講解南海某油田油管腐蝕的失效分析

該失效油管位于中國南海，該油井在1997年曾發生過多個管柱腐蝕穿孔，經過失效分析與一些腐蝕控制手段，已有十余年未再發生管柱腐蝕穿孔，但隨著該油田進入開發后期，進入特高含水采油期，平臺生產水管線多次發生腐蝕泄漏，嚴重威脅油田安全生產。

碳鋼油管廣泛應用于油氣井生產中，而油管管體處發生內壁腐蝕穿孔的事件時有發生。為了更好針對目標研究對象的失效分析，對國內外相關案例進行調研分析，大量的失效案例表明，碳鋼油管管體腐蝕失效主要有以下原因：高礦化度腐蝕介質;二氧化碳及硫化氫氣體;微觀組織結構的不均勻性;基體表面的非金屬夾雜(硫化物、磷化物、氧化鋁等)等。

1 失效管件宏觀分析

失效管件的材質為碳鋼，圖1是失效管件的宏觀形貌，可以看到管件外表面腐蝕較均勻，不存在局部腐蝕情況，而管件內部腐蝕嚴重，整個內表面幾乎全被腐蝕，形成很多蝕坑，局部腐蝕嚴重但沒有明顯的垢層，可以判斷腐蝕發生在內表面，且不存在垢下腐蝕。

2 失效部位的微觀分析

化學成分分析

針對管件上不規律分布的腐蝕孔洞和壁厚不均勻的情況，對失效管件的腐蝕區域和未腐蝕區域分別取樣并進行化學成分分析，確定腐蝕原因是否為基體材質成分不均。

金屬腐蝕失效是材料和環境共同作用的結果。因此，針對目標失效管件，我們首先從材質角度，分析失效的內因。圖2為失效管件腐蝕區域基材的SEM及能譜分析，表1為對應的能譜分析結果。結果表明，失效管件腐蝕區域基材的元素主要由C、Cr、Fe組成，未發現明顯的P、S等易導致夾雜物的元素存在。

未腐蝕區域樣品EDS結果可以看到，兩個區域的基體材質在元素種類上一致，都只含有C、Mn、Fe，含量幾乎一樣。從而從化學成分這個角度可以排除腐蝕并非由于基體材質分布不均引起的。結果表明該管線化學成分符合API Spec 5CT規定，材質因素不是導致腐蝕失效的原因。

金相組織分析

金相組織觀測可以得知構成金屬管材的微觀組織是否符合規范。因此，我們采用4%硝酸酒精溶液浸蝕，金相結構如圖4所示。結果表明，顯微組織為鐵素體+珠光體。符合API Spec 5CT規定，未見到明顯的晶粒粗大現象。

管材硬度測試

對于管材硬度的測量，實驗使用儀器SEMI -BRINELL HARDNESS TESTER，硬質合金球直徑為2.5mm，試驗力為1000N，試驗力保持時間為10s。測量結果如表3所示，平均硬度為HB213.45MPa。

API標準中對材質硬度并無明確要求。該管材應力范圍符合碳鋼典型應力分布范圍，硬度值適中，不易導致典型的應力腐蝕。