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隔膜压力表:预防性的维护和腐蚀缓解计划

返回列表发布日期:2019-07-19 09:05:57    |    


      隔膜压力表在北美现代非常规油田的油气井完井中起着至关重要的作用。每个隔膜压力表的可靠性和可预测性对于继续提供安全,经济的完井支持至关重要。然而,现场腐蚀仍然是一个挑战,要适当减轻,必须采用周到,预防性的维护和腐蚀缓解计划。这将使得隔膜压力表能够继续成为传统和非常规油气井完井的首选解决方案。
什么是隔膜压力表?
      隔膜压力表是一种连续生产的钢管长度,主要用于油气井的干预(维修/修井),并在大型卷筒上运输。Skelp端部焊缝在形成管之前连接较短长度的扁钢,并使用高频感应焊接工艺纵向焊接。通常,连续铣管(称为线)的长度直径从1到3.5英寸不等,长度从5,000到35,000英尺不等,标称壁厚可达0.250英寸。隔膜压力表的极限抗拉强度范围为80,000至140,000 psi。通过使管子从卷轴上塑性变形而在井下部署隔膜压力表,并通过卷回到卷轴上来恢复。每次部署时,它都会发生塑性变形,如果管理不当,会累积疲劳并最终导致失败。隔膜压力表的使用寿命取决于其低循环疲劳寿命。
 
