萨北油田套管失效机理及腐蚀行为研究

潘潇

（大庆油田第三采油厂工艺研究所，黑龙江 大庆 163318）

摘  要：油田套管的完整性对油气井的安全和高效生产至关重要。套管的腐蚀问题不仅缩短了油水井的使用寿命，还增加了维护和修复成本，甚至可能导致油气泄漏、环境污染和井喷事故。通过金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射和能量色散谱等方法对萨北油田提供的4根已腐蚀的套管进行了研究。研究结果显示，套管的金相组织主要由铁素体和珠光体组成，存在穿晶裂纹和沿晶裂纹。宏观分析发现，外壁腐蚀严重，存在大面积腐蚀坑和裂缝；内壁腐蚀程度较轻。电化学测试表明，J55套管钢在5种三元驱井筒液中表现出明显的活化趋势，钝化膜难以形成或稳定。综合实验结果显示，套管外壁发生垢下腐蚀，内壁受腐蚀性离子影响，并且出现应力腐蚀开裂。

关键词：套管腐蚀；井筒液；J55钢；电化学

油田套管是油水井下结构的核心部分,其完整性对油气井的安全稳定和高效生产至关重要。然而,套管的腐蚀问题不仅缩短了油水并的使用寿命,还增加了维护和修复成本,甚至可能导致油气泄漏、环境污染和并喷事故,对人员安全和环境构成严重威胁,严重阻碍油田可持续发展。深人研究套管腐蚀的机理,对有效的防腐措施提供指导,是油田产业密切关注的重要课题,对油气井的安全运营和经济效益具有重要 意义。^[1-2] 

近年来,国内外专家对油田套管的腐蚀问题进行了广泛研究,谢涛等的研究结果表明,井简液中的 C1浓度对套管的腐蚀速率有显著影响,特别是在高温高压环境下,腐蚀问题更加严重。唐庆等通过电化学腐蚀实验发现CO₂，和HS共同存在时,腐蚀速率显著增加,这表明油气井中的气体成分对腐蚀具有复杂的协同效应。王正泉等的研究指出,腐蚀产物的形成和沉积会进一步加剧套管的局部腐蚀,尤其是在流动性较差的井段,这种效应更为明显。近年来,关于套管外腐蚀的研究也取得了较大进展,刘长松等发现， 地下水中的SO₂和C对套管外壁的腐蚀具有重要影响,特别是在酸性条件下,腐蚀速率显著提高。姜峥等的研究表明,土壤中的微生物活动能够加剧套管外壁的腐蚀,尤其是在含有硫酸盐还原菌的环境中,腐蚀速率更高。

萨北油田土壤电阻率<100·m区域占61.5%,处于强等级腐蚀。随着萨北油田开发时间的延长,油水井套管破漏事故频发,是目前套管长周期安全运行的重大隐患。套管腐蚀机理急需摸清,从根源上减缓套管腐蚀速度,延长套管寿命。套管内外腐蚀问题的产生,主要源于井简液与套管内壁、土壤与套管外壁的相互作用,在套管所处的内、外表面周围环境中,存在CO₂、CI、HS、SO²等化学物质,都会对套管造成不同程度的腐蚀影响。萨北油田在检修时发现,套管存在开裂、穿孔等破损情况。因此,本文通过微观形貌观察、电化学腐蚀测试对套管的腐蚀失效机理展开研究。结合三元驱井筒液阴离子测定,参考萨北油田套管内、外表面腐蚀的实际情况,分析套管内、外表面的腐蚀机制,为后续提出防护措施提供参考,以减小套管腐蚀对萨北油田生产效率的影响。