebungen mit moderatem CO2-Ausstoß eine bessere Leistung als Kohlenstoffstahl, erfordern jedoch möglicherweise dennoch die Verwendung von Korrosionsinhibitoren oder Beschichtungen, um ihre Haltbarkeit zu erhöhen.

Häufig werden niedriglegierte Stähle verwendet Brunnen mittlerer Tiefe oder Gasbrunnen wo die CO2-Konzentration nicht übermäßig hoch ist.

2.3 Korrosionsbeständige Legierungen (Ratingagenturen) {#Korrosionsbeständige Legierungen}

Korrosionsbeständige Legierungen (Ratingagenturen) sind speziell entwickelte Materialien, die eine hervorragende Beständigkeit gegen CO2-Korrosion bieten. Diese Legierungen enthalten typischerweise einen hohen Anteil an Chrom, Nickel, und Molybdän, die eine hervorragende Beständigkeit gegen CO2 und Schwefelwasserstoff (H2S) Korrosion.

Zu den gängigen CRAs, die in CO2-reichen Umgebungen verwendet werden, gehören::

• 13CR (Martensitischer Edelstahl): Enthält ca 13% Chrom und bietet eine gute Beständigkeit gegen CO2-Korrosion bei niedrigen bis mittleren Temperaturen. Es ist weit verbreitet in CO2-reiche Gasquellen und EOR-Operationen.
• Super 13Cr: Eine verbesserte Version von 13Cr mit besserer Korrosionsbeständigkeit bei höheren Temperaturen und CO2-Partialdrücken.
• Duplex-Edelstahl: Vereint die Eigenschaften austenitischer und ferritischer Edelstähle, Bietet eine hervorragende Beständigkeit gegen CO2-Korrosion und eine hohe mechanische Festigkeit.
• Nickelbasierte Legierungen (z.B., Inconel, Hastelloy): Diese Legierungen bieten den höchsten Grad an Korrosionsbeständigkeit und werden in den härtesten CO2-Umgebungen eingesetzt, einschließlich Hochtemperatur- und Hochdruckbrunnen.

Während CRAs eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit bieten, Sie sind deutlich teurer als Kohlenstoffstahl oder niedriglegierter Stahl, damit sie geeignet sind für Umgebungen mit hohem Risiko wo ein Scheitern katastrophal wäre.

2.4 Verkleidete und ausgekleidete Rohre {#plattierte und ausgekleidete Rohre}

Verkleidete und ausgekleidete Rohre Kombinieren Sie die Kosteneffizienz von Kohlenstoffstahl mit der Korrosionsbeständigkeit von CRAs. In diesen Rohren, Eine dünne Schicht CRA-Material wird auf die Innenfläche von a geklebt c-Stahl Rohr, Bietet eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit zu geringeren Kosten als die Verwendung von massiven CRA-Rohren.

• Verkleidete Rohre: Die CRA-Schicht ist metallurgisch mit dem Kohlenstoffstahlrohr verbunden, Bereitstellung einer starken und dauerhaften korrosionsbeständigen Oberfläche.
• Ausgekleidete Rohre: Die CRA-Schicht ist mechanisch mit dem Kohlenstoffstahlrohr verbunden, Bietet Korrosionsbeständigkeit, ohne dass eine metallurgische Bindung erforderlich ist.

Beschichtete und ausgekleidete Rohre werden üblicherweise verwendet CO2-reiche Umgebungen wo die Kosten eine Rolle spielen, Die Korrosionsbeständigkeit ist jedoch immer noch von entscheidender Bedeutung.

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Faktoren, die die CO2-Korrosion beeinflussen {#Faktoren, die die CO2-Korrosion beeinflussen}

Mehrere Faktoren beeinflussen die Geschwindigkeit und Schwere der CO2-Korrosion in Rohren und Mantelrohren. Das Verständnis dieser Faktoren ist für die Auswahl der richtigen Materialien und die Umsetzung wirksamer Korrosionsschutzstrategien von entscheidender Bedeutung.

3.1 CO2-Partialdruck {#CO2-Partialdruck}

Das Partialdruck von CO2 ist ein Schlüsselfaktor für die Bestimmung der Schwere der CO2-Korrosion. Höhere CO2-Partialdrücke führen dazu, dass sich mehr CO2 im Wasser löst, was zur Bildung von mehr Kohlensäure führt und, folglich, höhere Korrosionsraten. Im Algemeinen, wenn der CO2-Partialdruck steigt, Der Bedarf an korrosionsbeständigen Materialien oder Inhibitoren wird immer wichtiger.

