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浏览:- 发布日期:2023-02-24 16:03:26【

毕红军1,徐国强2,朱永强2,齐建涛2,石秀慧1,毕军红1,李春林1

[1.中国石化胜利油田有限公司 临盘采油厂,德州 251507;2中国石油大学(华东),青岛 266580] 

摘 要:采用盲孔法对不同注水井油管进行残余应力测试,用电化学腐蚀测试及水接触角法结 合的方式对油管进行腐蚀性能测试,对不同材料的油管进行性能评价结果表明:镀渗钨合金油 普通油管玻璃纤维增强塑料油管防垢油管的残余应力依次由大到小;玻璃纤维增强塑料油 镀渗钨合金油管防垢油管普通油管的抗腐蚀性能依次由大到小

关键词:注水井油管;残余应力;腐蚀性能;性能评价 中图分类号:TB304;TG115.5 文献标志码:A 文章编号:1001-4012(2022)12-0039-04

注水井油管在油田开采过程中发挥着重要的作 ,然而受油管自身材料以及注入水的品质等因素 的影响,注水井油管的性能也会随着服役时间的延 长发生相应的变化为确保服役过程中油管的安 ,需要对其力学性能及化学性能进行测试残余应力是油管断裂的重要因素,故测量残余 应力具有重要意义,包括力松弛法(如盲孔法[1-3])[4-7],孔法因精度高理论完善等优点得到了较为广泛的 应用,但仅适用于表面残余应力的测量残余应力 的盲孔 法 测 量 执 行 标 准 包 括 ASTM E837—2001 通过钻孔应变计测量残余应力的标准试验方》、 GB/T31310—2014《金属材料 残余应力测定 钻孔 应变法CB/T3395—2013 残余应力测试方法 钻孔应变释放法,该方法较为成熟注水油管的腐蚀问题日益突出[8],这与油管自 身材料及水的品质有关电化学腐蚀测试技术是基 于电化学原理对油管进行腐蚀性能测试的方法,障了注水井油管的安全性,避免了相关安全隐患的 发生,广[9],,水接触角法进行非导体材料的腐蚀性能评价[10]笔者采用盲孔法进行残余应力测试,用电化学 腐蚀测试及水接触角法结合的方式进行腐蚀性能测 ,对不同材料的注水井油管进行性能评价,为油田 注水井油管的选用提供参考

1 试验方法

1.1 试样制

选取镀渗钨合金油管(1 # 油管试样)、普通油管 (2 # 油管试样)、防垢油管(3 # 油管试样)和玻璃纤维 增强塑料油管(4 # 油管试样),并分别截取试样(1)。 


1.2 残余应力测

采用 GB/T31310—2014标准测试油管外表面 的残余应力

1.3 电化学腐蚀测试 

采用 CS310H 型电化学工作站对1 # ,2 # ,3 # 管试样进行原位电化学阻抗谱(EIS)测试测试过 程使用的电解池为标准三电极体系,参比电极为饱 和甘汞电极,在测试温度下,相对标准氢电极的电位 0.241V,对电极为碳棒,工作电极为试样腐蚀 溶液为 NaCl溶液,开路电位采集频率为10Hz,集时间设置为60min,达到稳定的标准为10min上下波动不超过10 mV。交流阻抗测试阻抗谱频 率设置为10 -2~10 5 Hz。水样温度为80 ℃。 

1.4 水接触角测试

研究表明,材料表面能越低接触角越大,则污 垢结晶成核势垒越大成核速率越低,防结垢性能则 越好取盐雾腐蚀试验后的1 # ,3 # ,4 # 油管试样, 其中盐雾箱温度稳定在47 ℃,低盐水密度为(50± 10)g/L,pH 6.5~7.2,1 MPa,腐蚀时间24h,使角测试主要测试盐雾腐蚀试验后水在试样表面的 接触角,用于判断腐蚀的程度,尤其用于对比玻璃纤 维增强塑料管材试样与其他金属管材试样的抗腐蚀 结垢性能


2 试验结果分析 

2.1 残余应力测

4种油管的盲孔法残余应力测试结果如表1测点分布于油管的外表面,均发现有不同程度 的残余应力,这与油管成型和后期加工等工艺处理 有关残余应力对油管的承载腐蚀等有重大影响, 需要限制在一定范围内参照标准 Q/SY1394— 2011高抗挤套管》,残余应力应低152 MPa,能保证套管的抗挤毁等安全性能[11],1 # 镀渗钨合金油管试样的残余应力最大,超过 高抗挤套管标准规定的152 MPa,3 # 防垢油管试样 的残余应力最小。4个油管试样的残余应力从大到 小依次为:1 # 油管试样、2 # 油管试样、4 # 油管试样3 # 油管试

2.2 腐蚀测试 

2.2.1 水的试 

按照SY/T5329—2012 碎屑岩油藏注水水质 ,,2,24684.4mg/L

2.2.2 电化学性能测试 

,24hEIS,(2)电化,R1,R2,CPE /金属和恒常数元件[12-13]R2 同材同环境中腐蚀性能的标准,33个试样的电化学性能测试数据拟合结果排除1 # 试样在72h的试验误差后,可以看出:对于单一试样,随着时间 的延长,R2 不断增大,说明试样的抗腐蚀性能不断 降低在同一浸泡时间下,3 # 油管试样的 R2>1 # 油管试样的R2>2 # 油管试样的R2,说明试样的抗 腐蚀性能从大到小依次为:1 # 油管试样、3 # 油管试 、2 # 油管试样。 

33个试样在80 油田水样环境中的电 化学阻抗谱 图 中 箭 头 表 示 阻 抗 模 值 随 反 应 时 间逐步下 降,该 趋 势 与 等 效 电 路 数 值 模 拟 的 R2 随着材 料 在 油 田 水 样 中 浸 泡 时 间 的 延 长,面腐蚀产物疏松多孔,无法抑制腐蚀过程,疏松多 孔的腐蚀产物下的金属材料与本体溶液之间溶解 氧扩散路径改变,即形成腐蚀产物内外氧气浓差 电池,进一步 加 速 了 腐 蚀 产 物 下 的 金 属 基 体 腐 蚀 速率。 

2.2.3 表面纯水接触角测试

玻璃纤维增强塑料油管耐酸碱腐蚀,但玻璃纤 维增强塑料为非导体,故不能用电化学等试验评价 其抗腐蚀性能1 # 油管试样、3 # 油管试样、4 # 管试样进行盐雾腐蚀后的水接触角测试,结果如表 4所示4 # 油管试样的接触角最大,且数据相对集 ,说明该管材的防结垢性及抗腐蚀性最好,其次是 1 # 油管试样。3 # 油管试样的接触角最小,说明防垢 油管腐蚀严重,最易于结垢由此可知,镀渗钨合金 油管的抗腐蚀性和防结垢性优于防垢油管3油管试样的抗腐蚀性从大到小 依 次 为:4 # 油 管 试 、1 # 油管试样、3 # 油管试样结合电化学腐蚀测试及水接触角测试,可知4 种油管的抗腐蚀性从大到小依次为:4 # 油管试样1 # 油管试样、3 # 油管试样、2 # 油管试样

3 结语

(1)由残余应力测试结果可知,4种油管的残 余应力从大到小依次为:镀渗钨合金油管普通油玻璃纤维强塑料防垢油管(2)结合电化学腐蚀测试及水接触角测试,4 种油管的抗 腐 蚀 性 从 大 到 小 依 次 为:玻 璃 纤 维 增 强塑 料 油 管镀 渗 钨 合 金 油 管防 垢 油 管普 通 油管

来源:材料与测试网

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