油套管腐蚀

2024-08-10

油套管腐蚀（精选七篇）

油套管腐蚀篇1

套管是油井的永久性部分, 套管的寿命直接决定油井的寿命。

1.1 油套管腐蚀的原因

造成油套管被腐蚀的主要类型包括溶解气体腐蚀、溶解盐腐蚀等。

1.1.1 溶解气体腐蚀

油气田水中所溶解的氧能够引起碳钢的腐蚀。氧的含量在低于1mg/L的情况下就能造成碳钢的腐蚀, 如果这是在水中同时存在CO2或者H2S等气体, 腐蚀的速度会急剧增高。影响氧腐蚀程度的因素主要包括氧的浓度、压力、温度等。

1.1.2 溶解盐腐蚀

油田水中的溶解盐对碳钢的腐蚀速率具有较为明显的影响。碳钢在碱性溶液中国会发生氧去极化腐蚀, 但在腐蚀的同时会在碳钢表面形成钝化膜, 因此, 在碱性溶液中, 碳钢的腐蚀速率比在酸性溶液中要低。溶解盐中的Ca2+离子及Mg2+离子会使溶液的矿化程度增大, 从而增强离子的强度, 加重局部油套管的腐蚀倾向。

1.2 油套管的腐蚀特征

通常油套管的腐蚀具有3个主要的特征, 具体如下:

(1) 通常腐蚀介质是多相存在的, 当不同相介质同时对油套管产生腐蚀时, 会互相促进, 使油套管加速腐蚀。

(2) 当油套管处于高温或者高压的工作环境下时, 会使得油套管的腐蚀程度和腐蚀速率大大增加。

(3) 油气田中的主要腐蚀介质包括H2S、C O2、O2、Cl、H2O等。在这些介质含量相同的情况下, O2的腐蚀性最大;Cl本身不会对油套管产生腐蚀, 但其迁移率较高, 这会促进套管局部发生酸化腐蚀;H2O是电化学腐蚀的主要载体。

1.3 油套管的腐蚀类型

油套管通常处于复杂、恶劣的工作环境中, 对其产生腐蚀的因素非常多, 各种因素如果共同对油套管进行腐蚀, 则会大大加快油套管腐蚀的速度。根据油套管的工作温度, 其腐蚀的主要类型如下:

(1) 低温环境:氢致开裂、侵蚀、坑蚀;

(2) 常温环境:硫化物应力开裂;

(3) 高温环境:均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀等。

1.4 工作环境对油套管的基本要求

根据油套管腐蚀的特征分析, 油套管在工作过程中应满足力学及工作环境两方面的要求。油套管需要具有较高的耐腐蚀性及耐磨损性, 另外还需要较高的强度, 防止拉应力的过大而导致的套管开裂。同时, 其接头还需要有较高的密封性, 避免外界气体的入侵而造成管道内部的过快腐蚀。

2 油套管防护技术

在油气开采的过程中, 油套管的稳定性, 对整个系统的运转起着至关重要的作用。油套管的工作环境通常非常恶劣和复杂, 其表面材料会受到多种因素的腐蚀影响, 这就大大减少了油套管的使用寿命, 同时还会造成一定的安全隐患。因此, 通过采取恰当的防护技术能够有效提高提高油套管的硬度及耐磨性、耐腐蚀性, 提高其使用寿命及工作稳定性, 同时还能有效节约成本。

2.1 选用耐腐蚀管道材料

通过选用耐腐蚀管材是主要的油套管防护措施之一。在选用耐腐蚀管材时, 要根据油气田中的主要腐蚀介质来进行选择, 同时还要结合成本控因素来进行。通常情况下, 管材的选择需要遵循两方面的要求:首先, 要对油套管的工作环境进行全面分析, 预测其工作过程中可能会发生的腐蚀类型及腐蚀程度;其次, 要对所选管材进行腐蚀测试, 通过测试判断管材是否适合油田的实际使用要求, 同时还要结合技术的可行性及经济方面的因素进行综合分析, 以选择最佳的管材。

2.2 注入缓蚀剂

由油套管环空注入一定量的缓蚀剂。缓蚀剂在注入油套管后能够吸附或者通过分子中未配对的电子等与金属的空轨道产生配位键在油套管表面形成一层保护膜, 这样能够有效阻挡腐蚀介质与管道表面的接触, 从而达到降低腐蚀的目的。该技术的防腐效果主要与油套管工作环境的实际情况 (温度、压力、腐蚀介质的浓度等因素) 缓蚀剂的类型及用量等因素有关。

在油气开采的过程中, 通过在油套管材料表面涂保护层能够有效隔绝腐蚀介质对管道的腐蚀。该技术成本较低, 但是工艺较为复杂, 需要占用较长的工作时间, 对生产的正常进行会产生较大的影响。

2.3 涂镀层防腐技术

通过在管材表面涂镀层的方式, 能够有效隔绝腐蚀介质对管材的侵蚀从而达到防腐的效果。涂镀层技术是利用耐腐蚀性较高的金属或合金在金属表面形成一层保护膜, 金属镀层主要包括电镀、化学镀、热镀等。非金属的镀层主要包括有机镀层和无机镀层。化学转化膜包括磷化处理、氧化处理等。通过采用涂镀层防腐技术可以极大提高油套管的耐腐蚀性能, 但是由于目前技术条件的限制以及油气井作业复杂的环境, 其应用受到了极大的限制。

3 结论

在油气井作业中, 其工作环境非常复杂和恶劣, 油套管会受到多种因素的影响而被腐蚀, 这对油气井作业工作的安全顺利开展, 产生了极大的限制。为了提高油套管的使用寿命及使用稳定性, 需要采取适宜的防护手段提高其强度及耐腐蚀性。由于目前条件的限制, 各种防护技术都还存在一定的局限性, 通常采用综合防护的方式能够弥补单一防护技术的不足, 还能在提高管材性能的同时控制成本, 取得良好的经济效益。

