Өндөр давстай түрхий нефтийн орд газруудад ямар тосны бүрхүү ган цооножийн хоолойнууд хэтэрхий исэлдэж болох вэ?

Өндөр давстай түрхий нефтийн орд газрын исэлдлийн асуудлыг ойлгох

Өндөр давстай түрхий нефтийн орд газрууд нь тосны бүрхүү ган цооножийн хоолойн бүхэл бүтэн байдалд онцгой аюул учруулдаг исэлдлийн олон янзын асуудал үүсгэдэг. Түрхий нефтийн аюулгүй бус үзэгдлийн 25%-иас илүү нь исэлдэлтэнд хамаарах гэмтлийн улмаас үүдэлтэй бөгөөд давстай чулуулгийн ус, хүчиллэг хийн нөлөөгөөр олон төрлийн эвдрэлийн механизм зэрэг явагддаг.

Түрхий нефтийн орд газрын хүчиллэг ба бага хүчиллэг исэлдлийн механизм

Шүүгэнд байрлуулсан колонны гэмтлийн дөрөвний гурав нь устөрөгчийн сульфидийн урвалын үүднээс үүдэлтэй хүчиллэг корроз, мөн нөхөн угсралтын коррозийг нөхцөлдүүлэгч нүүрстөрөгчийн давхар исэлтэй холбоотой байдаг. H2S оролцох үед төмрийн сульфидын химийн нэгдлүүд үүсдэг ба мөн атомын түвшний устөрөгч ялгаруулж, цаг хугацааны дараа ган бүтцийн дотор нэвтэрдэг. Нүүрстөрөгчийн давхар исэл нөгөө нэгэн нөлөө үзүүлдэг. Энэ нь давсны уусмалын pH түвшнийг 3.8-с 4.5 хүртэл бууруулж, энэ нь хэвийн нөхцөл байдалд байх шиг коррозийн хурдыг гурван дахин нэмэгдүүлдэг. Талбайн өгөгдлүүд нь H2S-ийн түвшин 0.05 psi-с дээш өссөн бүрэнд хүхрийн агууламжтай хагалгааны трещин үүсэхээс сэргийлэхийн тулд онцгой хайлшийг ашиглах шаардлагатайг харуулж байна.

Хүчилтөрөгчийн хлоридын төрлийн усны хөндийн коррозийн трещин үүсэхэд оролцох үүрэг

Кальцийн хлоридын давсны уусмал (Cl-ийн агууламж 50,000–300,000 ppm хооронд байх) коррозийг хурдасруулах гурван механизмд оролцдог:

Механизм	Анх амын үзүүлэлт
Хлорид ион нэвтэрч байгаа	Исэлдүүлэгч бүрэн бүтэн байдал хорогдуулж байгаа
Цахилгаан химийн концентрацийн эс	Орон нутгийн цооролт үүсгэж байгаа
Устөрөгчийн эмх цэгцгүй байдал	Гангийн хувьд 40-60% хүртэл нь бууруулна

Энэ хослол нь API 5CT L80 арматурын хувьд уян хатан байдлын эхний цэгийг 80%-аас 50% хүртэл бууруулна

Үндсэн орчин үзүүлэлтүүд: давст ус, CO⁻, H⁻S нэрээр танигдана

Идэвхжүүлэгч нөлөөний хурдатгал:

• Салинити : 200,000 ppm NaCl нь цэвэр усын харьцуулбал дамжуулалтыг 5 дахин нэмэгдүүлнэ
• CO⁻ : 30 psi-с дээш хэсгийн даралт нь идэвхжүүлэгч нөлөөг 3 дахин ихэсгэнэ
• H⁻S : 50 ppm концентрац нь NACE MR0175 стандартын заалтыг 70% хүртэл бууруулна

Талбайн өгөгдлүүд эдгээр нөхцлүүд нь давст бүтээгдэхүүн бүхий эрдэнэсийн хувьд арматурын үйлчилгээний хугацааг 20 жилээс 3-5 жил хүртэл бууруулж байна

