Ống và vỏ chống ăn mòn CO2

Giới thiệu

Trong ngành dầu khí, cạc-bon đi-ô-xít (CO2) sự ăn mòn là một mối quan tâm đáng kể, đặc biệt là trong môi trường có nồng độ CO2 cao. Ăn mòn CO2, còn được biết là ăn mòn ngọt ngào, xảy ra khi khí cacbonic hòa tan trong nước, tạo thành axit cacbonic (H2CO3), có thể tấn công mạnh mẽ vật liệu thép, dẫn đến rỗ, ăn mòn đồng đều, và cuối cùng, sự cố của ống và ống vỏ. Kiểu ăn mòn này đặc biệt phổ biến ở hồ chứa giàu CO2, tăng cường thu hồi dầu (EOR) hoạt động, và giếng khí.

Để chống ăn mòn CO2, ngành công nghiệp đã phát triển chuyên ngành Ống và vỏ chống ăn mòn CO2. Những đường ống này được thiết kế để chịu được điều kiện khắc nghiệt của môi trường giàu CO2, đảm bảo tính toàn vẹn của giếng và ngăn ngừa những hư hỏng tốn kém. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá các đặc tính, nguyên vật liệu, và công nghệ sử dụng trong ống và vỏ ống chống ăn mòn CO2, cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động của họ.

 

Đặc điểm kỹ thuật API SPEC 5CT cho vỏ và ống

ANSI/NACE TM0177 Thử nghiệm kim loại trong phòng thí nghiệm về khả năng chống nứt do ứng suất sunfua và nứt ăn mòn do ứng suất trong môi trường H2S.

TIÊU CHUẨN ISO 15156 Công nghiệp dầu mỏ và khí tự nhiên-vật liệu sử dụng trong môi trường chứa H2S trong sản xuất dầu khí.

TIÊU CHUẨN ISO 13680 Ống liền mạch chống ăn mòn trong ngành dầu mỏ và khí đốt tự nhiên để sử dụng làm vỏ bọc , điều kiện giao hàng kỹ thuật của ống và khớp nối phiên bản thứ ba.

 

 

C:Sản phẩm không phải API cũng có thể thương lượng với khách hàng về dữ liệu kỹ thuật.

 

 

---

Mục lục

1. Hiểu về ăn mòn CO2
2. Vật liệu chống ăn mòn CO2
   • 2.1 Thép carbon
   • 2.2 Thép hợp kim thấp
   • 2.3 Hợp kim chống ăn mòn (CRA)
   • 2.4 Ống bọc và lót
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến ăn mòn CO2
   • 3.1 Áp suất riêng phần CO2
   • 3.2 Nhiệt độ
   • 3.3 Hàm lượng nước
   • 3.4 Mức độ pH
4. Kiểm tra và đánh giá khả năng chống ăn mòn CO2
   • 4.1 Thử nghiệm nồi hấp
   • 4.2 Kiểm tra điện hóa
   • 4.3 Thử nghiệm hiện trường
5. Các ứng dụng của ống và vỏ chống ăn mòn CO2
6. Các câu hỏi thường gặp (Câu hỏi thường gặp)
7. Phần kết luận

---

Hiểu về ăn mòn CO2 {#hiểu-co2-ăn mòn}

Ăn mòn CO2 xảy ra khi khí cacbonic hòa tan trong nước, hình thành axit cacbonic. Axit này phản ứng với sắt trong thép tạo thành sắt cacbonat (FeCO3), có thể tạo thành một lớp bảo vệ hoặc, trong những điều kiện nhất định, dẫn đến ăn mòn mạnh. Mức độ nghiêm trọng của sự ăn mòn CO2 phụ thuộc vào một số yếu tố, bao gồm áp suất riêng phần của CO2, nhiệt độ, hàm lượng nước, và độ pH.

Phản ứng chung về ăn mòn CO2 trong thép như sau:

Sự hình thành của sắt cacbonat đôi khi có thể hoạt động như một lớp bảo vệ, làm chậm quá trình ăn mòn. Tuy nhiên, trong môi trường tốc độ cao hoặc nơi lớp bảo vệ không ổn định, tốc độ ăn mòn có thể tăng đáng kể, dẫn tới rỗ, xói mòn, hoặc ăn mòn đồng đều.

---

Vật liệu chống ăn mòn CO2 {#vật liệu chống ăn mòn co2}

Lựa chọn vật liệu phù hợp cho Ống và vỏ chống ăn mòn CO2 là rất quan trọng để đảm bảo tuổi thọ và an toàn của giếng dầu khí. Một số vật liệu thường được sử dụng, mỗi cái đều có ưu điểm và hạn chế riêng.

