中国石化胜利油田分公司现河采油厂 朱桂平
摘要：随着内衬管的不断应用，截止2016年，胜利油田应用内衬管的井已达7700多口井，内衬管的应用使管失效占比大幅下降，杆断成为维护作业的主要原因，占比达到29%，其中腐蚀是主要原因。针对内衬管井的抽油杆腐蚀疲劳断裂的问题，通过模拟内衬管井筒环境，研究了矿化度、温度及二氧化碳分压对20CrMo钢的影响规律，为杆柱防腐技术发展及优化设计指明了方向。
关键词：内衬管；杆断；腐蚀规律
0前言
胜利油田自2006年开展偏磨治理以来，逐步形成以内衬管为主的治理技术。内衬管井应用数量不断扩大，截止2016年底，东辛、现河、胜采等六个开发单位应用井数已达7700多口，占抽油机开井数的33%以上。20CrMo抽油杆是胜利油田普遍采用的杆材，对于20CrMo抽油杆在内衬管井内的腐蚀规律研究很少。将20CrMo放置于模拟内衬管井环境中，研究了矿化度、温度、CO2分压对腐蚀速率及腐蚀规律的影响，为内衬管井的治理提供依据。
1.内衬井腐蚀原因分析
1试验方法
1.1试样和腐蚀环境选择
（1）试样
试验所用试样从胜利油田物资供应处检测合格的抽油杆，截取进行试件的加工制作，静态试样为12mm*22mm*2.5mm的平板。试验前，将试样进行400#、600#、1200#砂纸逐级打磨、5号金相砂纸、羊绒布打磨至表面呈镜面，用无水乙醇清洗、除油、干燥后后称重。
（2）试验装置。为高温高压反应釜。
（3）腐蚀环境
胜利油田内衬管井分布多，为了选择应用内衬管井多的三个开发单位，并选取典型油井的产出介质作为主要，温度30-90℃，CO2分压0-1MPa，所以我们选用。
（4）试验步骤
将样品用聚四氟乙烯带缠结，挂于高压釜中，关釜并通入高纯N2除氧，再冲入CO2反复冲放后加压至需要的压力，开始加热。试验结束后，取出样品，用配置好的去膜液清洗、再用无水乙醇清洗、干燥后称重，计算试样失重和平均腐蚀速率。
2试验结果及分析
（1）内衬层对腐蚀的影响规律
试验设计：A组：等尺寸20CrMo和N80钢片；B组：等体积在PE瓶中挂入20CrMo试片。
通过试验表明，杆体随着矿化度的升高，呈现先升高再降低的特征。是构成电解质的物质,在一定条件下在金属表面形成结垢,致密时缓解腐蚀，疏松时存在垢下腐蚀；介质流速也会通过破坏金属保护膜对腐蚀造成影响；PH值低时使保护膜溶解，加速腐蚀，高时有利于保护膜形成，缓解腐蚀，溶解O2对腐蚀的影响时非常显著的，而由于油井密闭，O2腐蚀发生几率低；H2S的影响也被排除；通过实验表明，内衬管比钢管使钢杆腐蚀加速30%以上。
（2）矿化度对腐蚀的影响规律
CO2分压0，温度为60℃时，20CrMo在不同矿化度条件下测得腐蚀速率。由图1可看出，随着矿化度的升高，材料的平均腐蚀速率在矿化度3万mg/L时出现峰值，然后随着矿化度的升高，平均腐蚀速率下降。
（3）温度对腐蚀的影响规律
CO2分压为0.6MPa，矿化度3万mg/L时，20CrMo在不同温度条件下测得的腐蚀速率，随着温度升高，材料的平均速率在60℃时出现峰值。之后，随着温度的升高，平均腐蚀速率下降。
（4）CO2对腐蚀的影响规律
图1、图2矿化度3万mg/L时，不同温度、不同CO2分压时，20CrMo的腐蚀速率关系。图3为30℃、矿化度3万mg/L时，不同CO2分压下，20CrMo的腐蚀速率变化，在低温时，20CrMo的腐蚀速率随着CO2分压的升高，先升高再降低，最大腐蚀速率出现在0.3MPa。在中高温（≥45℃）时，腐蚀速率随着CO2分压的升高，腐蚀速率不断升高。
看出，
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（4）杆体表面形态的规律
对腐蚀后的20CrMo钢的表面进行SEM形貌观察，分别如图4-图6所示。当不含CO2时，表面颗粒细小，腐蚀速率较低，腐蚀颗粒细小，成均匀腐蚀特征。当含CO2，中温（60℃左右），腐蚀产物多，有一定附着力。含CO2，高温（90℃）腐蚀产物颗粒大、松散。
3杆柱防腐措施
对腐蚀产物进行能谱分析，结果显示腐蚀产物主要包括Fe，Ca，C和O，如表2所示。
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表明腐蚀产物主要由FeCO3、Fe(Ca)CO3构成。在腐蚀过程中，溶液中的Ca2+可以置换出FeCO3中的Fe2+，从而形成Fe(Ca)CO3复盐[3,15]。因此，腐蚀膜中检测到大量Ca。此外，腐蚀产物中还检测到少量的Fe和Fe2O3。当试样脱离腐蚀环境以后，暴露在空气中FeCO3可氧化分解成Fe2O3。
3、认识
通过腐蚀试验的评价研究，掌握了介质、环境对钢杆的腐蚀规律，为内衬管井的杆体断裂治理指明了方向。（1）矿化度对20CrMo钢的影响，随着矿化度的升高腐蚀速率先升高再降低。 ( 2 ) 随着温度升高，20CrMo平均腐蚀速率先增大后减小，平均腐蚀速率在80℃达到3. 4 5 6 m m/a的峰值，并且试样表面出现明显点蚀。（3）随着CO2分压的升高，20CrMo钢的腐蚀速率基本都是升高，并且试样表面出现明显点蚀。
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作者简介：朱桂平（1984-），男，中级工程师。草西草东采油管理区开发副经理，长期从事地质研究、油藏开发、作业运行等工作。