Цайрхай агуулсан нөхцөл дэх устөрөгчийн хрупкость ба хүчлэг коррозийн задрал

Ган устөрөгч шингээхэд энэ нь ерөнхийдөө дөрвөн үндсэн алхамаар явагдана. Нэгдүгээрт, эерэг цэнэгтэй устөрөгчийн ионууд катодын гадаргууд ангижрах явцад буурах болно. Дараа нь металлын бөөмийн хил дээр нэвтрэх чадвартай атомын устөрөгч бий болно. Хэрэв ажиллагааны хүч нь ойролцоогоор 55 ksi-аас давах бол устөрөгчийн атомууд нэгтгэгдэх tendенци үзүүлнэ. Эцэст нь устөрөгчийн атомаар баялаг бөөмийн хилүүд дагууд жижиг трещинууд үүсэж эхэлнэ. Энэ нь материалтай ямар чанарын хувьд холбоотой вэ? Ямар ч хэлэх, хугалах тэсвэр нь асар их буурна - эхлээд 90 MPa√m-ээс хэтэрхий хурдлан хөргөсөн ба температуржүүлсэн ган дээр 30 MPa√m-ээс бага болтлоо буурна. Үр дүнд нь устөрөгч рүү анхны өртөлтийн дараа зургаан сарын дотор арван найман сарын хугацаанд хрупкость задралыг ихэвчлэн ажигладаг. Инженерүүд устөрөгч агуулсан орчинтой ажиллахдаа энэ задралын хугацааны мэдээлэл маш чухал байдаг.

Нефтийн колонн хоолойд зориулсан коррозийн эсэргүүцэх чадвартай материалын талаар

3Cr хаван нийлмэл бага хайлш: давст орчинд бүрэлдэхүүн болон гүйцэтгэл

Гурван хувийн хромтой бага хайлш нь дунд зэрэг корроз өгдөг тосны ордны хувьд эдийн засгийн хувьд тохиромжтой сонголт болдог. Энэ ган нь гадаргуугийн хам зах нь 3% хром агуулсан бөгөөд хамгаалалтын оксид давхаргыг үүсгэдэг. Энэ давхарга нь зах зээл дээр байгаа ердийн нүүрстөрөгчийн гангуудтай харьцуулахад нүүрсхүчлийн хийн урвалын коррозийг ойролцоогоор 60% бууруулдаг. Кальцийн хлорид ихтэй далайн усанд (нийт ууссан бодисын хэмжээ 150,000 миллионд нэг хэсэг) хийсэн туршилтаар жилд 2 милион хэсэгтэй тэнцэхүйц коррозийн хурд илэрсэн бөгөөд энэ нь температур 120 градус Цельсийн хүртэл ч байсан. Эдгээр үр дүнгүүд нь ижил нөхцөлд түгээмэл ашигладаг J55 болон N80 гангуудыг давж байгаа бөгөөд материалын хүчний хязгаар нь квадрат инч дээр 90 мянган фунт орчим байжээ.

Зэвэрдэггүй ган: далайн цэвэр болон их давст нүхтэй нөхцөлд ашиглахын тулд давхар болон давхар давхар ган

Дуплекс зэс ихтэй хромт айлдас 22-25 хувь хром агуулж байгаа бол молибдены 3-5 хувийн хэмжээ нь хлоридын эсэргүүцэлд маш сайн байдалд нөлөөлж байна. Энэ нь 50,000 миллионд нэг хэсэг хүртэлх концентрацитай үед ч механик шинж чанарыг сайн хадгалж 100-120 ksi хүртэлх орцны бат бөх байдлыг хангаж чаддаг. Тухайлбал, UNS S32750 гэх мэт супер дуплекс төрлүүд нь хүчилтөрөгчийн хүчилтөрөгчтэй далайн тосны цоон худагт температур 250 хэм хүртэл хүрэх нөхцөлд ажиллах үед найдвартай байдлыг нотолсон байдаг. Мексикын булд явуулсан талбайн туршилтууд ч мөн амжилттай үр дүнг харуулсан. Хлоридын түвшин 300,000 ppm-с дээш хүрдэг далайн эрдсийн бассейнүүдэд дуплекс зэсэн цилиндр ашигласнаар 5 жилийн хугацаанд 13Cr мартенситийн зэсний альтернатив шийдэлтэй харьцуулахад үйлчилгээний шаардлагыг ойролцоогоор хагас бууруулж чадсэн байна.

