石油天然气工业高含CO2环境用套管、油管及井下工具的材料选择编制说明

1、石油天然气工业高含 CO2环境用套管、油管及井下工具的材料选择（征求意见稿）编制说明一、工作简况根据国标委综合2019 22 号“国家标准化管理委员会关于下达第二批推荐性国家标准计划的通知”文件的要求，国家标准石油天然气工业高含CO2 环境用套管、油管及井下工具的材料选择以项目编号20192114-T-469 下达。按照标准制、修订工作程序的要求，成立了由中国石油集团石油管工程技术研究院为负责起草单位，中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司油气工艺研究院、大庆油田有限责任公司采油工程研究院、中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司为参加起草单位的工作组。工作组成员主要有：李发根、谢俊峰、方

2、伟、付安庆、邵晓东、赵雪会、赵密峰、张永平、姜毅、刘向斌。主要起草人及其承担工作如下：李发根（项目主持、主要起草人）、谢俊峰（标准稿修改）、方伟（标准稿修改）、付安庆（标准稿修改）、邵晓东（非金属选材）、赵雪会（金属选材）、赵密锋（现场应用信息反馈）、张永平（现场应用信息反馈）、姜毅（现场应用信息反馈）、刘向斌（现场应用信息反馈）。在本标准的编制过程中，首先在对国内外标准文献分析基础上将ISO 17348: 2016 翻译形成草案；其次结合了油套管和井下工具材料腐蚀适应性研究、以及相关产品在油田应用案例分析，经过广泛讨论后对草案进行了校稿修改，最终于2019 年 4 月编制完成了本标准征求意见

3、稿。二、国家标准编制原则和确定国家标准主要内容的论据本标准以ISO 17348:2016 为基础，考虑了国内油田防腐选材的具体情况，以满足我国油气安全生产的需要，促进高含CO2 环境用套管、油管及井下工具防腐选材和腐蚀控制技术的提高为落脚点，最终按照GB/T 1.1 2020标准化工作导则第 1 部分：标准化文件的结构1和起草规则要求确定草案结构框架。在此基础上，本标准以国内高含CO2 气田开采和CCUS 工程应用为背景，围绕高含CO2环境用油套管及井下工具防腐选材问题，以材料与环境相容性为落脚点，强调腐蚀环境下不同材料的腐蚀适应性，突出不选工况下选材指南及要求，进一步形成了环境腐蚀性评价、材

4、料选择并附以腐蚀控制措施配套的技术路线，确定了技术内容框架：腐蚀评价、材料选择、腐蚀控制。本标准适用于高压高含CO2（含量高于10%，分压大于1MPa ）环境下的CO2 气体注入井和采气井用无缝套管和油管及井下工具材料选择，具体覆盖了以下井况：a）注入井：1）注入高含 CO2气体（含 H2S和不含 H2S）；2）交替注入高含CO2气体（含 H 2S和不含 H 2S）和水（ WAG ）；b）高含 CO2的采气井（含 H 2S和不含 H 2S）。本标准许多要求同样适用于低含CO2 环境。三、主要试验（或验证）的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效果1、主要试验（或验证）的分析、综述报告关于高

5、压高含CO2（含量高于10%，分压大于1MPa ）环境下的CO2 气体注入井和采气井用无缝套管和油管及井下工具防腐选材和控制标准方面，目前还缺乏完善和系统的规范体系，现有标准更多关注于单一产品的性能，如对于管材选用和腐蚀控制措施方面也主要集中在酸性油气田用管材选用上，如欧洲腐蚀联盟EFC16 号公报油气生产含H2S 环境中碳钢和低合金钢材料要求指南，ISO 15156 标准石油和天然气工业 油气开采中用于含H 2S 环境材料， 这些标准对酸性环境下材料的性能和管材适用范围进行了简单的界定，但不够明确，同时也没有考虑管材可能发生的失重腐蚀、点蚀等问题。各大钢管生产厂家也推出一些选材规范，如日本住