参考文献

[1]熊颖.油气田CO2腐蚀的防护技术研究[J].全面腐蚀控制, 2007, (4) :2-4

油套管腐蚀篇2

准确地计算材料的腐蚀速率,对确定其使用寿命和选材尤为重要。目前油气井CO2腐蚀研究中多以NACE RP0775 - 2005标准方法计算金属的平均腐蚀速率; 但是,NACE标准算法未考虑测试时间( 没有规定腐蚀试验的统一测试周期) 对腐蚀速率的影响,计算结果不宜直接用于防腐蚀选材设计; 也有将室内模拟试验的短期测试结果与标准中的腐蚀程度分级表( 该表是总结的现场数据,是长期测试结果) 进行对比,用以评价材料的耐蚀性和选材的[1~3]; 也有将测试时间对平均腐蚀计算的影响考虑进去的说法,但未给出计算方法[4,5]。因此,本工作建立了考虑测试时间效应下计算金属平均腐蚀速率的方法。

1 平均腐蚀速率标准算法及缺陷

目前,经典的失重法仍然是腐蚀速率测量的最基本方法[6],尤其是对于金属只发生全面腐蚀的情况,该方法十分实用。而深度法则是失重法的进一步计算,计算式中引入了材料的密度和试样面积,将损失质量转换成平均深度。

NACE RP0775 - 2005给出了金属平均腐蚀速率的计算方法:

式中CR———金属的平均腐蚀速率,mm/a

△W———腐蚀前后平行试样即挂片的平均失重,g

A———挂片的面积,mm2

ρ———金属的密度,g / cm3

t———腐蚀时间,d

将式( 1) 变换成式( 2) :

式( 2) 中各符号意义同式( 1) ,等号右侧第一项为金属的损失体积,对其乘以1 000,意味着将失重体积单位cm3转化为mm3; 除以试样表面积,意味着试样表面平均减薄厚度,即平均腐蚀深度; 除以腐蚀测试的时间,可得到平均腐蚀速率; 乘以365符合用年腐蚀厚度表示腐蚀快慢的习惯。

式( 2) 中乘以365意味在365天内,假定了金属的腐蚀按平均腐蚀速率进行,忽略了腐蚀后期腐蚀产物膜对腐蚀过程的抑制作用。如果测试实际只有一周或者更短,按照标准公式计算的结果与材料的实际腐蚀速率就会有较大的差别。

2 测试时间对平均腐蚀速率的影响

室内模拟测试了90℃,CO2压力分别为0. 2,0. 6MPa下,测试时间对3Cr钢平均腐蚀速率的影响,结果见图1。可以看出: 随着测试时间延长,按照NACE方法计算的腐蚀速率逐渐降低; 在腐蚀前期( 30 d以内) ,腐蚀速率递减速度尤为明显; 腐蚀后期,腐蚀速率的递减速度趋于平缓。

3Cr 钢不同条件下腐蚀速率与测试时间的关系

对于长达1年的平均腐蚀速率,则以短期测试结果为基础,采用外延法推导。图2为以90℃,0. 2 MPa为例,将不同测试周期得出的平均腐蚀速率在365 d内向后延伸,每条直线的斜率就是3Cr钢在各自的测试时间段内的平均腐蚀速率。图2中各测试周期时直线与t = 365 d纵线的交点即为按照NACE标准得到不同测试周期下的年腐蚀速率。

不同测试周期下的平均腐蚀速率( 标准算法)

图2中的曲线忽略了后期腐蚀产物膜的保护作用,结果得到了线性放大,测试周期越短,放大程度越严重,这也说明,在同样的腐蚀测试条件下,由于测试时间不同,计算的腐蚀速率相差数倍。按以上的结果进行防腐蚀设计具有不确定性。如在温度为90℃,CO2分压为0. 2 MPa下,某3Cr钢管道壁厚腐蚀余量为1. 5 mm,设计寿命3年,年腐蚀速率上限为0. 5 mm / a;室内模拟试验对3Cr钢全面腐蚀进行可行性评价,若测试周期为7 d,腐蚀速率是1. 003 9 mm/a[由图2,测试7 d时,按式( 1) 线性外推后得出的年腐蚀深度为1. 003 9 mm,由此得出年腐蚀速率值],高于设计上限0. 5 mm / a,故3Cr钢无法满足要求; 若测试周期为35d,腐蚀速率是0. 344 6 mm / a,则3Cr钢是可行的。由此可知: 相同的腐蚀环境、同一材料、同样的计算式,由于测试周期不同,得出的结论不同。因此,在进行防腐蚀选材时,必须考虑腐蚀速率的时间效应。

3 长周期腐蚀速率降低的原因分析

钢在CO2溶液中的腐蚀过程是一个氧化还原过程,钢表面部分区域形成阳极区,发生氧化反应:

产生的电子被CO2溶于水后2次电离生产的H+( 氧化剂) 接受,或者与溶液中的H2CO3直接发生还原反应[7]:

进而产生氢气:

其总反应如下:

随着反应的进行,溶液中的Fe2 +浓度不断增加( 此过程中,溶液的p H值也在缓慢增加) 。判断是否发生Fe CO3沉淀的参数是过饱和度SFe CO3:

式中ρFe2 +———溶液中的Fe2 +浓度,mg /L

ρCO2 -3———根据CO2水溶液化学平衡计算理论[8]计算得到的溶液中CO23的浓度,mg/L

Ksp———Fe CO3的溶解度常数,是温度和离子强度的函数[8]

当溶度积ρFe2 +∶ρCO2 -3超过该环境条件下碳酸亚铁的极限溶解度时,钢表面会逐渐开始形成Fe CO3腐蚀产物膜,阻碍了离子的扩散,腐蚀速率降低。

此外,随着钢表面铁素体的溶解,作为阴极的渗碳体( Fe3C) 以多孔残留物的形式留在钢表面[9],在多孔渗碳体的根基处会形成液体滞留层,因液体滞留层以及层间间隙的存在,钢表面的p H值高于溶液中的值,且表面过饱和度SFe CO3远高于溶液中的值,按照溶液离子平衡计算,即使溶液中的SFe CO3很低,达不到结晶条件,钢的表面仍然会在短期( 约20 h) 腐蚀后形成Fe C和Fe CO3的混合层[10],阻碍离子的扩散,进而降低腐蚀速率。

