國產已服役3 a的連續速度管柱的耐蝕性評價

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(1. 中聯西北工程設計研究院有限公司，西安 710077； 2. 陜西能源環境與建筑節能工程技術研究中心，西安 710077； 3. 中國石油寶雞石油鋼管有限責任公司，寶雞 721008； 4. 國家石油天然氣管材工程技術研究中心，寶雞 721008)

氣井投入開發后，隨著生產時間的延續，井底壓力降低，產水量增加，產氣量減少，氣井攜液能力變差，原有的大直徑生產管柱已不能滿足生產要求，嚴重時可造成氣井停噴。在原有生產管柱內下入小直徑連續速度管作為生產管柱，可提高氣井排液能力，使氣井恢復自噴生產[1-9]。自寶雞石油鋼管有限責任公司通過自主研發實現連續速度管國產化以來,該連續速度管排水采氣技術在長慶蘇里格氣田得到了成功應用，隨后在國內遼河、青海、大慶、四川等油田進行了推廣[10]。

該技術是將數千米長的連續速度管柱懸掛在天然氣井口。整個管柱完全曝露于天然氣井腐蝕環境中，除受到井中氣體的沖刷腐蝕外，還會受到酸性氣體(CO2、H2S)、高礦化度地層水的腐蝕等，再加上井中幾十到上百個大氣壓的共同作用，管柱在服役過程中極有可能會發生腐蝕穿孔、斷裂等災害事故，造成嚴重的經濟損失[11-19]。為了保障油氣安全開采，對服役速度管柱的耐蝕性進行研究也就顯得尤為重要。因此，本工作對長慶油田起出的國產已服役3 a的連續速度管柱的耐蝕性進行了評價，以期為國產連續速度管柱的使用和推廣提供數據參考，為油氣田的安全生產提供保障。

1 試驗

1.1 試驗材料和氣井條件

試驗管柱為寶雞石油鋼管有限責任公司生產的已在長慶蘇里格氣田某氣井服役3 a的HO70連續速度管柱，管柱長3 500 m，尺寸為φ38.1 mm×3.18 mm，氣井環境如下：Cl-質量濃度為6 997 mg/L,CO2分壓為0.16 MPa,最高溫度為121 ℃,總壓為10 MPa。

1.2 試驗方法

在現場起管，每隔500 m觀察連續速度管柱的外觀并拍攝宏觀照片，并沿管一周均勻取6處測試壁厚(采用美國DAKOTA公司生產的PX-7超聲測厚儀)，每處測量3次取平均值。遇到腐蝕嚴重區域，刮取腐蝕產物,采用日本島津公司生產的X-射線衍射儀(XRD)對其進行檢測，分析腐蝕產物的物相組成,并標記腐蝕產物刮取點距離井口的位置。截取井口和井底管段各5 m(以不影響管柱的繼續使用為宜),剖開后采用德國蔡司公司生產的LSM 700激光共聚焦掃描顯微鏡(LCSM)觀察管柱內表面腐蝕形貌。采用美國菲達康公司生產的能譜儀(EDS)分析腐蝕產物的化學成分。

2 結果與討論

2.1 管柱的宏觀形貌

由圖1可見:井口管外表面幾乎無腐蝕，于1 500 m開始有腐蝕，隨著井深的增加，腐蝕加劇，井底管外表面呈紅褐色，覆蓋有腐蝕產物且已有部分腐蝕產物脫落，但肉眼觀察整管均無穿孔、裂縫、變形等缺陷。

由圖2可見:井口管的外表面幾乎無腐蝕，內表面有紅色銹跡和氣體沖刷的痕跡;井底管的內外表面呈褐色，均有腐蝕，且腐蝕情況較井口管的嚴重。

(a) 0～100 m (b) 500 m (c) 1 000 m (d) 1 500 m

(e) 2 000 m (f) 2 500 m (g) 3 000 m (h) 3 500 m圖1 已服役3 a的連續速度管每隔500 m的外觀形貌Fig. 1 Appearance for every 500 m of the coiled velocity pipe string serviced for 3 a

2.2 管柱的壁厚

由表1可見:對于3.18 mm厚的連續速度管柱，其壁厚為2.98～3.48 mm。將現場所測壁厚值與規定壁厚值及公差范圍值進行對比，結果見圖3。由圖3可見:已服役3 a的管柱的壁厚仍符合規定，這表明整個連續速度管柱未存在嚴重腐蝕壁厚減薄現象。