6、友公司提出的住友的石油钻采钢管选材规范，给出了不同环境下管材的使用范围，但这些只是生产厂家针对自身产品的一个推荐做法，还有待进一步验证和完善。SY/T6857.1-2012 给出了含H2S 油气田环境下碳钢和低合金钢油管和套管选用推荐做法，不过该标准还仅局限于碳钢和低合金钢产品，显然不适用于苛刻腐蚀工况下选材。综合来看，选用经济有效的管材和腐蚀控制措施，是摆在油田防腐工作者当前较为棘手但又必须解决的问题。为了验证本标准所涉及典型材料耐蚀性能，标准制定组以集团重大专项为依托，对典型合金材料开展了腐蚀适应性分析，结果如下：1）金属材料2图 1 四种油管耐蚀合金材料失重腐蚀速率结果试验环境： 120

7、 /CO2 3.2MPa/ 地层水BG13CrBG15CrJFE13CrJFE15Cr图 2四种油管耐蚀合金材料试验后试样腐蚀形貌2）非金属材料表 1三种非金属材料在超临界态CO2 下试验性能样品类型外观颜色质量体积硬度拉伸伸长率强度丁腈橡胶变白 /擦拭失重减小无明显变无明显无明显变（NBR ）喷霜56%46%化变化化后无变色聚四氟乙无明显变无明显增重约增加无明显变无明显无明显变烯 PTFE）化变化0.5%0.71.3%化变化化尼龙 6无明显变褪色增重增加无明显变降低增加（ PA）化0.71.4%0.51.3%化3试验前：a）丁腈橡胶NBRb）聚四氟乙烯（PTFE）c）尼龙 6 试样（ PA6

8、）试验后：d）丁腈橡胶NBRe）聚四氟乙烯（PTFE）f）尼龙 6 试样（ PA6）图 3三种非金属材料在超临界态CO2 下试验前后形貌2、技术经济论证本标准建立的高含CO2 环境用套管、油管和井下工具材料选择标准体系，能够规范油田防腐设计工作，从源头上降低油气生产系统腐蚀风险。依据本标准提出的材料性能控制要求制定订货技术条件，按照本标准提出的选材评价方法指导选材，同时根据本标准设计的腐蚀控制措施开展腐蚀防控，预计将能明显提升油田防腐水平，显著降低油井的腐蚀穿孔率。我国油气勘探开发过程中，油井管柱耗资达千亿元，我国现有油气井约40 万口，每年新钻油气井约3 万口，使用各类管材超过350 万吨。

9、钻井过程中管材失效年均达3000 多起，因管材原因报废井数10 口，经济、人员、环境的重大损失。面对我国如此庞大的井下系统及其失效事故率，通过本标准的建立进而实现油田油套管材及井下工具的选材规范化，必将显著降低失效事故率，经济可观社会效益显著。因此，本标准的制定无论经济上还是技术上都将是对当前油田防腐选材工作的极大提升，有效提升油田本质安全。3、预期的经济效果本项目编制的高含CO2 环境用套管、油管和井下工具材料选择标准，有效梳理了各类管材使用范围，明确了腐蚀控制措施，能够摆脱当前油田盲目选材防腐措施随意使用的局面，规范油田防腐设计工作，提升油气井本质安全，应用前景广阔。4该标准大面积应用推广

10、后，能够从防腐源头把控，从腐蚀评估、材料选择和腐蚀控制措施多管齐下，保障石油天然气工业中最大范围油气田用户要求，提升我国高含CO2 井防腐水平；同时标准的建立还将间接促进新产品新技术的研发，推动我国油套管材及井下工具制造能力的快速攀升。预期将在中石油各油气田、中石化、中海油等单位得到推广应用，获得显著的经济效果。四、采用国际标准和国外先进标准的程度，以及与国际、国外同类标准水平的对比情况，或与测试的国外样品、样机的有关数据对比情况本标准等同采用ISO 17348:2016石油天然气工业高含 CO2 环境用套管、油管及井下工具的材料选择。本标准与现行国际标准、国外同类标准同处于国际先进水平。五、与有关的现行法律、法规和强制性国家标准的关系本标准实施将有助于规范高含CO2 环境用套管、 油管及井下工具选材工作，有效降低油套管材和井下工具的腐蚀失效概率，显著提升油气开采的本质安全，以实际行动践行中华人民共和国环境保护法，减少油气泄漏带来的环境损伤。六、重大分歧意见的处理经过和依据无。七、国家标准作为强制性国家标准或推荐性国家标准的建议建议作为推荐性国家标准。八、贯彻国家标准的要求和措施建议（包括组织措施、技术措施、过渡办法等内容）标准发布后，计划通过两方面来推动标准的宣贯实施：一方面通过标准制定单位内部宣