2.1 Thép carbon {#thép cacbon}

Thép carbon là vật liệu được sử dụng phổ biến nhất cho ống và vỏ trong ngành dầu khí do chi phí thấp và sẵn có. Tuy nhiên, thép carbon rất dễ bị ăn mòn CO2, đặc biệt là trong môi trường có áp suất riêng phần CO2 và hàm lượng nước cao. Để giảm thiểu sự ăn mòn CO2 trong thép cacbon, người vận hành thường sử dụng chất ức chế ăn mòn, lớp phủ, hoặc cathodic bảo vệ.

Trong khi thép carbon có thể được sử dụng trong môi trường CO2 với các biện pháp bảo vệ phù hợp, nó thường không được khuyến khích cho các ứng dụng có nồng độ CO2 cao hoặc nhiệt độ cao, nơi cần nhiều vật liệu bền hơn.

2.2 Thép hợp kim thấp {#thép hợp kim thấp}

Thép hợp kim thấp chứa một lượng nhỏ các nguyên tố hợp kim như crom, molypden, hoặc Niken, giúp cải thiện khả năng chống ăn mòn CO2. Những vật liệu này mang lại hiệu suất tốt hơn thép carbon trong môi trường CO2 vừa phải nhưng vẫn có thể yêu cầu sử dụng chất ức chế ăn mòn hoặc lớp phủ để nâng cao độ bền của chúng.

Thép hợp kim thấp thường được sử dụng trong giếng có độ sâu vừa phải hoặc giếng khí nơi nồng độ CO2 không quá cao.

2.3 Hợp kim chống ăn mòn (CRA) {#hợp kim chống ăn mòn}

Hợp kim chống ăn mòn (CRA) là những vật liệu được thiết kế đặc biệt có khả năng chống ăn mòn CO2 vượt trội. Các hợp kim này thường chứa hàm lượng cao crom, Niken, và molypden, cung cấp khả năng chống lại cả CO2 và hydro sunfua (H2S) sự ăn mòn.

CRA phổ biến được sử dụng trong môi trường giàu CO2 bao gồm:

• 13CR (Thép không gỉ Martensitic): Chứa khoảng 13% crom và có khả năng chống ăn mòn CO2 tốt ở nhiệt độ thấp đến trung bình. Nó được sử dụng rộng rãi trong giếng khí giàu CO2 và Hoạt động EOR.
• Siêu 13Cr: Phiên bản nâng cao của 13Cr có khả năng chống ăn mòn tốt hơn ở nhiệt độ cao hơn và áp suất riêng phần CO2.
• Thép không gỉ Duplex: Kết hợp các tính chất của thép không gỉ austenit và ferritic, cung cấp khả năng chống ăn mòn CO2 tuyệt vời và độ bền cơ học cao.
• Hợp kim dựa trên niken (ví dụ., Inconel, Hastelloy): Các hợp kim này mang lại khả năng chống ăn mòn cao nhất và được sử dụng trong môi trường CO2 khắc nghiệt nhất, bao gồm cả giếng nhiệt độ cao và áp suất cao.

Trong khi CRA có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, chúng đắt hơn đáng kể so với thép cacbon hoặc thép hợp kim thấp, làm cho chúng phù hợp với môi trường có nguy cơ cao nơi thất bại sẽ là thảm họa.

2.4 Ống bọc và lót {#ống bọc và lót}

Ống bọc và lót kết hợp hiệu quả chi phí của thép carbon với khả năng chống ăn mòn của CRA. Trong các đường ống này, một lớp vật liệu CRA mỏng được liên kết với bề mặt bên trong của đường ống thép carbon, cung cấp khả năng chống ăn mòn tuyệt vời với chi phí thấp hơn so với sử dụng ống CRA rắn.

• Ống bọc: Lớp CRA được liên kết bằng phương pháp luyện kim với ống thép cacbon, cung cấp một bề mặt chống ăn mòn mạnh mẽ và bền.
• ống lót: Lớp CRA được liên kết cơ học với ống thép cacbon, cung cấp khả năng chống ăn mòn mà không cần liên kết luyện kim.

Ống bọc và lót thường được sử dụng trong Môi trường giàu CO2 nơi chi phí là mối quan tâm, nhưng khả năng chống ăn mòn vẫn rất quan trọng.

