CARP內噴涂油管失效分析

慕學東 李營波 相 振 趙海濱

中國石化勝利油田分公司 東辛采油廠 （山東 東營 257000）

CARP內噴涂油管失效分析

慕學東 李營波 相 振 趙海濱

中國石化勝利油田分公司 東辛采油廠 （山東 東營 257000）

CARP內噴涂油管是一種新型的防腐耐磨油管，在使用過程中，有的出現了油管工廠端接箍和螺紋腐蝕現象，對腐蝕情況進行了詳細描述，并且進行了油管的機械性能試驗、靜水壓試驗和化學成分分析，對油井采出液進行了組分分析，將該種內噴涂油管進行生產工藝還原后進行了對比試驗。在對試驗數據分析的基礎上，分析了該種油管工廠端螺紋腐蝕的原因，并提出了改進的建議。

關鍵詞 CARP內噴涂油管 螺紋腐蝕 油管外螺紋 涂層失效

隨著油田采出液含水率的上升，油管的腐蝕和偏磨現象日趨嚴重。為解決這一難題，科研人員研究開發出各種內涂層油管，陸續在各油田試驗，其中CARP內噴涂油管就是這些防腐蝕、防偏磨產品中的一種，近幾年在各油田逐步推廣使用。

CARP粉末涂料是在特制樹脂中加入超細耐磨材料和潛伏型固化劑，通過研磨制成粉末涂料。將CARP粉末涂料均勻涂覆于油管內壁，經熔融、固化，形成平整、致密的防腐耐磨涂層，這就是CARP內噴涂油管。

CARP內噴涂油管在井下使用，顯現出了其良好的防腐耐磨性，也暴露出了其在生產、運輸、使用過程中存在的問題。例如：2011年4月2日辛139X6井使用D73CARP內噴涂油管2 260m，生產至2011年6月16日，液量由開井時的30m3下降到3m3，提出全部管柱，經檢查發現多根CARP內噴涂油管工廠端外螺紋出現腐蝕破損，導致絲扣滲漏倒井，而非工廠端螺紋正常，無任何腐蝕痕跡。

1 失效樣品描述

失效樣品如圖1所示，樣品工廠端外螺紋出現明顯腐蝕缺口，接箍對應部位亦出現明顯腐蝕跡象。截取失效樣品外螺紋進行觀察，如圖2所示，失效樣品內壁涂層光滑、完整，無明顯腐蝕、偏磨跡象。樣品端部約1/2區域內出現明顯腐蝕跡象，有1處內外壁已穿透，局部有點蝕。根據觀察，可以發現腐蝕具有明顯的方向性，腐蝕由管端部向螺紋大端發展，當螺紋密封效果未喪失時，腐蝕方向將延螺紋圓周方向進展。樣品端部未腐蝕區域，管端涂覆層保存完好，剝離涂覆層后，管端未見腐蝕跡象。由此推斷，腐蝕從樣品外壁開始，沿螺紋由管端逐漸向螺紋大端發展。

2 試驗檢測及分析

（1）從失效樣品上截取試樣進行機械性能檢測，檢測結果如表1所示。

由表1可以看出，樣品機械性能符合J55油管要求。

（2）從失效樣品上截取試樣進行化學成分分析，檢測結果如表2所示。

由表2可以看出，樣品化學成分符合標準要求。

（3）從辛139X6井提取采出液進行組分分析，分析結果如表3所示。

根據表3數據可以看出，該井采出液中，Cl-、離子含量及采出液礦化度較高，證明該井采出液具有較強的腐蝕性。

表1 管體及接箍機械性能試驗

表2 管體及接箍化學成分分析

表3 油井采出液組分mg/L

（4）靜水壓試驗。為驗證CARP內噴涂防腐油管工廠端螺紋的承壓能力，在生產的一批油管中隨機抽取6根進行靜水壓試驗。試驗使用SY-Ⅲ型靜水壓試驗機按標準操作步驟進行。油管內注滿清水后，密封油管兩端，逐漸加壓，當水壓達到10MPa后，其中的5根油管接箍工廠端開始滴漏，隨著壓力逐步升高，滴漏加劇，如圖3所示。靜水壓試驗說明，壓力達到10MPa以上，易形成滲漏通道。

（5）工藝還原對比試驗及分析。該失效樣品屬于油管工廠端，由以上數據及失效樣品外觀分析，可以看出，腐蝕是由于強腐蝕性介質進入工廠端接箍與外螺紋連接處造成的。為分析腐蝕性介質進入的原因，進行了以下試驗。