3.2 Temperatur {#Stahltyp}

Temperatur hat eine komplexe Wirkung auf die CO2-Korrosion. Bei gemäßigten Temperaturen (unter 60°C), Aufgrund der erhöhten Löslichkeit von CO2 in Wasser nimmt die Korrosionsrate tendenziell mit der Temperatur zu. Jedoch, bei höheren Temperaturen (über 100°C), Die Bildung schützender Eisenkarbonatschichten kann die Korrosionsgeschwindigkeit verlangsamen.

In Umgebungen mit hohen Temperaturen, Materialien wie z super 13Cr oder Nickelbasislegierungen müssen häufig den kombinierten Auswirkungen von CO2-Korrosion und thermischer Belastung standhalten.

3.3 Wassergehalt {#Wassergehalt}

Wasser ist ein kritischer Faktor bei der CO2-Korrosion, da sich CO2 in Wasser lösen muss, um Kohlensäure zu bilden. In trockenen Gasbrunnen, wo der Wassergehalt minimal ist, CO2-Korrosion ist weniger problematisch. Jedoch, in Brunnen mit hohem Wassergehalt, Ultraschall- nasses Gas oder Kondensatbrunnen, die Gefahr einer CO2-Korrosion ist deutlich höher.

3.4 pH-Werte {#pH-Werte}

Das pH-Wert der Umwelt wirkt sich auch auf die CO2-Korrosion aus. Niedrigere pH-Werte (saurere Bedingungen) die Korrosionsrate erhöhen, während höhere pH-Werte (alkalischere Bedingungen) kann die Korrosionsrate verringern. In CO2-reichen Umgebungen, Der pH-Wert ist aufgrund der Bildung von Kohlensäure typischerweise niedrig. pH-Stabilisierung Techniken, B. das Hinzufügen alkalischer Substanzen zur Flüssigkeit, kann dazu beitragen, die CO2-Korrosion zu mildern.

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Prüfung und Bewertung der CO2-Korrosionsbeständigkeit {#Prüfung und Bewertung}

Um sicherzustellen, dass Rohre und Mantelrohre der CO2-Korrosion standhalten, Mehrere Testmethoden werden verwendet, um ihre Leistung in CO2-reichen Umgebungen zu bewerten.

4.1 Autoklaventests {#Autoklav-Tests}

Autoklaventests Dabei wird das Material in einer kontrollierten Umgebung CO2 und Wasser unter hohem Druck ausgesetzt, um die Bedingungen im Bohrloch zu simulieren. Der Test wird bei erhöhten Temperaturen und Drücken durchgeführt, um die Beständigkeit des Materials gegenüber CO2-Korrosion zu bewerten. Autoklaventests werden häufig verwendet, um die Leistung von CRAs und niedriglegierten Stählen in CO2-Umgebungen zu bewerten.

4.2 Elektrochemische Prüfung {#Elektrochemische Prüfung}

Elektrochemische Prüfung Misst die Korrosionsrate eines Materials durch Überwachung der elektrochemischen Reaktionen, die auftreten, wenn das Material CO2 und Wasser ausgesetzt wird. Diese Methode liefert wertvolle Daten zur Korrosionsbeständigkeit des Materials und kann dabei helfen, die besten Materialien für bestimmte CO2-reiche Umgebungen zu ermitteln.

4.3 Feldtests {#Feldversuche}

Feldtests beinhaltet die Installation der Schläuche bzw Bohrrohr in einem tatsächlichen Bohrloch und die Überwachung seiner Leistung im Laufe der Zeit. Diese Methode liefert reale Daten über die Fähigkeit des Materials, CO2-Korrosion unter tatsächlichen Betriebsbedingungen zu widerstehen. Feldtests werden häufig verwendet, um die Ergebnisse von Labortests zu validieren und die langfristige Leistung des Materials sicherzustellen.