---

Các yếu tố ảnh hưởng đến ăn mòn CO2 {#yếu tố ảnh hưởng-co2-ăn mòn}

Một số yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ và mức độ nghiêm trọng của sự ăn mòn CO2 trong ống và ống vỏ. Hiểu được những yếu tố này là điều cần thiết để lựa chọn vật liệu phù hợp và thực hiện các chiến lược chống ăn mòn hiệu quả.

3.1 Áp suất riêng phần CO2 {#co2-áp suất riêng phần}

Các áp suất riêng phần của CO2 là yếu tố then chốt quyết định mức độ nghiêm trọng của sự ăn mòn CO2. Áp suất riêng phần CO2 cao hơn dẫn đến lượng CO2 hòa tan trong nước nhiều hơn, dẫn tới sự hình thành nhiều axit cacbonic hơn và, do đó, tốc độ ăn mòn cao hơn. Nói chung, khi áp suất riêng phần của CO2 tăng lên, nhu cầu về vật liệu chống ăn mòn hoặc chất ức chế trở nên quan trọng hơn.

3.2 Nhiệt độ {#nhiệt độ}

Nhiệt độ có ảnh hưởng phức tạp đến sự ăn mòn CO2. Ở nhiệt độ vừa phải (dưới 60°C), tốc độ ăn mòn có xu hướng tăng theo nhiệt độ do độ hòa tan của CO2 trong nước tăng. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao hơn (trên 100°C), sự hình thành các lớp sắt cacbonat bảo vệ có thể làm chậm tốc độ ăn mòn.

Trong môi trường nhiệt độ cao, vật liệu như siêu 13Cr hoặc hợp kim gốc niken thường được yêu cầu để chịu được tác động kết hợp của ăn mòn CO2 và ứng suất nhiệt.

3.3 Hàm lượng nước {#hàm lượng nước}

Nước là yếu tố quan trọng gây ra sự ăn mòn CO2 vì CO2 phải hòa tan trong nước tạo thành axit cacbonic. Trong giếng khí khô, nơi hàm lượng nước tối thiểu, Ăn mòn CO2 ít được quan tâm hơn. Tuy nhiên, trong giếng có hàm lượng nước cao, đặc biệt là trong khí ướt hoặc giếng ngưng tụ, nguy cơ ăn mòn CO2 cao hơn đáng kể.

3.4 Mức độ pH {#cấp độ ph}

Các pH của môi trường cũng ảnh hưởng đến sự ăn mòn CO2. Độ pH thấp hơn (điều kiện axit hơn) tăng tốc độ ăn mòn, trong khi độ pH cao hơn (điều kiện kiềm hơn) có thể làm giảm tốc độ ăn mòn. Trong môi trường giàu CO2, độ pH thường thấp do sự hình thành axit cacbonic. ổn định pH kỹ thuật, chẳng hạn như thêm chất kiềm vào chất lỏng, có thể giúp giảm thiểu sự ăn mòn CO2.

---

Kiểm tra và đánh giá khả năng chống ăn mòn CO2 {#kiểm tra và đánh giá}

Để đảm bảo ống và ống vỏ có thể chịu được sự ăn mòn của CO2, một số phương pháp thử nghiệm được sử dụng để đánh giá hiệu suất của chúng trong môi trường giàu CO2.

4.1 Thử nghiệm nồi hấp {#thử nghiệm nồi hấp}

Thử nghiệm nồi hấp liên quan đến việc cho vật liệu tiếp xúc với CO2 và nước áp suất cao trong môi trường được kiểm soát để mô phỏng các điều kiện hạ cấp. Thử nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ và áp suất cao để đánh giá khả năng chống ăn mòn CO2 của vật liệu. Thử nghiệm nồi hấp thường được sử dụng để đánh giá hiệu suất của CRA và thép hợp kim thấp trong môi trường CO2.

4.2 Kiểm tra điện hóa {#thử nghiệm điện hóa}

Thử nghiệm điện hóa đo tốc độ ăn mòn của vật liệu bằng cách theo dõi các phản ứng điện hóa xảy ra khi vật liệu tiếp xúc với CO2 và nước. Phương pháp này cung cấp dữ liệu có giá trị về khả năng chống ăn mòn của vật liệu và có thể giúp xác định các vật liệu tốt nhất cho môi trường giàu CO2 cụ thể.

4.3 Thử nghiệm hiện trường {#thử nghiệm hiện trường}

Thử nghiệm hiện trường liên quan đến việc lắp đặt đường ống hoặc vỏ ống trong giếng thực tế và theo dõi hiệu suất của giếng theo thời gian. Phương pháp này cung cấp dữ liệu thực tế về khả năng chống ăn mòn CO2 của vật liệu trong điều kiện vận hành thực tế. Thử nghiệm hiện trường thường được sử dụng để xác nhận kết quả thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và đảm bảo hiệu suất lâu dài của vật liệu.

