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首页 YouTube 作者：coolfensi 2022年12月04日热度：68 评论：0

时间：2022-12-4 1:52 热度：68°

原副标题：撷取：某灌水渠泵圆孔其原因

摘要:在某灌水渠泵Mauvezin矿井韦尔山工作台操作过程中辨认出其存有圆孔。选用宏观经济检视、成份预估、延展性测试、金相检验、机械性能测试、冲蚀预估、积尘预估及病菌检验、能谱预估、锈蚀演示测试等方法,预估了泵圆孔的其原因。结果显示:泵受到矿井旋转磁场自然环境与转化成水电介质成份的影响,在其外壁逐步形成并粘附了 CaCO3,BaSO4 等垢层,逐步形成了垢下锈蚀自然环境;在 Cl - 、还原成菌的多重作用下,局部性奥波切茨的垢下锈蚀不断激化,最终导致该泵出现了锈蚀圆孔。

关键字:矿井韦尔山;锈蚀圆孔;锈蚀演示测试;垢下锈蚀

中图科同盘属:TG178;TG115.5 历史文献象征码:B 该文序号:1001-4012(2022)09-0066-05

某注水井在进行换管柱作业前日配注量为 1080m 3,大石压力为14.3 MPa,套万萨县8 MPa,日灌水流量为 540 m 3,灌水方式为湖水 + 生产废水混注,韦尔山选用88.9mm(圆柱体)的 N80泵,泵采用的是退火+退火木制品。2020年3月,该井在 Mauvezin韦尔山操作过程中,辨认出矿井广度3341m 处泵存在圆孔现象。为查清该泵出现圆孔的其原因,对该圆孔泵展开化学检验及预估,并为防治先期韦尔山出现类似于问题制订了有效的措施。

1 化学检验

1.1 宏观经济检视

从当晚共拆解泵2根,分别j为1 ,2 , 其中1 泵未辨认出圆孔失灵,为对照样管,坐落于井下广度 3350m 处;2 泵为圆孔失灵管,坐落于井下广度3341m 处,三根泵处于同一灌水坡面。

检视1 ,2 泵壁,辨认出1 泵壁无显著冲蚀及锈蚀瑕疵[1-2],2 泵壁无显著冲蚀,除2处圆孔位置外,泵壁其余表层均未辨认出明显的锈蚀瑕疵,壁圆孔足部凹凸不平(蟹蛛科花1)。

沿轴向对 1 ,2 油管进行纵向解剖,观察其外壁形貌,1 ,2 泵外壁形貌相似,均存有一层冲蚀且外壁多处有显著局部性锈蚀坑,1 泵内壁某些位置虽然未发生穿孔,但局部腐蚀已非常严重,壁厚减少约90%以上[蟹蛛科花2a),2b)]。2 泵圆孔位置的内壁附着物明显,穿孔为局部腐蚀加深所致,附近其他位置也发现多处局部腐蚀坑[蟹蛛科花2c),2d)]。

1.2 成份预估

选用直读光谱仪对1 ,2 泵展开成份预估,结果如表1所示。可见1 ,2 泵的化学成分均满足 API SPEC 5CT—2018 Casing and Tubing 对 N80钢的要求。

1.3 延展性测试

选用 R574型洛氏延展性测试机对1 ,2 泵展开延展性测试,测试位置如图3所示,测试结果如表2 所示,由表 2 可知:1 ,2 油管的硬度未见明显差异。

1.4 金相检验

对1 ,2 泵分别取样,选用 ZEISSObserver A1m 型光学倒置显微镜展开金相检验,可见1 ,2 泵基体组织均为退火索氏体(蟹蛛科花4),其中1 油管存有 B类和 D 类夹杂物,2 泵存有 D 类夹杂物,最大直径为20.37μm(见表3和图5)。

1.5 机械性能测试

选用ZWICKZ600 型双立柱万能材料测试机对1 ,2 泵展开拉伸测试,结果如表4所示,可见1 ,2 泵的屈服强度、抗拉强度及断后伸长率均满足 APISPEC5CT—2018 对 N80钢的要求。

选用 PSW750型摆锤冲击测试机及 CST-50型冲击试样缺口投影仪对1 ,2 泵展开冲击测试, 冲击试样加工尺寸为55mm×10mm×3.3mm(长 ×宽×高),缺口类型为 V 型,刀刃半径为8 mm,测试温度为0 ℃,冲击测试结果如表5所示,可见 1 ,2 泵的冲击性能均满足 APISPEC5CT— 2018对 N80钢的要求。

1.6 冲蚀预估

分别选取1 ,2 泵外壁冲蚀展开成份分析。将试样经石油醚+酒精溶解、除油、过滤、干燥处理后,展开 X射线衍射(XRD)测试,扫描角度2θ 为 3° ~ 80°,采样步宽为 0.02°,波长 λ 为 1.54056nm,预估结果如图6,7所示。