2.3 井口管和井底管的EDS分析結果

由表2可見:不論是母材還是焊縫，井底管內、外表面基體元素的相對含量要比井口管的小，說明井底管內、外表面的腐蝕均比井口管的嚴重。這與井內的腐蝕環境有關，氣井井底的溫度和壓力均為井口的2～4倍，且井底被流動液相浸泡，腐蝕環境較井口的更嚴苛，因此連續速度管柱的井底腐蝕較井口更加嚴重。

(a) 井口管外表面

(b) 井口管內表面

(c) 井底管外表面

(d) 井底管內表面圖2 井口管和井底管內外表面的宏觀形貌Fig. 2 Macro morphology of inner and outer surfaces of the wellhead and bottom pipes： (a) outer surface of the wellhead pipe； (b) inner surface of the wellhead pipe；

規定壁厚公差<2.8 mm(0.110 in)-0.1 mm(-0.005 in)至+0.2 mm(+0.010 in)2.8 mm(0.110 in)～4.4 mm(0.175 in)-0.2 mm(-0.008 in)至+0.3 mm(+0.012 in)4.5 mm(0.176 in)～6.4 mm(0.250 in)-0.3 mm(-0.012 in)至+0.3 mm(+0.012 in)≥6.4 mm-0.4 mm(-0.015 in)至+0.4 mm(+0.015 in)

圖3 已服役3 a的連續速度管柱每隔500 m的 壁厚測量結果Fig. 3 Wall thickness measurement results for every 500 m of the coiled velocity pipe string serviced for 3 a

2.4 井口管和井底管的LCSM分析結果

由圖4和表3可見:除井口管外表面，連續速度管柱的樣管表面都呈凹凸不平狀，井底管內、外表面的表層大部分已被腐蝕，而井口管外表面幾乎無腐蝕、內表面的表層保留了大部分，這說明連續速度管柱井底樣管的腐蝕比井口樣管的嚴重。井口和井底樣管的焊縫內、外表面均沒有溝槽腐蝕，說明管柱的焊縫在原氣井中的耐溝槽腐蝕性良好。表3所示為選取的4處較深腐蝕坑的測量結果。由表3可見:井口管單面的最大腐蝕速率為0.032 mm/a，井底管單面最大腐蝕速率為0.077 mm/a，以最嚴重評估法計，雙面疊加，井口樣管的雙面腐蝕速率為0.064 mm/a，井底樣管的雙面腐蝕速率為0.154 mm/a。

(a) 井口管外表面母材(b) 井口管外表面焊縫(c) 井口管內表面母材(d) 井口管內表面焊縫

(e) 井底管外表面母材(f) 井底管外表面焊縫(g) 井底管內表面母材(h) 井底管內表面焊縫圖4 井口管和井底管內外表面的LSCM形貌Fig. 4 LSCM morphology of inner and outer surfaces the wellhead and bottom pipes：

2.5 連續速度管柱的腐蝕產物XRD分析結果

連續速度管柱收集的腐蝕產物來自管柱離井口3 000 m開始至井底3 500 m處，采用XRD對所收集的腐蝕產物進行分析，結果見表4。由表4可見:連續速度管柱的腐蝕產物基本都是FeCO3與氧化鐵的混合物，且越靠近井底，腐蝕產物中氧化鐵的含量越高，說明該連續速度管柱所在原氣井中以二氧化碳和氧腐蝕為主，井底的濕度大，造成腐蝕產物中氧化鐵含量高。

表4 連續速度管的腐蝕產物XRD分析結果Tab. 4 XRD results of the corrosion products of the coiled velocity pipe string

3 結論

(1) 已服役3 a的連續速度管柱井口管外表面幾乎無腐蝕，于1 500 m開始腐蝕，隨著井深的加深，腐蝕程度加大，井底管外表面呈紅褐色，覆蓋有腐蝕產物且已有部分腐蝕產物脫落，肉眼觀察整管均無穿孔、裂縫、變形等缺陷。

(2) 已服役3 a的連續速度管柱的壁厚在規定范圍內，整管未存在嚴重腐蝕壁厚減薄現象。

(3) 管柱截取的井口和井底樣管內、外表面焊縫的LCSM分析結果顯示，在焊縫處未見溝槽腐蝕，表明該連續速度管柱的焊縫在原氣井中耐溝槽腐蝕性良好。

(4) 腐蝕坑深LCSM分析結果顯示，管柱井口管單面的最大腐蝕速率為0.032 mm/a，井底管單面最大腐蝕速率為0.077 mm/a，以最嚴重評估法計，雙面疊加，井口樣管的雙面最大腐蝕速率為0.064 mm/a，井底樣管的為0.154 mm/a。

(5) 連續速度管柱的腐蝕產物是FeCO3與氧化鐵的混合物，連續速度管柱在原氣井中的腐蝕以二氧化碳和氧腐蝕為主。