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          隔膜壓力表:預防性的維護和腐蝕緩解計劃

          返回列表發布日期:2019-07-19 09:05:57    |    


                隔膜壓力表在北美現代非常規油田的油氣井完井中起著至關重要的作用。每個隔膜壓力表的可靠性和可預測性對于繼續提供安全,經濟的完井支持至關重要。然而,現場腐蝕仍然是一個挑戰,要適當減輕,必須采用周到,預防性的維護和腐蝕緩解計劃。這將使得隔膜壓力表能夠繼續成為傳統和非常規油氣井完井的首選解決方案。
          什么是隔膜壓力表?
                隔膜壓力表是一種連續生產的鋼管長度,主要用于油氣井的干預(維修/修井),并在大型卷筒上運輸。Skelp端部焊縫在形成管之前連接較短長度的扁鋼,并使用高頻感應焊接工藝縱向焊接。通常,連續銑管(稱為線)的長度直徑從1到3.5英寸不等,長度從5,000到35,000英尺不等,標稱壁厚可達0.250英寸。隔膜壓力表的極限抗拉強度范圍為80,000至140,000 psi。通過使管子從卷軸上塑性變形而在井下部署隔膜壓力表,并通過卷回到卷軸上來恢復。每次部署時,它都會發生塑性變形,如果管理不當,會累積疲勞并最終導致失敗。隔膜壓力表的使用壽命取決于其低循環疲勞壽命。
           
