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油井套管的描述和腐蝕危險(xiǎn)的起因
- 作者:立博
- 來(lái)源:wwww.bettertravelagency.com
- 發(fā)布時(shí)間:2024-10-28
- 點(diǎn)擊:0
18.1 油井套管的描述
在油氣田和油氣藏,要在井筒里下人套管以增強(qiáng)油氣井的穩(wěn)定性。根據(jù)井的深度和運(yùn)行條件,在接近地表的井簡(jiǎn)里幾根套管要套接在一起(稱(chēng)為套接式油井套管,見(jiàn)圖18-1)。在外層套管與周?chē)貙訋r石之間的環(huán)形空間里要注人水泥,直到新井地面的整個(gè)井筒深度,目的是封堵上部地層,隔開(kāi)淡水地層與鹽水地層,并靠它承受周?chē)鷰r石土層的擠壓力。只要沒(méi)有延伸的電池腐蝕影響,或者沒(méi)有外來(lái)陽(yáng)極干擾,腐蝕防護(hù)總是有效的。并筒套管里注水泥時(shí),在整個(gè)套管表面水泥的分布通常是很不均勻的,總是有些管段沒(méi)有水泥覆蓋或者只有極薄的一點(diǎn)水泥覆蓋在表面。"
早年的井筒套管,往往只在油氣生產(chǎn)層段以及它們的上部地層注水泥。無(wú)水泥的層段里含有殘余的鉆井泥漿和大小不等的巖石顆粒。鉆井過(guò)程的循環(huán)泥漿里含有硫酸鋇和水的懸浮液,它們密度很高,而且常含有鹽分,這會(huì)促進(jìn)腐蝕電池的作用。
18.2 腐蝕危險(xiǎn)的起因
通常只在油井外套管部分注水泥的做法往往導(dǎo)致在到無(wú)覆蓋層的較短的過(guò)渡區(qū)域里形成電池(水泥中的鋼/土壤里的鋼)(見(jiàn)4.2節(jié)和4.3節(jié))。與人們熟悉的地表面附近“鋼土壤”的陰極情況不同,注人水泥的鋼陰極活性是受限制的,因?yàn)樵诔睗駹顟B(tài)下,氧的進(jìn)人受到阻礙(見(jiàn)5.3.2節(jié))。因此,預(yù)期主要在地表附近的土壤里會(huì)發(fā)生以“鋼-水泥”作為陰極的腐蝕電池的腐蝕[見(jiàn)圖 4-3(d)]。
18.2.1 腐蝕電池的形成
由于不同油氣井之間通過(guò)輸油管線建立起電連接,因自然腐蝕電位的差異,所以在不同油氣井之間會(huì)有電池電流流動(dòng),由此使這些井起到電池中的陰極或者陽(yáng)極的作用。這樣的電流量可以達(dá)到幾安培,因此會(huì)造成嚴(yán)重的腐蝕破壞。在鉆井與油田之間安裝絕緣裝置
就能夠阻止這些電池的活動(dòng)。
用第18.3.1節(jié)描述的油井剖面曲線測(cè)量技術(shù)能夠查明受到腐蝕威脅的井下套管的井段位置,但是,這種油井剖面曲線測(cè)量技術(shù)一般無(wú)法識(shí)別哪些因素是造成腐蝕破壞的主要因素。
在油氣井整個(gè)深度上,井下套管要穿過(guò)若于種不同的地質(zhì)地層,包括鹽水層和惰性基巖。此外,根據(jù)地層條件,還會(huì)有腐蝕性氣體(CO、HS),并且不同地層的溫度差異可能高達(dá)50℃。這些因素都增加了深層土質(zhì)的腐蝕性,因?yàn)榈貙永锏柠}分和形成的濃差電池會(huì)限制套管表面保護(hù)膜的形成[見(jiàn)圖4-3(b)、圖4-3(c)]。18.2.3 發(fā)生應(yīng)力腐蝕的條件
18.2.2 不同土層的自然腐蝕
隨著深度的增加,并下套管受到越來(lái)越高的溫度的影響,加上不斷增加的拉應(yīng)力作用,所以存在應(yīng)力腐蝕的危險(xiǎn)。根據(jù)第2.3.3節(jié)的數(shù)據(jù),在套管實(shí)施陰極保護(hù)的情況下按照式(2-17)和式(2-19)會(huì)產(chǎn)生NaOH,并且因?yàn)镹aOH與土壤里的CO反應(yīng)會(huì)生成其他成分,那么,在第2.3.3節(jié)所列舉的e、g、h條件下(e.溫度升高時(shí),在苛性蘇打中的普通碳鋼或低合金鋼;8.在NaHCO:溶液里的普通碳鋼或低合金鋼;h.溫度升高時(shí),在 NazCO;溶液里的普通碳鋼或低合金鋼),就有發(fā)生晶間應(yīng)力腐蝕的危險(xiǎn)。第2.4節(jié)說(shuō)明了臨界電位與保護(hù)電位范圍。在通常的使用條件下,可以認(rèn)為不會(huì)發(fā)生NaHCO:引起的應(yīng)力腐蝕,因?yàn)橛羞m當(dāng)?shù)年帢O極化,也不會(huì)發(fā)生 NazCO;和 NaOH 引起的應(yīng)力腐蝕,因?yàn)樗鼈兊臐舛群艿汀6?,高碳、高?qiáng)度套管鋼材增強(qiáng)了抗應(yīng)力腐蝕的能力[1]特別不容易達(dá)到必要的臨界應(yīng)力值。以往的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)表明,在實(shí)施陰極保護(hù)的套管管上,從沒(méi)有發(fā)生過(guò)應(yīng)力腐蝕破壞。
18.2.4 陽(yáng)極干擾(電池形成、雜散電流)引起的腐蝕
在高含蠟原油的油田,生產(chǎn)油管必須每星期加熱清蠟。用大約1.2kA的直流電從井口通到井下生產(chǎn)油管使管子加熱。電流再通過(guò)井簡(jiǎn)下部生產(chǎn)油管與套管的觸點(diǎn)經(jīng)由套管返回此直流電源裝置。在套管里,部分返回電流被分出,通過(guò)巖石土層返回井口,其結(jié)果是,在加熱過(guò)程中,套管下部被陽(yáng)極極化了,這會(huì)對(duì)1000m半徑范圍里的其他油氣井產(chǎn)生干擾。
由于油田或油藏的井下套管互相距離往往比較近,所以它們會(huì)受到陽(yáng)極地床的電壓錐和其他套管的陰極電壓錐的影響。因此,最好對(duì)大型油田和油藏的所有井都實(shí)施陰極保護(hù)。