因此,不论溶液中的ρFe2 +∶ρCO23 -溶度积是否超过平衡常数Ksp,钢表面均会生成抑制腐蚀进行的阻碍层,测得的长周期( 大于24 h) 腐蚀速率会随腐蚀的进行,呈降低趋势。只是不同饱和度下的腐蚀速率降低快慢不同。

4 长周期腐蚀速率的建议算法及实例验证

4. 1 计算方法

金属在腐蚀过程中会形成腐蚀产物层,对后续的腐蚀过程有阻碍作用,其后期腐蚀速率比前期小。对于只发生均匀腐蚀的金属,按照NACE标准腐蚀速率计算方法,将短期测试结果外推到1年时得到的结果会被放大,只有在测试时间365 d时才真正代表实际年腐蚀速率。由于工程项目设计时间和试验设备性能的限制,很难进行为期1 a的模拟测试。为此,以双失重函数法解决这一问题。

失重函数法是指同种材料在同种腐蚀介质和条件下分别进行n( n≥3) 次试验,测试周期分别为t1,t2……tn,逐渐递增,测得的失重为ΔW1,ΔW2,……ΔWn,失重量与测试时间的最佳函数关系为ΔW = f( t) ,其平均腐蚀深度h计算式如下:

由式( 9) 可以计算出任意时间段内金属的平均腐蚀深度,当t = 365天时,h值即为年腐蚀速率。计算结果的准确性主要取决于函数ΔW = f( t) ,试验次数n越大,最长试验时间tn越长,结果就越接近实际。

4. 2验证实例

南海某油田储层含有CO2,且含水率超过70% ; 油管材质为碳钢N80,下井不到3年即发生了腐蚀穿孔、修井、停产等事故,造成了巨大的经济损失。低Cr钢不仅可以降低均匀( 全面) 腐蚀速率,同时可以有效阻止点蚀的发生[11~13],其中3Cr钢是低Cr钢中的主要产品。为了解决油井套管的腐蚀穿孔问题并兼顾经济成本,拟采用3Cr钢套管进行防腐蚀。根据计算得出,套管的内壁厚度损失最大不能超过2 mm,又知油田开发寿命为15年,得到允许的最大腐蚀速率为0. 133 3mm / a。

试验用3Cr油套管钢的化学成分( 质量分数,% )为0. 190 00C,0. 320 00Si,0. 470 00Mn,0. 008 90P,0. 000 82S,2. 950 00Cr,0. 390 00Mo,0. 170 00Ni; 模拟油田采出水的p H值为6. 8,各离子含量: 8 350 mg /LK++ Na+,3 885 mg /L Ca2 +,57 mg /L Mg2 +,19 634mg / L Cl-,850 mg /L SO24,337 mg /L HCO3。采用高温高压动态腐蚀仪测试了3Cr套管的腐蚀速率,测试温度90℃,CO2分压0. 2 MPa,流速为1. 5 m/s。挂片尺寸为50 mm×10 mm×3 mm,按照SY/T 5329 - 94进行。不同测试周期下的失重量、腐蚀速率以及表面腐蚀状况见表1。

根据失重函数法得到幂函数拟合结果如下

对数函数拟合结果如下:

两个非线性函数的拟合结果中,幂函数的相关系数较高,因而选择幂函数作为最佳函数。将式( 10) 代入式( 9) ,有:

将t = 365 d代入式( 12) ,有:

h年= 0. 079 0 mm

即3Cr材料在该油田环境下的实际年腐蚀速率为0. 079 0 mm / a,小于腐蚀速率允量0. 133 3 mm / a,满足油田生产要求。

按照NACE标准计算的结果( 见表1) ,即使测试周期为60 d,腐蚀速率仍然高于设计允许值,会认为该材料不能满足该油田的防腐蚀要求,必须选择更高防腐蚀级别的不锈钢或镍基合金。而根据以上失重函数法计算结果,采用3Cr钢油管、套管进行防护是可行的。实际使用2. 5 a后取出3Cr钢管测试发现,其整体腐蚀为全面腐蚀且程度较轻,油管的内壁厚平均损失为0. 15 mm,未见点蚀坑,平均腐蚀速率为0. 060 0 mm / a,与本法的计算结果0. 079 0 mm/a接近。因此可见,用本法计算腐蚀速率是可靠的,能够满足现场设计要求。

5结论和建议

( 1) 以NACE RP0775 - 2005标准计算短期的平均腐蚀速率,再外推到较长的测试周期,所得腐蚀速率值不准确,只可用于比较不同材料的耐腐蚀性能,不宜用于估计材料的使用寿命。

油套管特殊螺纹接头质量探讨篇3

近年来, 随着科学技术水平的提高, 石油勘探技术与开发水平的提高, 使得井况也变得越来越复杂, 且油套管的服役环境也变得更为苛刻, 尤其是随着热注采井、深井、水平井、超深井、大位移井以及高压气井等的开发, 对于所用油套管特殊螺纹接头质量与性能的要求也越来也高。据统计, 当前油套管柱螺纹的连接上, 常用的方式为三种, 即特殊螺纹接头的连接、圆螺纹接头的连接以及偏梯形螺纹接头的连接, 其中特殊螺纹接头与偏梯形螺纹接头为APT螺纹, 下面文章就特殊螺纹接头进行详细地阐述。

2 当前我国油套管特殊螺纹接头整体水平研究

随着社会经济发展速度的加快, 国内对于油气的需求量也不断上升, 且开采的难度也逐渐增大, 对于特殊螺纹接头需求也不断提高, 在这种形势下, 为满足当前国内油气需求量, 国内也加大了油套管特殊螺纹接头的研究和开发, 且也获得了一定成果, 比如由四川攀钢、上海宝钢以及天津钢管所研发的各种油套管特殊螺纹接头目前已在各大油田中应用, 且所获效果也相对比较好, 尽管如此, 但是这些产品仍旧存在一些缺陷, 其主要表现为以下几个方面:第一, 在研发上缺乏创新, 且过度地盲目模仿, 所研发的产品自身实用性比较低;第二, 产品的种类相对比较少, 且适用范围也比较狭窄, 容易受到限制和影响;第三, 产品性能稳定性相对比较差, 且寿命也比较短, 由于加工精度不是很高, 造成其密封性能不够稳定。上述这些不足与缺陷也在一定程度上使得油套管特殊螺纹接头质量与性能受到了严重的影响, 导致其使用寿命被缩短。