---

Các ứng dụng của ống và vỏ chống ăn mòn CO2 {#ứng dụng}

Ống và vỏ ống chống ăn mòn CO2 được sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm:

• Giếng khí giàu CO2: Ở những giếng có nồng độ CO2 cao, vật liệu chống ăn mòn như 13CR hoặc siêu 13Cr thường được sử dụng để ngăn chặn sự ăn mòn CO2.
• Phục hồi dầu tăng cường (EOR): Trong phun CO2 Hoạt động EOR, nơi CO2 được bơm vào bể chứa để tăng cường thu hồi dầu, ống và vỏ chống ăn mòn là rất cần thiết để ngăn ngừa hư hỏng do ăn mòn CO2.
• Giếng nhiệt độ cao: Trong giếng có nhiệt độ cao, vật liệu như hợp kim gốc niken hoặc thép không gỉ song công được sử dụng để chịu được tác động kết hợp của ăn mòn CO2 và ứng suất nhiệt.
• Giếng khí ướt: Trong giếng có hàm lượng nước cao, vật liệu chống ăn mòn được sử dụng để ngăn chặn sự ăn mòn CO2, điều này càng trở nên trầm trọng hơn bởi sự hiện diện của nước.

---

Các câu hỏi thường gặp (Câu hỏi thường gặp) {#câu hỏi thường gặp}

1. Ăn mòn CO2 trong ống và ống vỏ là gì?

Ăn mòn CO2, còn được biết là ăn mòn ngọt ngào, xảy ra khi khí cacbonic tan trong nước tạo thành axit cacbonic, phản ứng với thép tạo thành sắt cacbonat. Quá trình này có thể dẫn đến rỗ, ăn mòn đồng đều, và sự cố của ống và ống vỏ.

2. Vật liệu nào được sử dụng cho ống và vỏ chống ăn mòn CO2?

Vật liệu dùng để Ống và vỏ chống ăn mòn CO2 bao gồm thép carbon (với chất ức chế), Thép hợp kim thấp, hợp kim chống ăn mòn (CRA) nhu la 13CR và hợp kim gốc niken, và ống bọc hoặc lót.

3. Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự ăn mòn CO2 như thế nào?

Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự ăn mòn CO2 theo những cách khác nhau. Ở nhiệt độ vừa phải, tốc độ ăn mòn tăng theo nhiệt độ do độ hòa tan CO2 cao hơn. Ở nhiệt độ cao, lớp sắt cacbonat bảo vệ có thể hình thành, giảm tốc độ ăn mòn.

4. Vai trò của nước trong quá trình ăn mòn CO2?

Nước rất cần thiết cho sự ăn mòn CO2 vì CO2 phải hòa tan trong nước tạo thành axit cacbonic. Trong giếng có hàm lượng nước cao, nguy cơ ăn mòn CO2 cao hơn đáng kể so với giếng khí khô.

5. Khả năng chống ăn mòn CO2 được kiểm tra như thế nào?

Khả năng chống ăn mòn CO2 được kiểm tra bằng các phương pháp như thử nghiệm nồi hấp, thử nghiệm điện hóa, và thử nghiệm hiện trường. Các thử nghiệm này đánh giá hiệu suất của vật liệu trong môi trường giàu CO2 trong điều kiện giếng khoan mô phỏng hoặc thực tế.

---

Phần kết luận {#Phần kết luận}

Ăn mòn CO2 là thách thức lớn của ngành dầu khí, đặc biệt là ở các giếng có nồng độ CO2 cao. Để ngăn ngừa những hư hỏng tốn kém và đảm bảo tính toàn vẹn của giếng, nó là điều cần thiết để sử dụng Ống và vỏ chống ăn mòn CO2. Vật liệu như hợp kim chống ăn mòn (CRA), ống bọc, và thép hợp kim thấp cung cấp khả năng chống ăn mòn CO2 tuyệt vời, làm cho chúng phù hợp với nhiều ứng dụng, bao gồm giếng khí giàu CO2, Hoạt động EOR, và giếng nhiệt độ cao.

Bằng cách hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến sự ăn mòn CO2 và lựa chọn vật liệu phù hợp, người vận hành có thể kéo dài đáng kể tuổi thọ của ống và ống vỏ của họ, giảm chi phí bảo trì, và cải thiện sự an toàn và độ tin cậy tổng thể của hoạt động của họ.