腐蝕環境下玻璃鋼油套管性能研究

唐梓嵐，史振靈

1湖北大學材料科學與工程學院，湖北 武漢

2長江大學工程技術學院機械系，湖北 荊州

1.引言

鉆探管，套管，運輸船舶、煉油廠管線，金屬設備以及各種專用管線，在石油工業生產的各個階段都會面臨腐蝕問題[1]，造成極大的經濟損失。因此，研究腐蝕環境下油套管的抗腐蝕性至關重要。

2.可行性分析

將易銹蝕的碳素鋼換成實心玻璃鋼或外表包裹玻璃鋼的材料。玻璃鋼主要由環氧樹脂和玻璃粗砂構成。環氧樹脂能提高單位密度比的玻璃鋼強度，玻璃粗砂可提供抗壓和抗拉強度。通過分析中石化某鋼管廠玻璃鋼管油套管溫度及壓力測試參數(表1)，可以看出玻璃鋼耐壓耐溫性能良好，具備替代碳素鋼的條件。

Table 1.The parameters of temperature and pressure testings for glass fiber tubings and casings from a Sinopec steel company表1.中石化某鋼管廠玻璃鋼管油套管溫度及壓力測試參數

3.對比試驗

3.1.耐腐蝕試驗

對玻璃鋼管和碳素鋼管的耐腐蝕能力進行對比試驗。把直徑相近的玻璃鋼管與碳素鋼管放入從江漢油田提取的鹽水溶液樣品中，3個月后排空鹽水溶液，觀察發現玻璃鋼管外表僅有少許褪色，碳素鋼管表層全部被腐蝕掉，鐵銹約厚2.54 mm (圖1)。

Figure 1.The comparison of corrosion resistance of steel pipe圖1.不同種類鋼管的耐腐蝕能力對比

3.2.壓應力試驗

將玻璃鋼套管截取長為7.62 cm的小段，放入膠乳水泥中，輕抬油管模擬鉆井中出現的水泥與玻璃鋼套管之間的剪應力，再用液壓機加壓，壓應力轉化為作用于管道外壁的水平力，至套管和油管被破壞，記錄試件被破壞時的壓應力值。通過對比不同直徑碳素鋼套管和玻璃鋼套管被破壞時的壓應力(圖2)，可以看出玻璃鋼套管與碳素鋼套管的抗壓強度十分接近，且碳素鋼套管的水泥黏結力比玻璃鋼套管的實際抗壓強度還要大，只有當環氧樹脂混凝土無法把套管和油管有效黏結在一起時玻璃鋼套管才會被破壞。

4.現場應用

觀察江漢油田某區塊油井的碳素鋼管與玻璃鋼管的擠毀壓力剖面(圖3)可以看出，當油井在4000 m時，玻璃鋼管與碳素鋼管的抗擠毀壓力相近。在油田實際應用中，玻璃鋼管應用于含水層可以有效保護管道不受腐蝕。

Figure 3.The collapse pressure profile of glass fiber pipe and carbon steel pipe圖3.玻璃鋼管和碳素鋼管的擠毀壓力剖面

5.結語

玻璃鋼管與碳素鋼管都可抵抗地層壓應力和抗擠毀應力。在強腐蝕條件下，玻璃鋼管比碳素鋼管耐腐蝕能力強，可抵抗油田含水層的高腐蝕環境。在油田實際應用中玻璃鋼管可替代碳素鋼管。