油井套管的描述和腐蚀危险的起因

18.1 油井套管的描述

在油气田和油气藏，要在井筒里下人套管以增强油气井的稳定性。根据井的深度和运行条件，在接近地表的井简里几根套管要套接在一起(称为套接式油井套管，见图18-1)。在外层套管与周围地层岩石之间的环形空间里要注人水泥，直到新井地面的整个井筒深度，目的是封堵上部地层，隔开淡水地层与盐水地层，并靠它承受周围岩石土层的挤压力。只要没有延伸的电池腐蚀影响，或者没有外来阳极干扰，腐蚀防护总是有效的。并筒套管里注水泥时，在整个套管表面水泥的分布通常是很不均匀的，总是有些管段没有水泥覆盖或者只有极薄的一点水泥覆盖在表面。"

早年的井筒套管，往往只在油气生产层段以及它们的上部地层注水泥。无水泥的层段里含有残余的钻井泥浆和大小不等的岩石颗粒。钻井过程的循环泥浆里含有硫酸钡和水的悬浮液，它们密度很高，而且常含有盐分，这会促进腐蚀电池的作用。

18.2 腐蚀危险的起因

通常只在油井外套管部分注水泥的做法往往导致在到无覆盖层的较短的过渡区域里形成电池(水泥中的钢/土壤里的钢)(见4.2节和4.3节)。与人们熟悉的地表面附近“钢土壤”的阴极情况不同，注人水泥的钢阴极活性是受限制的，因为在潮湿状态下，氧的进人受到阻碍(见5.3.2节)。因此，预期主要在地表附近的土壤里会发生以“钢-水泥”作为阴极的腐蚀电池的腐蚀[见图 4-3(d)]。

18.2.1 腐蚀电池的形成

由于不同油气井之间通过输油管线建立起电连接，因自然腐蚀电位的差异，所以在不同油气井之间会有电池电流流动，由此使这些井起到电池中的阴极或者阳极的作用。这样的电流量可以达到几安培，因此会造成严重的腐蚀破坏。在钻井与油田之间安装绝缘装置

就能够阻止这些电池的活动。

用第18.3.1节描述的油井剖面曲线测量技术能够查明受到腐蚀威胁的井下套管的井段位置，但是，这种油井剖面曲线测量技术一般无法识别哪些因素是造成腐蚀破坏的主要因素。

在油气井整个深度上，井下套管要穿过若于种不同的地质地层，包括盐水层和惰性基岩。此外，根据地层条件，还会有腐蚀性气体(CO、HS)，并且不同地层的温度差异可能高达50℃。这些因素都增加了深层土质的腐蚀性，因为地层里的盐分和形成的浓差电池会限制套管表面保护膜的形成[见图4-3(b)、图4-3(c)]。18.2.3 发生应力腐蚀的条件

18.2.2 不同土层的自然腐蚀

随着深度的增加，并下套管受到越来越高的温度的影响，加上不断增加的拉应力作用，所以存在应力腐蚀的危险。根据第2.3.3节的数据，在套管实施阴极保护的情况下按照式(2-17)和式(2-19)会产生NaOH，并且因为NaOH与土壤里的CO反应会生成其他成分，那么，在第2.3.3节所列举的e、g、h条件下(e.温度升高时，在苛性苏打中的普通碳钢或低合金钢;8.在NaHCO:溶液里的普通碳钢或低合金钢;h.温度升高时，在 NazCO;溶液里的普通碳钢或低合金钢)，就有发生晶间应力腐蚀的危险。第2.4节说明了临界电位与保护电位范围。在通常的使用条件下，可以认为不会发生NaHCO:引起的应力腐蚀，因为有适当的阴极极化，也不会发生 NazCO;和 NaOH 引起的应力腐蚀，因为它们的浓度很低。而且，高碳、高强度套管钢材增强了抗应力腐蚀的能力[1]特别不容易达到必要的临界应力值。以往的经验已经表明，在实施阴极保护的套管管上，从没有发生过应力腐蚀破坏。

18.2.4 阳极干扰(电池形成、杂散电流)引起的腐蚀

  在高含蜡原油的油田，生产油管必须每星期加热清蜡。用大约1.2kA的直流电从井口通到井下生产油管使管子加热。电流再通过井简下部生产油管与套管的触点经由套管返回此直流电源装置。在套管里，部分返回电流被分出，通过岩石土层返回井口，其结果是，在加热过程中，套管下部被阳极极化了，这会对1000m半径范围里的其他油气井产生干扰。

由于油田或油藏的井下套管互相距离往往比较近，所以它们会受到阳极地床的电压锥和其他套管的阴极电压锥的影响。因此，最好对大型油田和油藏的所有井都实施阴极保护。