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Anwendungen von CO2-korrosionsbeständigen Rohren und Gehäusen {#Anwendungen}

CO2-korrosionsbeständige Rohre und Mantelrohre werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, einschließlich:

• CO2-reiche Gasbrunnen: In Brunnen, in denen CO2 in hohen Konzentrationen vorhanden ist, korrosionsbeständige Materialien wie z 13CR oder super 13Cr werden üblicherweise zur Verhinderung von CO2-Korrosion eingesetzt.
• Verbesserte Ölrückgewinnung (EOR): Im CO2-Injektion EOR-Operationen, Dabei wird CO2 in die Lagerstätte injiziert, um die Ölförderung zu verbessern, Korrosionsbeständige Rohre und Gehäuse sind unerlässlich, um Ausfälle aufgrund von CO2-Korrosion zu verhindern.
• Hochtemperaturbrunnen: In Brunnen mit hohen Temperaturen, Materialien wie z Nickelbasislegierungen oder Duplex-Edelstahl werden verwendet, um den kombinierten Auswirkungen von CO2-Korrosion und thermischer Belastung standzuhalten.
• Nasse Gasbrunnen: In Brunnen mit hohem Wassergehalt, Zur Vermeidung von CO2-Korrosion werden korrosionsbeständige Materialien eingesetzt, was durch die Anwesenheit von Wasser noch verstärkt wird.

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Häufig gestellte Fragen (FAQ) {#FAQ}

1. Was ist CO2-Korrosion in Rohren und Mantelrohren??

CO2-Korrosion, auch bekannt als süße Korrosion, entsteht, wenn sich Kohlendioxid in Wasser auflöst und Kohlensäure entsteht, das mit Stahl unter Bildung von Eisencarbonat reagiert. Dieser Vorgang kann zu Lochfraß führen, gleichmäßige Korrosion, und Versagen von Rohren und Mantelrohren.

2. Welche Materialien werden für CO2-korrosionsbeständige Rohre und Gehäuse verwendet??

Verwendete Materialien für CO2-korrosionsbeständige Rohre und Gehäuse einschließen c-Stahl (mit Inhibitoren), niedriglegierter Stahl, korrosionsbeständige Legierungen (Ratingagenturen) wie 13CR und Nickelbasislegierungen, und plattierte oder ausgekleidete Rohre.

3. Wie wirkt sich die Temperatur auf die CO2-Korrosion aus??

Temperatur wirkt sich auf unterschiedliche Weise auf die CO2-Korrosion aus. Bei gemäßigten Temperaturen, Aufgrund der höheren CO2-Löslichkeit nimmt die Korrosionsrate mit der Temperatur zu. Bei höheren Temperaturen, Es können sich schützende Eisenkarbonatschichten bilden, Reduzierung der Korrosionsrate.

4. Welche Rolle spielt Wasser bei der CO2-Korrosion??

Wasser ist für die CO2-Korrosion von entscheidender Bedeutung, da sich CO2 in Wasser lösen muss, um Kohlensäure zu bilden. In Brunnen mit hohem Wassergehalt, das Risiko einer CO2-Korrosion ist im Vergleich zu Trockengasbohrungen deutlich höher.

5. Wie wird die CO2-Korrosionsbeständigkeit geprüft??

Die CO2-Korrosionsbeständigkeit wird mit Methoden wie getestet Autoklaventests, Elektrochemische Prüfung, und Feldversuche. Diese Tests bewerten die Leistung des Materials in CO2-reichen Umgebungen unter simulierten oder tatsächlichen Bohrlochbedingungen.

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Der Vergleich zwischen den Kriechversuchsdaten und den Simulationsergebnissen bei drei verschiedenen Temperaturen ist in dargestellt {#Abschluss}

CO2-Korrosion ist eine große Herausforderung in der Öl- und Gasindustrie, insbesondere in Brunnen mit hoher CO2-Konzentration. Um kostspielige Ausfälle zu verhindern und die Integrität des Bohrlochs sicherzustellen, Es ist wichtig, es zu verwenden CO2-korrosionsbeständige Rohre und Mantelrohre. Materialien wie z korrosionsbeständige Legierungen (Ratingagenturen), plattierte Rohre, und niedriglegierte Stähle bieten eine hervorragende Beständigkeit gegen CO2-Korrosion, Dadurch eignen sie sich für ein breites Anwendungsspektrum, einschließlich CO2-reiche Gasquellen, EOR-Operationen, und Hochtemperaturbrunnen.

Indem wir die Faktoren verstehen, die die CO2-Korrosion beeinflussen, und die richtigen Materialien auswählen, Betreiber können die Lebensdauer ihrer Rohre und Mantelrohre erheblich verlängern, Wartungskosten reduzieren, und die allgemeine Sicherheit und Zuverlässigkeit ihres Betriebs verbessern.