          隔膜壓力表維護的重要性
                在過去六年的頁巖(非常規)演變過程中,隔膜壓力表的使用量和強度都顯著增加。這種利用的發展要求隔膜壓力表的操作者和制造商越來越警惕,采取預防措施以減少井場失效的可能性。隔膜壓力表的這種故障會導致健康,安全和環境損害。關鍵的價值可以從隔膜壓力表柱本身到更多。
          典型的故障模式
                已經采取了大量的努力來理解鋼隔膜壓力表的低周疲勞壽命; 然而,腐蝕形式的局部降解在管柱內產生隔離的壁損失。雖然已經進行了額外的努力來理解各種損壞和腐蝕類型的殘余疲勞壽命,但是檢測大約20,000英尺長的管柱的內部和/或外徑上的隔離區域是一個繁重的挑戰。
                局部腐蝕損壞是隔膜壓力表工業中過早失效的主要原因之一(相對于預測的疲勞壽命)。腐蝕導致大約30%的過早退休和失敗。防腐蝕對于隔膜壓力表的可預測性至關重要。腐蝕失效的方式從儲存腐蝕到酸損害到微生物影響的腐蝕(MIC)變化。MIC中的最后一個仍然是北美運營商面臨的最大挑戰。
          了解腐蝕和MIC
                金屬(鋼)結構的腐蝕發生在許多工業環境中。內部腐蝕尤其可能具有不同的機制和速率,這取決于工作流體中溶解氧的可用性。通常通過環境是需氧還是厭氧來調節速率,但是任何一種方式都是造成均勻腐蝕的原因。然而,微生物種群的積累以及均勻腐蝕導致局部點蝕,其可迅速生長并在管中引起針孔。圖1描述了由于基礎材料和skelp端部焊縫內的MIC型腐蝕電池可能發生的局部腐蝕損壞。
                當連續油管在作業之間時,可以通過氮氣吹掃除去流體,但是殘留的流體排出到最低的包裹物。由于氧氣很低,厭氧細菌如硫酸鹽還原菌(SRB)在鋼表面形成生物膜,導致MIC和局部點腐蝕。從腐蝕管獲得的流體的生物分析已經鑒定了十二種不同類型的細菌群。
                此外,來自卷取的隔膜壓力表中的殘余應力接近材料的屈服強度。已經確定,施加的應力會增強鋼的腐蝕。此外,由于局部微觀結構的不均勻性,在偏置焊縫處可能優先發生腐蝕。因此,如果在焊縫處發生MIC引起的點腐蝕,則凹坑將更快地生長。而且,MIC不一定與焊接區相關聯。許多腐蝕相關的故障中存在腐蝕軌跡和基礎鋼中的局部點蝕。
          圖2.生物膜形成后,MIC可以迅速攻擊更大的表面區域。
          MIC基礎知識
                MIC是由于環境中各種微生物的代謝活動導致的金屬劣化。MIC不是一種新的腐蝕機制,而是整合了微生物在腐蝕過程中的作用。通常,微生物傾向于將它們自身附著到金屬表面,定殖,增殖和形成生物膜,其在生物膜/金屬界面處產生環境,在pH,溶解氧和溶液化學方面與本體介質完全不同。由于生物膜的不均勻性,腐蝕可能局部地開始,通常以點腐蝕的形式出現,如圖2所示。即使在金屬部件的整個表面上發生腐蝕,生物膜下的腐蝕速率也會是比其他地區快得多。從而,
                支持MIC的環境必須包含水。此外,微生物生長需要被氧化以釋放電子的電子供體(例如鐵或有機物質),被電子受體減少以消耗電子(例如氧氣,SO42-和NO3-),能量(例如光或化學物質) )和碳源(如有機物質)。影響微生物種群增長的環境因素包括溫度(通常低于90 o C),壓力(上限變化),水pH(不太酸性和不太堿性),鹽度(小于7%(重量))和一定范圍的氧化還原電位。
                MIC沒有單一的機制。MIC過程在很大程度上取決于微生物的類型和環境條件。此外,MIC檢測沒有單一的有效方法。MIC識別通?;诰C合測試程序,該程序集成了生物測試,水化學分析,腐蝕形態觀察和腐蝕產物表征。
          圖3.聚氨酯球可用于將大部分流體推出管柱,并且刷豬可用于機械清潔表面并在化學處理之前使生物膜破裂。
          目前的完整性維護實踐
                隔膜壓力表完整性維護一直是行業中的優先考慮因素,但由于環境不同,因地區而異。酸刺激,連續使用,海上應用和長期儲存需要不同的治療方案。然而,大部分故障仍然歸因于腐蝕。此外,目前處理井液的做法在服務公司和石油公司中差異很大,并且通常它們對現場故障反應而不是主動。
                通常,該行業強調使用批量處理,因為流體到達現場或在操作期間連續處理。然而,流體的一致性以及罐和油罐車的清潔度通常是不可靠的,治療用化學品的可用性也是如此。因此,難以監測或維持全面治療方案。此外,工作后線圈維護是服務公司的唯一責任,并不是石油公司的優先事項。工作結束時的重點是進入下一個完成操作; 因此,除了管理資源以在現場適當地捕獲線圈維持流體或豬之外,還難以管理豬和泵抑制劑或殺生物劑的額外時間。
                嚴格的治療計劃的實施有助于減少某些地區的腐蝕相關故障。然而,局部腐蝕性攻擊仍然是該領域一些不可預測的失敗的原因。因此,需要更系統和穩健的方法來最小化現場的過早腐蝕失效。
          圖4.生物膜可以保護細菌細胞免受流體流動的影響,從而使鋼微觀結構迅速惡化。
          MIC控制和預防性維護的建議
                存在多種用于處理MIC的選項,其需要針對性能,實用性和成本進行評估。單一腐蝕相關故障的成本遠遠超過初始治療成本。因此,開發適當且有效的化學處理程序至關重要,該程序始終如一地為實際的工作流體,特別是工作之間部署高性能的防腐和抗菌產品。
                化學抑制劑的抗腐蝕和抗降解性能應該高度兼容。一些殺菌劑和抑制劑不相容并且可以抵消有效性,因此兼容性是至關重要的。此外,不應低估定期“清管”對管道脫水和除垢的重要性。即使是空閑使用期間的短時間也應該解決,以盡量減少規模發展。圖3顯示了可用于將大部分流體推出管柱的聚氨酯球,并且刷豬可用于在化學處理之前機械清潔表面并使生物膜破裂。
          治療方案包括:
                使用泡沫球和氮氣頻繁地管清洗處理過的流體,以確保嚴格去除所有流體,然后抑制潛在的剩余流體。
                機械清潔,通過刷式豬,然后使用化學相容的殺菌劑和抑制劑以及氮氣吹掃對表面進行除垢。
                內表面酸洗,然后是抑制劑段塞和氮氣吹掃。對于此選項,確定適當的壁損失疲勞降額因數至關重要。
                此外,建議選擇有助于或證明具有優異耐腐蝕性的材料和特定產品。淬火和回火的隔膜壓力表顯著改善了微觀結構的均勻性,以抵抗對skelp端部焊縫的這種細菌侵襲。
                總之,存在與用于隔膜壓力表操作的流體的化學處理和設施的成功長期保存相關的顯著知識差距。這一差距給運營商的關鍵基礎設施發展及其數百萬美元的投資帶來了高風險。結合優化的隔膜壓力表產品采用周到的預防性維護和腐蝕緩解措施對于非常規資源盆地的隔膜壓力表的長期可靠性至關重要。
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