油井套管的描述和腐蝕危險的起因

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油氣井的穩(wěn)定性。根據(jù)井的深度和運行條件，在接近地表的井簡里幾根套管要套接在一起(稱為套接式油井套管，見圖18-1)。在外層套管與周圍地層巖石之間的環(huán)形空間里要注人水泥，直到新井地面的整個井筒深度，目的是封堵上部地層，隔開淡水地層與鹽水地層，并靠它承受周圍巖石土層的擠壓力。只要沒有延伸的電池腐蝕影響，或者沒有外來陽極干擾，腐蝕防護總是有效的。并筒套管里注水泥時，在整個套管表面水泥的分布通常是很不均勻的，總是有些管段沒有水泥覆蓋或者只有極薄的一點水泥覆蓋在表面。"

早年的井筒套管，往往只在油氣生產層段以及它們的上部地層注水泥。無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，這會促進腐蝕電池的作用。

18.2 腐蝕危險的起因

通常只在油井外套管部分注水泥的做法往往導致在到無覆蓋層的較短的過渡區(qū)域里形成電池(水泥中的鋼/土壤里的鋼)(見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，因為在潮濕狀態(tài)下，氧的進人受到阻礙(見5.3.2節(jié))。因此，預期主要在地表附近的土壤里會發(fā)生以“鋼-水泥”作為陰極的腐蝕電池的腐蝕[見圖 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有電池電流流動，由此使這些井起到電池中的陰極或者陽極的作用。這樣的電流量可以達到幾安培，因此會造成嚴重的腐蝕破壞。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。

用第18.3.1節(jié)描述的油井剖面曲線測量技術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量技術一般無法識別哪些因素是造成腐蝕破壞的主要因素。

在油氣井整個深度上，井下套管要穿過若于種不同的地質地層，包括鹽水層和惰性基巖。此外，根據(jù)地層條件，還會有腐蝕性氣體(CO、HS)，并且不同地層的溫度差異可能高達50℃。這些因素都增加了深層土質的腐蝕性，因為地層里的鹽分和形成的濃差電池會限制套管表面保護膜的形成[見圖4-3(b)、圖4-3(c)]。18.2.3 發(fā)生應力腐蝕的條件

18.2.2 不同土層的自然腐蝕

隨著深度的增加，并下套管受到越來越高的溫度的影響，加上不斷增加的拉應力作用，所以存在應力腐蝕的危險。根據(jù)第2.3.3節(jié)的數(shù)據(jù)，在套管實施陰極保護的情況下按照式(2-17)和式(2-19)會產生NaOH，并且因為NaOH與土壤里的CO反應會生成其他成分，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，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，在 NazCO;溶液里的普通碳鋼或低合金鋼)，就有發(fā)生晶間應力腐蝕的危險。第2.4節(jié)說明了臨界電位與保護電位范圍。在通常的使用條件下，可以認為不會發(fā)生NaHCO:引起的應力腐蝕，因為有適當?shù)年帢O極化，也不會發(fā)生 NazCO;和 NaOH 引起的應力腐蝕，因為它們的濃度很低。而且，高碳、高強度套管鋼材增強了抗應力腐蝕的能力[1]特別不容易達到必要的臨界應力值。以往的經驗已經表明，在實施陰極保護的套管管上，從沒有發(fā)生過應力腐蝕破壞。

18.2.4 陽極干擾(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油管使管子加熱。電流再通過井簡下部生產油管與套管的觸點經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，通過巖石土層返回井口，其結果是，在加熱過程中，套管下部被陽極極化了，這會對1000m半徑范圍里的其他油氣井產生干擾。

由于油田或油藏的井下套管互相距離往往比較近，所以它們會受到陽極地床的電壓錐和其他套管的陰極電壓錐的影響。因此，最好對大型油田和油藏的所有井都實施陰極保護。