Цинктэй хайлш: Inconel болон Hastelloy HPHT болон хүчиллэг нөхцөлд

Температур 150 хэмээс дээш хүрч, устөрөгчийн сульфидын хэмжээ ойролцоогоор 15% байх маш хатуу нөхцөлд никель хайлш Inconel 625 (никель, хром, молибден агуулсан) зэрэг тодорхой хайлшлууд нь тогтвортой пассив бүрхүүл нь хүчилтөрөгчийн урвалыг дарж чаддаг тул жилд 0.1 милийн хурдтай коррозийн хурдтай байдаг. Нөгөө нэг сонголт бол молибдений агууламж нь 15-17% хүртэлх хэмжээтэй матрикс бүхий Hastelloy C-276 юм. Энэ найрлага нь хлорид ионуудын сая талыг агуулсан давсны уусмалд орсон ч пүршний коррозийг тэмцэхэд тусалдаг. Эдгээр тусгай хайлшлууд нь ижил зориулалтаар хэрэглэх стандарт зэс төрлийн гангуудын 8-12 дахин үнэтэй байдаг боловч геотермал энергийн төслүүд, гүн зөрхөн хийн цоон худаг зэрэг хүнд нөхцөлд 25 жилээс дээш хугацаагаар үргэлжилдэг. Урт нас нь тэдгээрийг анхны хөрөнгө оруулалт өндөр байсан ч эдийн засгийн хувьд боломжтой болгодог. Учир нь тэд засварын асуудалтай холбоотой ажлын зогсолтыг ихэд бууруулдаг.

Хурдны харьцуулалт ба хурдны тэсвийн OCTG-ийн бодит ашиглах боломжууд

Тохиолдолд судалгаа: 3Cr ган ба цахлайт ган их давс агуулсан талбайд

Пермийн хөндийд хийсэн туршилтаас 3Cr гангаар хийсэн тосны колоннууд нь ердийн нүүрстөрөгчийн ган хоолойнуудтай харьцуулахад хлоридын түвшин маш их (ойролцоогоор 90,000 ppm) байх үед гурван жилийн турш дунджаар 62% илүү хурд тэсвийг бууруулж байгааг харуулжээ. Бахрины оффшор эрдэнэсийн цоонхонд арванхэсэгт цахлайт гангаар хийсэн тохиолдолд илүү сайн үр дүнг ажигласан. Ууссан бодисын төвшин ойролцоогоор 120,000 ppm байх энэ хатуу нөхцөлд таван жил өнгөрсөн ч хоолойн ханын зузааны хэмжээний алдагдал үл мэдэгдэв. Энэ үр дүнгээр олон инженерүүд урьд өмнө хэлж байсан зүйл батлагдаж байна - эдгээр тусгай материалууд давсны бөмбөлөгт ойрхон байршсан хэсэгт тосны улсын хоолойн бүтээгдэхүүнүүд нь 18-24 сарын дотор хугацаа нь дуусдаг байна.

Никелийн хайлшийн талбайн үзүүлэлт маш хатуу тосны ордны нөхцөлд

Хүхрийн хий ба нүүрсхүчлийн хий хоёуланд нь 15%-ийн тухайн даралттай нөхцөлд өндөр даралт, өндөр температуртай цоонхонд ажиллах бол хөнгөн цагааны найрлагат металл бүх бусад материалыг давж гарч ирдэг. Мексик орчмын түвшний туршилтын үр дүн нь жилд 0.02 мм-ээс бага коррозийн хурд харуулсан бөгөөд энэ нь энэ хатуу нөхцөл байдалд амжилт юм. 2023 оны өгөгдлээс харвал судлаачид 40 ширхэг хүчиллэг хийн цоонхыг судалж дараах дүгнэлтэнд хүрсэн. Хөнгөн цагаан-хром-молибден найрлагат гангаар хийсэн цоонхны амьдрал нь 94%-ийн амьдрах магадлалтайгаар дунджаар 8 жил өдөр болж байгаа бөгөөд энэ нь ижил нөхцөлд ашигласан дуплекс гангаас гурван дахин урт юм. Тиймээс ч эдгээр хөнгөн цагааны найрлагат металл нь маш хатуу нөхцөл байдалтай газруудад ашиглахад онцгой сонголт болоод байна. Бидний яриж буй газрууд нь температур 350 градус Фаренгейтээс дээш, даралт нь квадрат инч дээр 15,000 паунд буюу түүнээс дээш байдаг.