XRD 预估结果表明:1 油管内壁附着物主要为 FeCO3,CaCO3,CaAl2Si2O8,2 油管内壁附着物主要为 FeCO3,CaSO4,CaAl2Si2O8 等,推测 FeCO3 应为内壁腐蚀产物,CaCO3,CaSO4 应为积尘物,而硅铝酸盐类物质的存在应为地层中返砂所致。

1.7 积尘预估及病菌检验

选用 SY/T0600—2009 《油田水结垢趋势预测》中的方法,对该井注入水分别开展 CaCO3, CaSO4,BaSO4,SrSO4 的积尘趋势预估,结果如表6 所示。由表6可知:转化成水存有 CaCO3,CaSO4 结垢趋势,该结果与 XRD预估结果相符。

经检测,水样 pH 为 7.8,采用 SY/T0532— 2012《油田转化成水病菌预估方法绝迹稀释法》中细菌的测试计算方法,得出该水样存有一定量的硫酸盐还原成菌(SRB)、无腐生菌(TGB)与铁病菌(FB), 其中SRB的检出数量为130个/mL。

1.8 能谱预估

选取2 泵外壁某一锈蚀坑展开能谱预估,从内向外依次在泵外壁基体、外壁冲蚀、外壁最外层沉积物展开取点预估,预估位置如图8所示。由能谱预估结果可知:泵基体主要含有 C,O,Mn, Fe等元素;外壁冲蚀主要含有 Fe,C,O,Cl等元素,且 Cl元素含量(质量分数,下同)比较高,会激化锈蚀的出现;外壁最外层沉积物主要含有 Fe,C,O, Si,Al,Ca等元素。

1.9 锈蚀演示测试

为进一步研究转化成水中积尘物对管材锈蚀程度的影响,设计两组锈蚀演示测试,分别定义为 A 组、B组,其中 A 组不加入泵外壁冲蚀,B 组加入 70g外壁冲蚀,测试条件为演示矿井实际使用工况条件,温度为65 ℃,压力为15 MPa,自然环境气体为 N2,流速为1 m/s,测试时间为7d,测试水质为注入水。

挂片试样取自油管管体,分别用 320 号、600 号、800号和1200号砂纸逐级打磨,将试样清洗、除油、冷风吹干后测量其尺寸和质量,再将试样相互绝缘地安装在特制的测试架上,放入高压釜内的锈蚀电介质自然环境中。测试结束后,将试样放入由1L 稀盐酸、20g三氧化二锑及50g氧化亚锡配制的酸洗溶液中剧烈搅拌,直至锈蚀产物被清除。将酸洗后的试样展开冲洗、中和处理,再冲洗、脱水后,用电子天平称其质量,并展开结果计算。

试样平均锈蚀速率 Vcorr 的计算方法为

式中:Vcorr 为平均锈蚀速率;m 为测试前试样质量; mt 为测试后试样质量;S1 为试样的总面积;t为试验时间;ρ为试样材料的密度。最大点蚀速率Vt 的计算方法为

式中:ht 为测试后试样表层最大点蚀广度。

与 A 组试样相比,B 组试样均呈现点蚀特征, 且试样表面的附着物较多。参照 GB/T18590— 2001《金属和合金的锈蚀点蚀评定方法》,选用显微镜检视试样表层点蚀分布情况并计算点蚀密度, 测量点蚀广度,计算锈蚀速率,结果如表7所示。根据标准 Q/HS2064—2011要求中对碳钢材料的腐蚀程度的划分,可知积尘物存有的自然环境下,B组试样的最大点蚀速率均为严重锈蚀。

2 综合预估

在垢下锈蚀自然环境下,氧浓差电池逐步形成,阳离子向富氧区的阴极富集,阴离子(如 Cl - )向贫氧区的阳极富集,Cl - 在锈蚀膜局部性富集并引起点蚀,进而破坏锈蚀膜,从而加速了泵的局部性奥波切茨锈蚀。另外,水质中含有 SRB,垢下自然环境有利于病菌的滋生,微生物锈蚀[6-10]也会激化锈蚀的出现。

3 结论及建议

泵受矿井旋转磁场自然环境与转化成水电介质成份的影响, 外壁逐步形成并粘附了 CaCO3,BaSO4 等垢层,逐步形成垢下锈蚀。在Cl - 和SRB的多重作用下,局部性奥波切茨的垢下锈蚀不断激化,最终导致泵出现了锈蚀圆孔。

建议定期对水质进行细菌检测,包括 SRB, TGB,FB病菌等,若水质中病菌含量较高,可以在灌水韦尔山系统中投加化学杀菌剂。定期对泵清洗除垢或者及时加入阻垢剂,减少沉积物自然环境在特殊位置的留存时间,降低垢下锈蚀风险。建议矿井管柱特殊位置选用耐锈蚀的管材。

参考历史文献:

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[2] 张帅,杨阳,金磊,等.某油田灌水渠泵锈蚀失灵分析[J].石油化工锈蚀与防护,2020,37(3):58-61.

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