3 油套管特殊螺纹接头质量分析

基于上述内容, 为有效克服油套管特殊螺纹接头所存不足与缺陷, 下面笔者基于自身多年工作经验的总结与积累, 就如何提高油套管特殊螺纹接头质量的相关措施进行详细地阐述。

3.1 设计

在设计时, 应首先弄清特殊螺纹接头的功能以及在怎样的环境中应用, 基于此具有针对性地来设计。其次产品结构应合理, 便于加工, 控制好原料的几何尺寸, 特别是管体壁厚的均匀度以及椭圆度。此外, 还应提升管体车削性能, 对轧制作工艺进行优化, 严格按照产品规范以及检验标准, 在源头上确保油套管特殊螺纹接头质量符合要求。

3.2 工艺和设备

在油套管特殊螺纹接头的加工上, 应选用重复定位性准、高稳定性以及刚性好的加工设备, 尽量用专用性的车丝机, 可引进国外所生产的先进车丝机。同时还应对工装进行优化, 合理且科学地进行加工工艺的制定, 因在加工中采取点夹持卡爪的方式, 容易使加工好的这一接头的椭圆度变差, 对此, 在加工时, 可对夹持方式进行优化, 借助于弧面包爪来进行加工, 以此有效解决接头椭圆度变差问题。

3.3 加大操作人员的培训力度和制定科学的检验测量规范

(1) 加大操作人员培训力度, 并规范操作行为, 提升其整体素质。在上岗之前, 应要求其到相应单位或者机构进行专业培训, 在获得资质证书后才可允许其上岗。在上岗以后, 应严格按照规定的操作要求来操作。同时编程人员在编程之前, 必须要充分了解所用车丝巾机的性能, 并对车丝机运行程序进行仔细地研究, 及时掌握其编程规律。

(2) 在检验之前, 应制定合理且科学的测量检验标准与规范。在所制定的标准与规范中应对测量仪器、接头尺寸的公差以及检测仪器等予以明确, 同时还要明确检验车程序以及接头参数测量方式。就特殊螺纹接头而言, 其测量检验规范和普通的API螺纹之间存在一定的不同, 尤其是一些关键尺寸以及关键位置, 对于所生产的全部产品应适时、全面且系统的检验。在实施测量工作时, 可借助于标准轮廓模板来对接头关键位置几何形状的准确性进行检查, 采用专用的量具来实施测量, 且生产厂家应该明确规定量具校准频率。除此之外, 为使量具准确性得到进一步保障, 全部量具应放于恒温这一环境中, 且在操作时, 尽量避免量具受到剧烈震动或者任何损伤, 及时进行比对以及校准。

(3) 国外先进测量检验技术的合理利用和学习。目前在国外测量检验技术上, 应用比较广泛的一种方式为随机检测, 这种方式是将检测以及加工有机结合, 待完成加工以后不需将样品取下就可进行检测, 在检测以后, 若样品尺寸需微调, 可继续加工, 一直到其满足要求为止, 这种方式不仅能够节约大量的材料, 使生产成本得到下降, 同时还可使生产效率得到提高。

(4) 表面处理工艺。

在特殊螺纹接头生产过程中, 对螺纹实施表面处理, 不仅可保护螺纹, 使粘扣倾向得到减小, 同时还可使接头密封性能得到改善。但是由于不同表面处理工艺对于接头性能所产生的影响不同, 对此, 在选用表面处理工艺时, 应结合接头服役环境来选用。目前在接头表面处理工艺上, 常用的方式有两种, 即螺纹表面镀层与涂抹螺纹脂。

4 结束语

综上所述, 随着社会经济的快速发展, 信息技术水平和石油勘探技术水平的提高, 使得所开采的这些油气井, 其开采的情况也变得越来越复杂, 且数量也随之增多, 在这种形势下, 对油套管特殊螺纹接头质量进行研究与分析也变得尤为重要。由于目前我国在特殊螺纹接头的研究上, 还处于起步阶段, 因此在设计与生产时, 为确保其质量满足要求, 提高其性能稳定性, 应加大基础研究力度, 提高研发人员设计水平以及操作水平, 对原材料的性能与加工精度进行全面且系统的控制, 借鉴国外先进且科学的设计生产工艺, 引进先进设备, 从而进一步推动国内油套管特殊螺纹接头质量。

摘要：本文就目前我国油套管特殊螺纹接头整体水平进行研究和分析, 基于其所存在的缺陷与不足, 分别从特殊螺纹接头的结构设计、加工工艺、螺纹的测量方式、表面的处理工艺以及检验等来对油套管特殊螺纹接头质量进行分析和研究。

