適用某油區(qū)的經(jīng)濟型防腐蝕油井管研發(fā)

(渤海石油裝備新世紀機械制造有限公司， 天津 300280)

某油田作業(yè)區(qū)已進入開發(fā)的中后期，所采的油含水率上升速度快，井液腐蝕性增強，且腐蝕介質(zhì)復雜，造成油井管使用壽命縮短。常規(guī)N80鋼級油井管經(jīng)常出現(xiàn)腐蝕穿孔的問題，增加了油區(qū)作業(yè)成本，影響采油產(chǎn)量。

1 腐蝕介質(zhì)分析

將兩口油井采出液按照離子色譜的使用要求，先用0.22 μm濾膜過濾，加入檢測瓶中等待離子色譜檢測。配置標準溶液，繪制標準曲線，檢測兩個處理后的待測樣品，測定兩采出液中離子的質(zhì)量濃度。采用HJ/T 84—2001《水質(zhì) 無機陰離子的測定 離子色譜法》測定，結(jié)果如表1所示。

表1 采出液分析結(jié)果 mg/L

結(jié)合前期多次對該油區(qū)油井管腐蝕穿孔的分析，主要原因是油井管內(nèi)壁發(fā)生了CO2腐蝕，生成了一層具有保護作用的腐蝕銹層，井液中的Cl-穿過銹層到達基體部位形成閉塞電池，導致油井管腐蝕穿孔。由于該油井管腐蝕環(huán)境比較惡劣, N80鋼級油井管難以繼續(xù)使用,因此研發(fā)了一種經(jīng)濟型耐腐蝕油井管，以滿足該油區(qū)的井況需求。

2 兩種油井管實驗室耐蝕性對比試驗

該油區(qū)油井采油效率很低，一般用常規(guī)N80鋼級油管作為采油管，在不增加開采成本的基礎上，研發(fā)一種經(jīng)濟型防腐油井管，性能在保證N80鋼級的要求下，增加了Cr,Ni和Cu等合金元素，軋管過程中提高了油井管的晶粒度要求，同時控制非金屬夾雜物，保證按GB/T 10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定標準評級圖顯徽檢驗法》規(guī)定的A,B,C和D類夾雜級別小于2.0級。

為了評價經(jīng)濟型防腐油井管與普通N80油井管的耐蝕性能，采用該油區(qū)的實際井液，分別進行7 d和15 d的浸泡試驗，利用質(zhì)量損失法計算腐蝕速率。

2.1 試樣及試驗條件

試樣分別為新型防腐蝕油井管和普通N801油井管，用機床加工成50 mm×25 mm×3 mm，去掉試樣邊緣的毛刺，將試片經(jīng)過熱堿洗→冷水沖洗→酒精清洗→吹干后，放入干燥器中冷卻24 h后稱質(zhì)量,分別測量尺寸和計算表面積。試驗溶液為該油區(qū)的井液2溶液，試驗水浴溫度(55±1) ℃，采用密閉狀態(tài)，浸泡試驗共15 d，分別在7 d和15 d時間段取出試樣，并采集表面腐蝕信息。浸泡試驗如圖1所示。

圖1 耐腐蝕對比試驗

2.2 儀器設備

AU220D電子天平、數(shù)字顯示游標卡尺和恒溫水浴試驗裝置。

2.3 腐蝕速率計算

依照GB/T 16545—1996《金屬和合金的腐蝕 腐蝕試樣上腐蝕產(chǎn)物的清除》清理腐蝕產(chǎn)物，試驗結(jié)果的評價采用質(zhì)量損失法，每種試樣有3塊，清洗后的試樣在無水乙醇中浸泡3～5 s取出，用吹風機吹干后放入干燥器中晾24 h后稱質(zhì)量，根據(jù)GB 4334.6—2000規(guī)范中的腐蝕率計算公式為：

式中w0——腐蝕試驗前試樣質(zhì)量，g;

w——腐蝕試驗后試樣質(zhì)量，g;

s——試樣面積,mm2;

t——試樣時間，h。

2.4 試驗結(jié)果與分析

2.4.1 試驗后表面形貌

經(jīng)濟型防腐蝕油井管和普通N801油井管試樣浸泡15 d的表面形貌如圖2所示。試樣表面生成了一層薄薄的黑色氧化層，表面生成的銹層氧化物已經(jīng)脫落于浸泡溶液中，經(jīng)濟型防腐蝕油井管的表面好于N801鋼級油井管。