取相同的油管短接2根（編為1#、2#），按要求涂抹螺紋密封脂后進行上扣試驗，然后，根據該內噴涂油管生產工藝，將2#樣品在烘箱內加熱至180℃后，保溫1h，之后，將1#、2#樣品接箍分別卸下進行觀察，如表4所示。

表4 上卸扣扭矩對比

觀察試驗樣品及由表4可以看出：①180℃以上加熱后，由于螺紋脂揮發減少，增大了螺紋之間的摩擦力，導致卸扣扭矩增大。②180℃以上加熱后，油管端部、根部螺紋脂明顯減少，部分區域牙底已裸露。

根據油管內外螺紋連接狀態可知，油管連接時，內外螺紋間存在間隙。以10牙螺紋為例，根據GB/T 19830規定，螺紋連接時牙頂與牙底的名義高度間隙為 0.076 2mm，極限公差情況下，該間隙為0.152 4mm，由錐度偏差引起的間隙為此間隙的2.3倍。此類間隙將成為泄露的主要通道。一般情況下，通過螺紋牙的表面涂層和螺紋密封脂可以有效填充該間隙，達到密封效果。當螺紋密封脂缺失時，將造成該泄露通道打開，導致液體介質進入此間隙中。

圖4為CARP內噴涂油管連接狀態示意圖。

根據生產工藝得知，油管內噴涂時，工廠端接箍不進行拆卸，在噴涂過程中，由于油管外螺紋存在倒角，在管端與接箍連接處，存在間隙，在噴涂過程中，該間隙無法保證完全被涂料填塞，如圖4工廠端螺紋與接箍連接處。現場端上扣過程中，隨著螺紋的擠壓旋進，涂層被“搓起”，填塞至內外螺紋的縫隙處，如圖4非工廠端螺紋與接箍連接處，同時由于螺紋密封脂的存在，將內外螺紋連接處封閉。

當涂層完整無破損時，由于涂層本身具有較強的耐腐蝕性及較低的滲透率，將有效阻止腐蝕性介質對油管的腐蝕。但由于生產過程中涂層存在漏點或管材在運輸、使用過程中由于振動等原因造成工廠端外螺紋與接箍連接處涂層破損，或者管體內壓力過大，使得該管材在使用過程中介質得以滲入內外螺紋連接處。

3 失效原因分析

該井采出液具有較高的Cl-離子濃度及礦化度，因此具有較高的電導率及腐蝕性，當液體介質滲入時，管體金屬與涂層之間構成電化學腐蝕環境，液體介質充當了該電池的電解液，金屬裸露部位是腐蝕電池的陽極，而附近的涂層則構成陰極，形成了一種小陽極大陰極的腐蝕電池，使小陽極區域很快發生腐蝕，隨著液體介質的不斷滲入，腐蝕不斷向螺紋根部發展，在螺紋牙側密封效果尚未失效的部位，腐蝕將延油管圓周方向擴展，隨著腐蝕的加劇，螺紋處管體壁厚逐漸減薄，最終刺穿失效。

4 結 論

（1）由于生產工藝導致螺紋密封脂減少，降低了油管螺紋的密封性。

（2）由于生產過程中工廠端接箍與管子端部間隙部位涂層存在漏點或管材在運輸、使用過程中由于振動等原因造成工廠端外螺紋與接箍連接處涂層破損，致使井下液體介質進入，形成電化學腐蝕環境，造成外螺紋的腐蝕。

（3）建議改進CARP內噴涂油管的生產工藝，將管體與接箍分開噴涂，最后涂密封脂后連接在一起。

[1]楊德均,沈卓身.金屬腐蝕學[M].北京:冶金工業出版社,1999.

[2]GB/T 228-2002金屬材料室溫拉伸試驗方法[S].

[3]GB/T 9253.2-1999石油天然氣工業套管、油管和管線管螺紋的加工、測量和檢驗[S].

CARP inner spray oil tube is a new kind of anti-corrosion and wearable tubes.In the process of using them,corrosion phenomenon occurs to the coupling and screw at the factory end of oil tubes.Based on the detailed description for the corrosion situation,the following things like the mechanical property test,the static water pressure test and chemical components analysis are carried out,together with the group analysis of production fluid of oil wells.Meanwhile,after the reduction of production techniques,the contrastive test is made for this kind of inner spray oil tubes.Based on the analysis of test data,the analysis focuses on the causes of screw corrosion at the factory end of oil tubes,followed by the suggestion of improvement.

CARP inner spray oil tube;screw corrosion;tubing outside screw;casing failure

慕學東（1972-），男，高級工程師，主要從事井下工具質量監督工作。

張簫鈴

2011-11-16