关键词：螺纹,接头,工艺,油套管,质量

参考文献

[1]刘卫东, 吕拴录, 韩勇等.特殊螺纹接头油套管验收关键项目及影响因素[J].石油矿场机械, 2009, 38 (12) :23-26

[2]王琍, 罗蒙.宝钢经济型油套管接头产品开发及应用[J].宝钢技术, 2012, (1) :1-5

[3]韩新利, 王蕊, 韩军等.特殊螺纹接头套管质量控制的关键环节[J].石油工业技术监督, 2011, 27 (4) :26-29

油套管磁法监测技术研究篇4

一、磁法监测理论基础

磁场是由于运动电荷或电场变化引起的。任何物质都是由分子和原子组成的, 而分子和原子均带有电子, 并永不间歇的做轨道运动和自旋运动。假设不同电子的轨道运动和自旋运动为元电流线圈, 当不加磁场的作用时, 各元电流的方向各不相同, 不能显示物质的特性;当施加外磁场时, 各元电流的方向与磁场一致, 且磁场相互叠加, 就显示出物质的特性了。地球表面的外部空间没有导电流和磁性物质, 因此磁法监测所需要的激励源是天然地磁场, 不需要设置特殊的激励源。根据磁场的用途不同, 将磁场分为正常磁场和异常磁场。正常磁场和异常磁场相辅相成, 异常磁场是以正常磁场为基准, 即不符合正常磁场规律的, 就判断为异常磁场。在油套管磁法监测过程中, 就根据正常磁场与异常磁场之间的关系, 分析研究磁场的变化强度, 判断油套管是否损伤。物质的磁化就是将物质置于一定的磁场中, 该物质就会受到磁场的影响, 具有了一定的磁性。由于组成物质的不同, 原子产生的磁矩大小就不同, 不同的物质就会表现出不同的磁性。将物体施加一个外磁场, 物质在磁化的作用下就会显示一定的磁性。根据物质受外加磁场影响程度的不同, 将物质材料分为顺磁性材料、铁磁性材料和抗磁性材料。顺磁性材料是指对磁场产生正的影响并增强磁场的磁性的材料;铁磁性材料是指对磁场产生很大的影响, 并大大增强磁场的强度的材料;抗磁性材料是指对磁场产生负的影响, 减弱磁场的磁性强度的材料。磁法监测技术就是通过磁信号采集仪, 对油套管表面进行扫描, 采集不同方向上的磁性感应强度的变化, 分析处理采集的数据信息, 判断油套管中存在缺陷的位置以及缺陷的大小。这种监测方法是建立在天然地磁场的基础上的, 并且在采集的过程中要匀速采集信号, 才能准确的分析出曲线的准确位置。

二、磁信号的采集与去噪

在对油套管内部磁感应强度信号监测时, 磁感应信号强度会随着距离的增加而减弱, 因此必须采用性能高的监测仪器, 才能监测到磁感应强度的微弱变化。微弱磁场条件下的监测传感器主要有磁阻型传感器、磁敏型传感器和磁通门传感器。但磁阻型传感器线型度比较差, 磁敏型传感器热稳定性较差, 因此, 主要采用具有测磁分辨力高、线性度和热稳定性高、成本低的磁通门传感器。不管是在自然环境中还是在屏蔽室中, 磁信号采集仪采集的数据都十分稳定, 采集的数据基本上为一条直线。在利用磁信号采集仪器对油套管内部进行信号采集时, 首先将磁信号采集仪器垂直放入油套管中, 控制磁信号采集仪上下移动, 将油套管内磁感应强度变化值传输到计算机中, 形成磁感应强度变化曲线, 从而测得油套管的损伤情况。在实际监测中, 采集的信号一般含有噪声信号, 影响了采集信号的真实性, 降低了监测信号的精准度, 所以要对监测信号进行去噪处理。当前对于去噪的处理主要是利用小波变换去噪, 主要的方法有:利用小波变换模极去噪、采用非线性小波变换值法和基于各种尺度下小波系数相关性进行去噪。同时, 为了保证磁信号采集以采集的信号准确性, 可以运用循环迭代算法校正磁通门传感器, 并利用小波去噪法处理采集的信号数据。

三、试验数据处理与分析

为了测试磁法监测技术对油套管监测的效果, 选取了三根油套管进行试验, 以确定磁法监测技术的应用效果。在实验中, 采用了相关系数来表征客观存在事物变化量之间的相关性。对于磁法监测技术对油套管的监测进行分组合试验, 主要分为:油管、套管均无损组合;油管无损、套管有损组合;油管有损、套管无损组合;油管、套管均无损组合四种组合进行试验。通过试验得知, 如果油管无损伤、套管有损伤, 在磁感应曲线上, 套管损伤表现为波谷, 缺陷的大小根据相关系数异常区域来进行确定。如果油管、套管都有损伤, 在感应曲线上, 信号的幅值会上升, 并可通过抵消区域判断管道缺陷存在的位置。如果油管中存在穿孔损伤, 则采集的磁感应强度曲线幅值变化较为剧烈;如果油管中存在腐蚀损伤, 则采集的磁感应强度曲线缺陷部分磁异常较为平缓。同时, 通过在不同时段磁信号采集仪器的测量数据重复分析, 可知磁信号采集仪器采集的数据动态重复性好, 具有良好的稳定性。

四、结束语

通过分析研究磁法监测的基本原理, 分析了磁法监测油套管技术的可行性。磁法监测的激励源是天然地磁场, 无需设计激励装置, 降低了监测的难度和成本。通过磁感应其对油套管进行监测, 采集的信号具有良好的稳定性, 并可以运用循环迭代算法校正采集的信号, 增强采集信号的准确性。通过试验研究, 将磁法应用于油套管监测是可行的, 能够节约油水井开采的成本, 具有良好的经济效益。

摘要：随着油田油水井的不断增多, 油田生产用到的油套管数量增多, 油套管的质量问题是保证油田正常生产的关键问题, 油套管的缺陷探伤是保证套管质量的重要方法。现阶段油套管的测量一般都是在地面进行单管测量, 测量的时间长、成本高。文章研究分析, 提出了一种新型的磁法监测技术, 不用将油管取出, 可以直接进行油套管的监测, 文中介绍了该技术的工作原理, 通过试验分析了油套管磁法监测技术的效果。通过研究提高了油套管的监测的效率, 降低了监测成本。

关键词：油套管,磁法,监测,原理,试验

参考文献

油套管生产线专用晾床篇5

关键词：喷漆,油套管,钢管,晾床

近几年来我国石油套管、钻杆加工技术显著提高, 油套管及钻杆出口量猛增, 随之带来的钢管生产任务量以及钢管深加工量也越来越大;在油套管或钻杆生产线防腐处理工序后, 目前存在最大的问题是油套管或钻杆喷漆后不干, 无法保证生产线下一个工序的正常运行;按照以往生产线设置, 一种是在喷漆后加烘干设备, 靠电加热烘干, 由于油漆为可燃物, 所以烘烤温度不能太高, 很难达到预期效果, 往往经过烘干炉后还需要晾很长时间;另一种就是油套管在喷漆以后直接滚上晾干料架, 钢管在料架上依次排列, 这样的缺点是油漆未干以前, 钢管滚动、钢管接触、钢管碰撞都会破坏表面油漆, 直接影响防腐及表面质量。在油套管喷漆以后, 要不破坏表面油漆, 只有钢管减少滚动、减少相互接触。目前大多数生产线上布置的喷漆后晾干设备都无法达到预期效果, 油套管在晾干前表面都不同程度受到损坏, 直接影响产品的外观质量。