Зардал vs. Ашиглалтын хугацаа: Дагалдах эдийн засгийн солилцоо

Никел хайлш нь анхны үнээрээ 3Cr гангаас дөрөвсөөс зургаан дахин үнэтэй байдаг ч, Кувейтын Сабриягийн цэг дээрх талбайн операторууд 10 жилийн дотор нийт зардал 23%-иар буурсан байна. Учир нь тэдэнд засварын ажил бага хийх шаардлагатай байжээ. Тоон мэдээг сайн судалбал сонирхолтой зүйл харж болно. Дунд зэрэг давс агуулсан (хлоридын агууламж нь миллион тутамд 50,000 буюу түүнээс бага) эрдэнэсийг долоон жилээс илүү үргэлжлүүлэх таамаггүй бол 3Cr ган нь эдийн засгийн хувьд хэвээрээ ашигтай байна. Гэсэн хэдий ч, тэнгис рүү орох тутам хлоридын нөлөөлөл их болж, үйл ажиллагааг 15 жил эсвэл түүнээс дээш хугацаанд ажиллуулах шаардлагатай болдог. Ийм үед хоёр давхар цэвэр нержавеющий гангаар хийсэн сонор бодитой сайн хувилбар болон харагдаж эхэлдэг. Тухайн орчинд хөрөнгө оруулалтын өгөөж илүү сайн байдаг юм.

Шүлсэн орчинд тос бүрэх ган цооногийн сонголтын шалгуур

Коррозийн эсэргүүцэл, механик хүч, зардлыг тэнцвэржүүлэх

Давс ихтэй орчинд нефтийн хоолойд материалыг сонгох нь бүхэлд нь системийн бодлого шаарддаг. Олон улсын даралтанд ажиллах сав баглаа боодол энэ сэтгүүлд 2025 онд гурван янзын титан хайлшийг судалсан байдаг. Энэ бол маш нарийн шийдвэр гаргах матрицыг ашиглан юу нь хамгийн сайн ажиллахыг тогтоожээ. Механик бат бөх чанар нь тэгшитгэлийн тал нь бөгөөд дараа нь коррозид тэсвэртэй чанар 30%, зардал 20% эзэлдэг. Хэрэв уг нөхцөлдөө нүүрстөрөгчийн гангаар сонгож бол компанийн тулгарч буй хүнд шийдвэр нь тэдгээрийн шаардлагатай шинж чанар, тэдгээрийг үнэндээ хэрэгтэй болгох, цаашид хэрхэн барьж тогтоож чадах вэ?

Тооцооллын стандарт	3Cr Ган	Дуплекс цутгалт ган	Никельний холбогчид
Хэт зэвэрдэггүй	Дунд шатны	Их	Эрчимтэй
Гарцын хүч (MPa)	550–750	700–1,000	600–1,200
Материалын үнийн индекс	1.0	3.5–4.5	8.0–12.0

Коррозид тэсвэртэй OCTG-ийн салбарын стандарт, сертификатжуулалт

NACE MR0175/ISO 15156 стандартыг мөрдөх нь зөвхөн зөвлөгдөх зүйл биш, хүхрийн устөрөгч агуулсан орчинд ажиллах үед заавал мөрдөх ёстой юм. Тус стандартын шаардлагын дагуу цементийн хоолойнууд нь 120 хэм хүртэлх температуртай байсан ч хлоридын 15% концентраци хүртэлх тэсвийг үзүүлэх ёстой. Материалын сонголт хийхийг хүсэж буй үйл эксплуатацийн ажилтануудын хувьд тодорхой зэрэглэлүүдийг авч үзэх нь зүйтэй. API 5CT Grade L80-13Cr нь нүүрсхүчлийн хийгээр давамгайлсан нөхцөлд сайн ажилладаг бол C110 нь их H2S агуулсан орчинд илүү тохиромжтой. Эдгээр материалын гүн шахуугийн давс ихтэй нөхцөлд үнэн зөв гэдгийг гуравдагч талын коррозийн туршилтын дүнгээр баталсан байдаг. Хамгийн туршлагатай инженерүүд энэ төрлийн баталгаатай сонголтыг хийснээр гүн уурхайн гэмтлийг урьдчилан сэргийлэх боломжийг олгодог гэдгийг хэлж өгнө.