隔膜压力表维护的重要性
      在过去六年的页岩(非常规)演变过程中,隔膜压力表的使用量和强度都显着增加。这种利用的发展要求隔膜压力表的操作者和制造商越来越警惕,采取预防措施以减少井场失效的可能性。隔膜压力表的这种故障会导致健康,安全和环境损害。关键的价值可以从隔膜压力表柱本身到更多。
典型的故障模式
      已经采取了大量的努力来理解钢隔膜压力表的低周疲劳寿命; 然而,腐蚀形式的局部降解在管柱内产生隔离的壁损失。虽然已经进行了额外的努力来理解各种损坏和腐蚀类型的残余疲劳寿命,但是检测大约20,000英尺长的管柱的内部和/或外径上的隔离区域是一个繁重的挑战。
      局部腐蚀损坏是隔膜压力表工业中过早失效的主要原因之一(相对于预测的疲劳寿命)。腐蚀导致大约30%的过早退休和失败。防腐蚀对于隔膜压力表的可预测性至关重要。腐蚀失效的方式从储存腐蚀到酸损害到微生物影响的腐蚀(MIC)变化。MIC中的最后一个仍然是北美运营商面临的最大挑战。
了解腐蚀和MIC
      金属(钢)结构的腐蚀发生在许多工业环境中。内部腐蚀尤其可能具有不同的机制和速率,这取决于工作流体中溶解氧的可用性。通常通过环境是需氧还是厌氧来调节速率,但是任何一种方式都是造成均匀腐蚀的原因。然而,微生物种群的积累以及均匀腐蚀导致局部点蚀,其可迅速生长并在管中引起针孔。图1描述了由于基础材料和skelp端部焊缝内的MIC型腐蚀电池可能发生的局部腐蚀损坏。
      当连续油管在作业之间时,可以通过氮气吹扫除去流体,但是残留的流体排出到最低的包裹物。由于氧气很低,厌氧细菌如硫酸盐还原菌(SRB)在钢表面形成生物膜,导致MIC和局部点腐蚀。从腐蚀管获得的流体的生物分析已经鉴定了十二种不同类型的细菌群。
      此外,来自卷取的隔膜压力表中的残余应力接近材料的屈服强度。已经确定,施加的应力会增强钢的腐蚀。此外,由于局部微观结构的不均匀性,在偏置焊缝处可能优先发生腐蚀。因此,如果在焊缝处发生MIC引起的点腐蚀,则凹坑将更快地生长。而且,MIC不一定与焊接区相关联。许多腐蚀相关的故障中存在腐蚀轨迹和基础钢中的局部点蚀。
图2.生物膜形成后,MIC可以迅速攻击更大的表面区域。
MIC基础知识
      MIC是由于环境中各种微生物的代谢活动导致的金属劣化。MIC不是一种新的腐蚀机制,而是整合了微生物在腐蚀过程中的作用。通常,微生物倾向于将它们自身附着到金属表面,定殖,增殖和形成生物膜,其在生物膜/金属界面处产生环境,在pH,溶解氧和溶液化学方面与本体介质完全不同。由于生物膜的不均匀性,腐蚀可能局部地开始,通常以点腐蚀的形式出现,如图2所示。即使在金属部件的整个表面上发生腐蚀,生物膜下的腐蚀速率也会是比其他地区快得多。从而,
      支持MIC的环境必须包含水。此外,微生物生长需要被氧化以释放电子的电子供体(例如铁或有机物质),被电子受体减少以消耗电子(例如氧气,SO42-和NO3-),能量(例如光或化学物质) )和碳源(如有机物质)。影响微生物种群增长的环境因素包括温度(通常低于90 o C),压力(上限变化),水pH(不太酸性和不太碱性),盐度(小于7%(重量))和一定范围的氧化还原电位。
      MIC没有单一的机制。MIC过程在很大程度上取决于微生物的类型和环境条件。此外,MIC检测没有单一的有效方法。MIC识别通常基于综合测试程序,该程序集成了生物测试,水化学分析,腐蚀形态观察和腐蚀产物表征。
图3.聚氨酯球可用于将大部分流体推出管柱,并且刷猪可用于机械清洁表面并在化学处理之前使生物膜破裂。
目前的完整性维护实践
      隔膜压力表完整性维护一直是行业中的优先考虑因素,但由于环境不同,因地区而异。酸刺激,连续使用,海上应用和长期储存需要不同的治疗方案。然而,大部分故障仍然归因于腐蚀。此外,目前处理井液的做法在服务公司和石油公司中差异很大,并且通常它们对现场故障反应而不是主动。
      通常,该行业强调使用批量处理,因为流体到达现场或在操作期间连续处理。然而,流体的一致性以及罐和油罐车的清洁度通常是不可靠的,治疗用化学品的可用性也是如此。因此,难以监测或维持全面治疗方案。此外,工作后线圈维护是服务公司的唯一责任,并不是石油公司的优先事项。工作结束时的重点是进入下一个完成操作; 因此,除了管理资源以在现场适当地捕获线圈维持流体或猪之外,还难以管理猪和泵抑制剂或杀生物剂的额外时间。
      严格的治疗计划的实施有助于减少某些地区的腐蚀相关故障。然而,局部腐蚀性攻击仍然是该领域一些不可预测的失败的原因。因此,需要更系统和稳健的方法来最小化现场的过早腐蚀失效。
图4.生物膜可以保护细菌细胞免受流体流动的影响,从而使钢微观结构迅速恶化。
MIC控制和预防性维护的建议
      存在多种用于处理MIC的选项,其需要针对性能,实用性和成本进行评估。单一腐蚀相关故障的成本远远超过初始治疗成本。因此,开发适当且有效的化学处理程序至关重要,该程序始终如一地为实际的工作流体,特别是工作之间部署高性能的防腐和抗菌产品。
      化学抑制剂的抗腐蚀和抗降解性能应该高度兼容。一些杀菌剂和抑制剂不相容并且可以抵消有效性,因此兼容性是至关重要的。此外,不应低估定期“清管”对管道脱水和除垢的重要性。即使是空闲使用期间的短时间也应该解决,以尽量减少规模发展。图3显示了可用于将大部分流体推出管柱的聚氨酯球,并且刷猪可用于在化学处理之前机械清洁表面并使生物膜破裂。
治疗方案包括:
      使用泡沫球和氮气频繁地管清洗处理过的流体,以确保严格去除所有流体,然后抑制潜在的剩余流体。
      机械清洁,通过刷式猪,然后使用化学相容的杀菌剂和抑制剂以及氮气吹扫对表面进行除垢。
      内表面酸洗,然后是抑制剂段塞和氮气吹扫。对于此选项,确定适当的壁损失疲劳降额因数至关重要。
      此外,建议选择有助于或证明具有优异耐腐蚀性的材料和特定产品。淬火和回火的隔膜压力表显着改善了微观结构的均匀性,以抵抗对skelp端部焊缝的这种细菌侵袭。
      总之,存在与用于隔膜压力表操作的流体的化学处理和设施的成功长期保存相关的显着知识差距。这一差距给运营商的关键基础设施发展及其数百万美元的投资带来了高风险。结合优化的隔膜压力表产品采用周到的预防性维护和腐蚀缓解措施对于非常规资源盆地的隔膜压力表的长期可靠性至关重要。
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