1结构及工作原理

油套管、钻杆生产线专用链式晾床, 包括驱动装置、驱动轴总成、带有V型块的特种链条、链条支架、被动链轮总成、特种链条涨紧装置。驱动轴总成整体靠电机减速器通过链条驱动, 布置在驱动轴总成的中部位置;驱动带有V型块的特种链条的链轮布置在驱动轴两端, 相隔距离根据生产油套管的基准长度来确定, 一般取油套管基准长度的0.5～0.6的系数, 而且两个链轮必须保证齿顶位置相同, 这样才能保证2～4列特种链条上的V型块处于一条直线上, 且平行于驱动轴总成中心线, 当整个驱动轴总成运转时, 油套管靠两端特种链条上的V型块支撑, 平稳的向前移动, 油套管间隔距离相等, 依次排开, 在向前移动时没有任何转动及碰撞。

当油套管在带有V型块的特种链条上依次排开后, 所有油套管的重量都通过特种链条滚轮, 将重量转加到链条支架上, 整个链条只承受所有油套管向前运动的滚动摩擦力;为了防止链条在没有油套管时滑出轨道, 我们沿着轨道焊接了4～8块链条挡块。

为了解决特种链条现场安装的涨紧问题, 将后端支座设计为上支座和下支座叠加而成, 被动链轮总成安装在上支座上, 可以同下支座前后滑动, 当整体安装完成后, 靠涨紧装置将上支座联同被动链轮总成向后推, 保证特种链条的涨紧。

整个链式晾床的驱动靠安装在驱动轴总成处的电机减速器驱动, 通过普通双排链传递动力, 电机减速器安装在底座上, 并在底座上设置有涨紧装置用于涨紧传递动力的普通双排链。电机减速机在整个生产线运转靠PLC程序控制, 检测则通过安装在链条支架上的2～4只接近开关检测油套管位置。

带有V型块的特种链条为特殊设计, 设计为双排链, 排间距靠安装在两排间的U型板控制, 支撑油套管的V型块布置在2个U型板上, 并同其中一个U型板焊接。

2技术特点

本油套管、钻杆生产线专用链式晾床, 其结构简单、布局合理、油漆晾干效果好、设备成本低, 钢管运送数量多;晾干后的油套管, 表面光滑美观。由于将油套管用2～4列特种链条上的V型块支撑, 接触只为2～4点接触, 在整个链式晾床的运行过程中油套管平稳前移;整个生产线通过计算机程序设置, 钢管一根接一根的进入链式晾床, 在出口钢管又一根接一根的被移出链式晾床, 整个晾床为间歇运行, 运行缓慢、平稳。

3 结语

本油套管、钻杆生产线专用链式晾床2008年开发以来, 先后应用陕西延长石油材料公司油套管生产线二期项目8套, 三期项目9套;江苏中油天工股份有限公司3套;山东泰丰钢业集团钢管生产线5套;陕西延长石油装备公司项目改造8套。本产品以优良的特性及高的性价比广泛应用在石油钢管、石油套管的生产线上。

参考文献

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[2]甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司.油套管、钻杆生产线专用链式晾床.中国, 201020266946.X[P].2010-06-22.

[3]钟文.油套管生产线测控与管理系统[J].石油矿场机械, 2008, 37 (2) :43-45.

油套管井筒电加热装置技术篇6

1.1 构成

油套管井筒电加热技术装置, 主要由地面供电和井下电加热两部分组成。如图1。

1.1.1 地面供电部分

(1) 特种变压器:输入电压380V, 输出电压23~370V, 最大输出功率100KW, 频率50H Z, 最大电流260A。 (2) 工频电源控制柜:采用集成电路芯片, 由主回路和控制回路组成。装有过流、欠流及短路保护、温度时间显示系统。 (3) 供电总开关:配有电度表对加热电量连续计量, 显示结果。

1.1.2 井下电加热部分

(1) 玻璃钢绝缘抽油杆:接光杆下, 外径32mm, 承受最大载荷17.7t。 (2) 油管绝缘短节:与油管柱地面部分、抽油机绝缘。外径110m m, 承受最大载荷50t。 (3) 回路短节:使油套管在井下连通, 规格φ188m m和φ132m m。 (4) 井下电力电缆:供电电源, 规格F95 (m m) 2。 (5) 绝缘扶正器:保证沿油套环空绝缘, 扶正油管。规格φ148m m和φ114m m。 (6) 发热元件:油套管柱。

1.2 作用原理

地面供电时电流通过电缆输入到与套管和抽油杆绝缘的油管上, 油管下部通过回路接头与套管连通, 并通过套管回到地面形成回路, 使两个载流导体形成方向电流且大小相等, 根据电磁感应原理, 当电流通过油套管时, 在电磁场作用下, 产生磁力线切割外导体, 使导体产生感应电势并垂直感应线的导体表面引起感应电流且发热。感应电动势 (E) 用公式 (1) 表示

式中:K—综合系数;f—交流电的频率;φ—交变磁通量的最大值。

在中频电加热系统条件下, 反复试验得出:在感应电势作用下, 油管、套管壁产生的涡流 (I) 与环路电阻 (R) , 环路电抗 (X) , 关系如下:

回路系统产生涡流 (I) 的大小与感应电势 (E) 成正比, 与 (R2+X2) 0.5成反比。当回路阻抗确定的情况下, 则发热量与感应电势 (E) 成正比, 而 (E) 仅与f、∮有关。工频与中频相比∮变化不大, 而f值相差10~50倍, 故中频电热效率高。要选好f值。