Нефтийн цементийн хоолойд нэмэлт коррозийн хамгаалалтын стратеги

CO¬âƒ’-ийн баян, давст өндөр орчинд хэрэглэх коррозийг удаашруулагч бодисууд

CO2 ба H2S агуулсан өндөр давсны тосны ордод тусгай химийн ингибиторууд нь коррозийн хурдыг 60-оос 80 хувь хүртэл бууруулж чаддаг. Эдгээр бүтээгдэхүүнүүд нь тосны хоолойн доторх хам захын давхаргыг үүсгэх замаар хүчиллэг нэгдлүүдийг саармагжуулж, тоног төхөөрөмжийг ихэвчлэн гэмтээдэг устөрөгч эмх цэгцгүйжилтийг урьдчилан сэргийлдэг. Сүүлийн үеийн талбайн шинжилгээнүүд ч гэсэн маш сайн үр дүнг харуулж байна. Кальцийн хлоридын баян уусмал дээр амин бүлгийн ингибиторуудыг ашиглан зохистой pH удирдлагын аргуудтай хамт ашигласнаар үйл эксплуатацийн үед гэмтэл сэргийлэхэд 92% үр дүнтэй байжээ. Ийм төрлийн үр ашиг нь хатуу нөхцөл байдалд ажилладаг тоног төхөөрөмжийн засварын зардал, амьдралын хугацаанд томоохон ялгааг бий болгодог.

Хоолойн амьдралыг сунгахын тулд хам захын давхарга ба тулгуур хана

TSA давхраа нь эпоксид нано найрмал давхраатай хамтдаа давсны усыг нэвтрүүлдэггүй хэд хэдэн хамгаалалтын давхар бүрдүүлдэг. Графенийг эпоксид давхраанд нэмснээр коррозийн хурд хэвийн ган гадаргуутай харьцуулахад 10,000 дахин буурдаг байна. Цооног доторх тоног төхөөрөмжүүдийн хувьд эдгээр онцгой шамот металлын гибрид материалыг хоолой доторх эрчимтэй урсах шингэний даралт үүсгэх үед ч 350 хэм хүртэлх температурыг тэсэн зохицох чадвартай байдаг.

Integrated Material-Inhibitor Systems for Offshore and HPHT Wells

3Cr ган хавтанг нэрлэгдэх анодын давхаргатай болон зуурамтгай ингибиторын бөмбөлгүүдтэй хамт ашиглавал далайн доод эрвээхэйн ажиллах хугацаа нь 12-15 жил болон уртасна. Тэд хоёр шархлаа тэсвэлт бүхий гангуудыг ашиглан автомат ингибитор тарих системтэй хамт ашигласан Төвдийн далайн жишээн дээр түлхүү анхаарна уу. Тэр H2S-аар ханасан агуулахууд (50,000 ppm-с дээш) байрлаж байсан 8 жилийн дараа ч цоонжны гэмтэл бүрэн байхгүй байв. Дүгнэлт нь: энэ хослол нь никель хайлш ашигласан тохиолдолтой харьцуулахад нийт эзэмшилтийн зардлыг 35% хэмжээгээр бууруулдаг тул ажиллагаагаа санхүүгийн хүрээндээ тэнцвэржүүлэхийг хүсч буй үйлдүүлэгчдэд илүү сайн сонголт болдог.

НӨАТ-ын хэсэг

Өндөр давстой тосны ордных дэлгүүрт коррозийн гол механизмууд юу вэ?

Үндсэн идэвхжүүлэгч механизмүүд нь устөрөгчийн хүлсийг агуулсан хүчиллэг идэвхжүүлэлт, нүүрстөрөгчийн давхар оксидыг агуулсан амтлаг идэвхжүүлэлтийг хамруулна. Өндөр давсны агууламжтай усанд агуулагдах хлорид ионууд нь төвөрхөн хонхрууд болон устөрөгчийн эмх замбараагүй байдлыг үүсгэхэд нөлөөлдөг.

Өндөр давсны агууламжтай нөхцөл нь нефтийн хоолойн ажиллах хугацаанд ямар нөлөө үзүүлэх вэ?

Өндөр давсны агууламжтай нөхцөл нь идэвхжүүлэлтийн хурдыг нэмэгдүүлж, хоолойн ажиллах хугацааг хамгийн багадаа 3-5 жил байхад илүү бага идэвхтэй орчинд 20 жил ажилладаг байна.

Нефтийн орчинд идэвхжүүлэлтэнд тэсвэхтэй материалыг ямар материалыг санал болгох вэ?

3Cr бага хайлшлагдсан ган, давхар болон давхар давхар аустеник ган, Inconel болон Hastelloy зэрэг никельд суурилсан хайлшуудыг нефтийн орчинд идэвхжүүлэлтэнд тэсвэх чадвартай тул санал болгодог.

Дунд зэрэг идэвхжүүлэлттэй орчинд нефтийн хоолойн хувьд зардал хэмнэлттэй сонголтууд байгаа юу?

Тийм, 3Cr ган нь дунд зэргийн коррозийн орчинд үр ашигтай, зардлыг харьцуулахад тохиромжтой шийдэл санал болгодог.