圖2 兩種試樣浸泡后的表面形貌

2.4.2 腐蝕速率

經(jīng)濟型防腐蝕油井管和普通N801油井管的浸泡試驗,每個鋼種3個試樣，分別浸泡7 d和15 d。結(jié)果表明：經(jīng)濟型防腐蝕油井管浸泡7d的腐蝕速率為92.74 mg/(m2·h)，浸泡15 d的腐蝕速率為104.87 mg/(m2·h)，普通N801油井管浸泡7 d的腐蝕速率為119.48 mg/(m2·h)，浸泡15 d的腐蝕速率為113.70 mg/(m2·h)，經(jīng)濟型防腐油井管腐蝕速率小于相同浸泡時間段普通N801油井管的腐蝕速率。

2.4.3 對比結(jié)果分析

經(jīng)濟型防腐蝕油井管試樣表面能夠生成了一層薄薄的氧化層，能夠減緩試樣的腐蝕。從試驗結(jié)果也可以看出經(jīng)濟型防腐蝕油井管的腐蝕速率要小于普通N801油井管的腐蝕速率，表現(xiàn)出了良好的耐蝕性能。

但實驗室耐腐蝕對比試驗只是試樣在靜止狀態(tài)下的腐蝕情況，為了進一步完善經(jīng)濟型防腐蝕油井管的成分及生產(chǎn)工藝，隨后進行實際下井試驗，根據(jù)下井后油井管的實際腐蝕情況進一步調(diào)整其合金元素的含量。

3 經(jīng)濟型防腐油井管的應用

根據(jù)試驗室的模擬腐蝕試驗結(jié)果進行了經(jīng)濟型防腐蝕油井管的加工及下井試驗。首先軋制了φ73.02 mm×5.51 mm的油井管管坯和2-7/8平式油井管的接箍坯料，共加工2-7/8平式防腐蝕油井管300余支，然后選用兩口腐蝕較嚴重的油井進行下井試驗。

X1和X2井都是該油區(qū)的電泵采油井，電泵泵徑70 mm，泵深約2 100 m，產(chǎn)液量44 m3，油量1.5 m3，水質(zhì)量分數(shù)96.5%。X1井使用N80鋼級油井管,前兩次作業(yè)都是由于油井管腐蝕穿孔，兩次油井管下井周期分別為86 d和92 d。X2井使用N80鋼級油井管,之前作業(yè)同樣是由于油井管腐蝕穿孔，兩次下井周期分別為262 d和238 d。

2018年1月，在兩口試驗井X1和X2使用經(jīng)濟型防腐油井管，下井后一直正常開采，其中X1井于2018年11月，由于電纜問題，提出管柱后發(fā)現(xiàn)油井管內(nèi)壁結(jié)垢嚴重(如圖3所示)，但未發(fā)現(xiàn)腐蝕穿孔，下井周期308 d；X2井一直正常工作，下井時間已超過340 d。

4 結(jié) 論

(1)通過前期試驗及分析，確認了該油區(qū)常規(guī)N80鋼級油井管的腐蝕原因及井液中的主要腐蝕介質(zhì)，為后續(xù)研究提供了依據(jù)；

(2)通過實驗室耐腐蝕性能對比試驗，確認研制的經(jīng)濟型防腐蝕油井管試樣在相同條件下腐蝕速率小于常規(guī)N80鋼級油井管，表現(xiàn)了良好的耐蝕性能；

圖3 X1井防腐蝕油管內(nèi)壁結(jié)垢

(3)該防腐蝕油井管實際下井試驗情況良好，下井使用周期遠超出原N801油井管，說明研制的經(jīng)濟型防腐蝕油井管適用該油區(qū)的井況；

(4)后續(xù)將對下井后的防腐蝕油井管取樣分析，根據(jù)實際腐蝕情況進一步完善經(jīng)濟型防腐蝕油井管的成分及生產(chǎn)工藝，以提高在該油區(qū)的適用性。