2 油套管井筒电加热主要技术参数的确定

2.1 加热深度的确定

对于浅井 (<1000m) , 其加热深度一般要求在油层部位。

对于中深井 (1000~2000m) , 其加热深度可控在目前技术允许范围。若把稠油拐点温度或含蜡原油结蜡温度定为井筒油流最低温度时, 根据式 (3) 计算某井所需加热深度:

式中:L—所需加热深度 (m) ;a—常数 (地区年平均地表温度) ;d—该油区的地温梯度 (℃/100m) ;T—井稠油拐点温度或含蜡原油结蜡温度 (℃) 。当L≥油井深度, 则该井所需加热深度均为油层深度。

2.2 加热温度的确定

当稠油温度达一定值后, 其粘度随温度下降而急剧上升, 迅速稠化, 这个定值温度叫稠油拐点温度。实践证明, 不同型稠油, 其拐点温度不同, 拐点对应粘度也不同, 保证稠油举升过程中具有较好流动性, 防止井筒温度低于拐点温度而急剧变稠增大抽油机负荷, 井筒油流温度必须在拐点温度以上。为防止原油在油管举升过程中结蜡, 保证油流温度高于结蜡温度。由于油套管是发热元件, 故当油流温度达到结蜡温度时, 其油套管本身温度远高于油流温度, 破坏结蜡条件, 所以油流温度只要高于结蜡温度即可。

2.3 加热功率的确定

根据电热能量转换原理, 所输入功率 (P) 必须满足油管内油流升温所消耗功率 (P1) 和油管外沿井筒向地层方向热损失功率 (P2) , 下式:

其中P1表示油流由初温T0上升到T1时所需消耗功率。故

式中:Q—油井日产量 (k g/s) ;λ—原油比热容 (k J/k g.℃) ;T0、T1分别表示初始和最终油流温度 (℃) ;P2表示沿井筒径向热损失功率:

式中:△t/R—单位加热深度径向热损失功率 (kw/m) ;L—加热深度 (m) 。

可见:

油套管井筒电加热目的通过电流流过油套管电阻自身加热, 其所耗功率是油管和套管相对直径的函数。为便于设计计算, 可将∆∆tt//RR值值进进行行校校正正, , 由由00..0088~~00..1100 ( (kkww//mm) ) , , 降降到0.03~0.045。日产油量>10t时取下限值, 反之取上限值, 即热损失增加。

考虑油管加热所耗功率占75%。式 (7) 变为:

式中:K—功率校正系数;A—视径向单位长度热损失 (k w/m) (A=0.022~0.035) ;此P值为所需总输入功率 (kw) 。已知输入功率P、回路总阻抗R0, 得:

输入电流:I=P/RI0) 0.5 ( (A)

输入电压:U=I⋅R0 (V)

回路阻抗:R0=0.096~0.125 (Ω/100m)

3 油套管井筒电加热装置的技术特点和应用条件

3.1 技术特点

(1) 结构简单, 操作方便。 (2) 加热与采油同步, 降低井底回压, 提高生产时率。 (3) 适用范围广, 清防蜡井、稠油井, 不受加热深度限制。 (4) 加热功率可调范围宽, 对特殊井可下入功率补偿器。 (5) 可实现全自动化管理远程控制。 (6) 对油层及环境无污染。 (7) 地面设备可实现车载式, 集中管理分井实施。

3.2 应用条件

(1) 井况好, 无套变;井斜<15度。 (2) 适用管柱规格2 1/2"、3″;套管规格为5 1/2″、7″的井。 (3) 油层不出砂或轻微出砂。 (4) 井下无落物。

4 现场应用效果

10年来, 推广应用500口井, 效果明显。

(1) 油管自身发热, 避免油管管壁结蜡, 提高生产时率。 (2) 降低能源消耗, 油套管电加热井, 单井消耗功率17~31.5 (k w) , 比空心杆电加热耗功率30~43 (k w) 节能约28.5%。 (3) 一次性投资及运行费低。较空心杆电加热一次性费用节1/3, 运行费节28.5%。

5 结论

(1) 油套管电加热装置较机械、空心杆电加热方法清蜡, 成本低效果好。 (2) 装置控制部分在地面, 便于灵活操作。 (3) 适用于各种稀油、稠油、高凝油, 有推广价值。

摘要：本文主要论述油套管井筒电加热技术装置构成、原理、技术特点、应用条件和运行参数确定及应用效果和前景。结合实践探讨研制油套管井筒电加热装置, 从而从根本上清除油管结蜡, 其工艺简单、操作方便、耗能低。

浅析油水井套管保护与防治措施篇7

1 套管损坏原因分析

注水过程中所发生的套管损坏主要原因是:

(1) 在注水压力过高时, 注入水窜入泥岩层所引起的泥岩膨胀, 蠕变和层间位移;

(2) 注入水窜入地层界面破碎带和断层面, 使断层复活;

(3) 注入水窜入盐岩层, 引起盐岩层溶蚀;

(4) 速敏所引起的地层出砂;

(5) 地层压力过低造成的压实作用;

(6) 注入水和地层水对套管的直接腐蚀结垢作用。

注入水窜入泥岩层所引起的套管损坏

(1) “水楔”作用

当注入水进入裂缝发育、层理明显的泥岩隔层时, 水在裂纹或裂缝中形成“水楔”。“水楔”作用产生对泥岩本身的挤压。当这种挤压力到一定程度时, 泥岩产生滑移而挤坏套管。这种滑移易发生在构造顶部, 倾角较大, 裂缝发育的部分。

(2) 泥岩吸水膨胀

当注水压力接近或超过地层破裂压力时, 地层产生裂缝, 注入水在层间窜流, 进入泥岩层。分散性蒙脱石吸水能力很强, 泥岩吸水膨胀蠕变将垂向的岩层压力转变为水平应力作用在套管上, 使套管受挤压而变形。蒙脱石含量高的泥岩井段挤坏套管的可能性较大。

(3) 泥岩蠕变和层间滑移

蠕变是材料在一定压力作用下, 随时间增加变形加大的现象。若注入水进入泥岩层, 则会引起泥岩吸水膨胀, 使泥岩发生蠕变, 产生塑性流动。在地层有一定倾角的情况下, 在上覆地层压力的作用下, 会发生层间滑移。层间滑移使套管受到挤压变形, 甚至挫断。这种情况多发生在构造顶部、地层倾角大的部位、断裂发育带及砂泥岩界面处。

2 套管保护的措施

套管损害多是由于注水引起, 因此套管的保护出发点应该从注水入手, 主要有以下几方面:

(1) 控制注水压力, 即使高压注水, 注水压力不宜超过地层破裂压力的70%-80%。

(2) 早期注水, 保持压力开采, 防止地层压力过分降低, 引起压实作用和地面下沉。

(3) 保持均衡注水, 保持地层压力的相对平衡, 尤其要注意在断层两侧保持地层压力均衡, 防止断层错移损坏套管。

(4) 减小层间压差, 防止隔层泥岩水侵。

(5) 保持合理的驱替速度, 防止大量出泥砂。

(6) 严格油田水的防腐, 阻垢, 杀菌, 过滤措施, 减缓腐蚀速度

另外在套管保护中应作到“防、治、用”相结合, 遏止套管损坏速度、减缓套损井对产量的压力。

(1) 套损井的防治

经过广大技术工作者对套管损坏的原因和机理的研究分析, 提出了若干防治套管损坏的措施, 一是防止外挤力超过套管屈服强度, 包括防止注入水进入非油层, 以防止泥页岩蠕变、层间滑动、断层复活、盐岩浸蚀坍塌等方法;二是提高套管强度来增加抗外挤力, 主要包括提高套管抗挤等级、套管的壁厚, 用双层套管和和防止射孔严重伤害套管等方法;第三是防止套管腐蚀。这些防治措施应在钻井过程中、投产完井施工中逐步组织实施, 特别是一些特殊区块的油水井。

(2) 套损井的治理

在套损井的治理中, 要和各区块油水井实际情况相结合, 要有针对性的实施成熟的治理方法, 努力作到多产油、多注水, 使用期限长, 治理成功率高。

(3) 套损井的利用

对一些无法修复或修复成本过高的井安装无管泵、下小直径封隔器或打侧钻井等工艺技术, 可使套管损坏井得以重新利用, 发挥它应用的作用。

3 套损损坏防治工艺技术

3.1 取套换套工艺技术

该工艺技术是把损坏的套管取出来, 下入新套管与井内剩余的完好套管连接上, 然后根据需要采取固井或不固井方式完井。取套换套工艺技术是修复套管损坏最彻底的手段, 但它受到技术条件和经济条件的限制, 该工艺主要施工过程如下:

3.2 小套管固井工艺技术

该工艺技术是在旧套管中下入新套管, 然后用水泥浆封固新旧套管的环形空间。当套管腐蚀损坏严重, 损坏段太长, 无法作一般修套技术修理时可采用该工艺技术, 根据我厂套损井特点, 成功的组织实施了小套管上部悬挂的新工艺和相关配套技术。该工艺主要施工过程如下:

3.3 套管补贴工艺技术

套管补贴工艺技术是利用机械力使特制钢管紧紧补贴在套管破漏部位, 堵住漏点。套管补贴工艺技术适用于油水井套管局部破裂、腐蚀的孔洞、丝扣漏失等严重外漏井。同时也可以用于封堵射孔井段, 调整开发层系。目前该技术以由波纹管补贴工艺发展到加固管两端密封工艺, 施工长度也能达到50米, 我厂补贴的最长井段为31米。

3.4 套损损坏检测技术

套管损坏井检测技术指的是测量油水井井下套管技术状况的测井技术, 以掌握井下套管的变形形态, 如变形长度、套损深度、内径变化、有无裂缝及变形方位等, 为套损治理提供可靠的技术数据。同时, 套管技术状况检测还可以对井下套管损坏及产生和加速损坏的环境及原因进行研究分析, 为采取预防措施提供科学依据。我厂目前使用的检测技术主要有铅模法、井温测井、18臂井径仪等, 这些检测技术还不能满足一些施工需要, 目前检测技术已逐步完善、配套, 出现声、电及机械等多种先进的检测仪器, 并向电子图像化过度。

3.5 套损井治理工作的建议

(1) 油水井管理人员继续深入学习套损井治理技术知识, 以更好地为套损井治理工作服务。

(2) 各部门一道继续做好有潜力的套损井的治理工艺、治理效果等方面的分析论证工作, 努力提高套损井的治理成功率。

(3) 进一步做好新工艺、新技术的引进、使用和管理力度;全方位、多渠道引进新工艺技术;加大套损井治理的现场监督和指导力度;以加速套损井治理进度和成功率的提高, 力争完成套损井治理任务。

(4) 建立套损井治理单井施工资料档案, 做好套损井治理后期管理工作, 特别是治理后井眼减小井的监督管理工作。

(5) 适应油田改革的形势, 算好套损井治理中投入和回收的成本帐, 为以后套损井治理定向送修或招标送修打下基础。

4 结论与认识

(1) 完好的注采关系和合理的注水方案是油藏开发效果的基础保障。

(2) 套损主要是地层压力差异大, 因此以预防和调整平面压差为主要目标, 严防超上覆岩压注水, 提高注采对应率, 优化参数控制采出井合理的沉没度, 防止憋压套损。

(3) 油田已进入高含水开采期, 应用精细地质研究成果, 提高注水质量, 控制高含水层, 提高薄差层的动用程度, 更好的挖掘油层中的剩余油。

摘要：油水井套管损坏问题始终伴随着整个油田的开发, 尤其注水油田开采过程中, 套管损害的几率和程度都大幅度提高, 套管的损害不仅严重影响油水井自身的正常生产, 而且降低了连通井组的注采关系, 同时造成作业施工难度增大, 如何预防套管的损坏已经成为各大油田迫切解决的共性问题。

关键词：套管,保护,防治措施