浅谈油气井开发环境敏感断裂现象

浅谈油气井开发环境敏感断裂现象

贺陆军

延长油田股份有限公司志丹采油厂 陕西延安 717500

摘要：随着可持续发展战略的贯彻与执行，对环境资源保护工作得以有效展开，通过对环境影响评价展开分类管理，可以有效的提高环境保护质量，方便工作人员对环境敏感区等特殊环境区域进行重点保护。油气开采过程中的风险隐患多，采取科学妥当的安全防控技术和措施是十分必要的。因此油气井装备的关键部件会出现裂痕和其他严重的损坏，产生的安全问题不可忽视，会造成重大事故隐患，环境污染、人员伤害和财产损失等问题。如果管柱存在锈蚀和其他损坏缺陷，在正常作业的同时，承受不同的拉拔、压缩、内部承压等情况，导致管柱出现裂纹，使管壁韧性下降，导致严重的脆性变化，发生断裂。面对突发事件，各种安全应急措施都会失效，从而面对危害，发生不可预见的重大事故。

关键词：油气井开发；环境敏感；断裂

引言

油气田开采进入到深井高难度井阶段，生产作业环境的风险因素也更多，更难控制。目前常规油气资源难以满足需求，而新区块的油气田开发存在储层深、开发难度大的问题，其中开采环境问题如高温高压和腐蚀性气体等对开采设备的影响甚大，存在管柱断裂的情况，导致设备性能强度降低，发生失效现象。开采井越来越深，对设备和管柱连接的强度设计要求也在增加，现场实践表明，钢强度增加的同时面临环境敏感也会增加，导致其强度的减弱，同时在腐蚀坑和内压等作用下会加剧腐蚀，产生裂纹，不利于深井的开发，因此对钢在环境敏感断裂的研究有助于开采安全以及装备的可靠性和完整性。本文针对油气田开发中存在的管柱开裂和断裂情况，列举了几种环境敏感断裂的原因及示例，由于突发性开裂或断裂危害甚大，环境敏感断裂是导致突发性开裂和断裂的主要因素，本文从温度，腐蚀介质，材料与不同金属材料连接等影响因素对环境敏感断裂进行了简述，对规避材料腐蚀及断裂有一定意义。

1环境敏感区定义

环境敏感区对环境影响评价分类管理有着至关重要的作用，是决定环境影响评价分类管理能否得到有效展开的重要依据，所以，相关人员需要对环境敏感区加以重视，在环境敏感区的基础上展开环境影响评价分类管理工作。而所谓的环境敏感区则是指依照国家相关法律法规依法建立的自然，文化等多种领域的保护区域，如果对环境敏感区进行细致划分，那么环境敏感区大致分为三类：第一，自然保护区，也就是说，国家目前现存的风景名胜，科研保护区，资源保护区等等，应根据其自身的稀有程度来划分等级，并根据等级来展开相应的保护措施。第二，风景名胜区，具有观赏以及文化科研意义的风景名胜，如湖泊，山川，河流等自然景象，通俗来讲也就是现代人们旅游的主要观光浏览地点，具备一定的观赏价值，第三，基本农田保护区，我国是一个以农业为主的农业大国，而农田是农业生产的根本所在，所以我国对基本农田保护区具有一定的保护措施，同样也属于环境敏感区的范围之内。除此之外，还有很多细致的划分不能一一列述，例如社会关注区，生态敏感和脆弱区，水土流失严重区等。

2浅谈油气井开发环境敏感断裂现象

2.1氢应力的破坏影响因素

开采井中存在硫化氢是个重要的危害，另外在进行酸化作业时候也会造成一些金属件的损害，这几种环境下存在的氢离子与钢材接触并溶入金属后，聚合后成氢分子，氢分子聚团造成应力集中，金属材料件会变得脆弱。金属件发生应力变化时，腐蚀和脆裂会发生不确定性，上述几个因素之间目前无法确认之间明确的关系。某些完井液或环空保扩液在高温或特殊环境下会析氢或生成硫化氢。已确认深井磺化泥浆在长期高温下会生成硫化氢，并可能导致上部低温井段高强度钢氢脆和应力腐蚀开裂。因此在高温井中不允许磺化泥浆长期滞留井中。近年来已有研究报道，甲酸盐在高温和某些特定环境下也会析氢，但尚未见到造成油套管断裂的报告。氢脆只可防，不可治，在材料加工处理时可以从热处理和设计镀层等来防范。生产过程中，在含硫气井的相关设计中，严格参考相关技术标准和企业或者行业规范来应对脆裂和应力腐蚀导致的开裂。

2.2卤化盐的破坏影响因素

目前完井液，压裂液等常加入盐离子来提升液体的密度，常用的盐类有氯化钾、氯化钠等，占比值具有密度高、批量使用成本较低，购买方便、应用广泛等特点，应用广泛。上述氯化钾、氯化钠在完井液中应用于高强度管柱，能够发现其存在应力腐蚀所产生的开裂倾向；这种情况对于使用环境在高温、高压、高浓度等环境中、交变应力的影响下会更加明显。另外存在一氧化碳、二氧化碳、水的环境中，使用高强度钢和不锈钢同样会发生腐蚀和金属结构内的开裂可能。对于含有氯离子的溶液所产生的腐蚀，尚未形成相关规范和标准，需要在设计阶段，通过经验判断等措施防止腐蚀开裂风险。在井下作业时，原则上不应允许氯化钠、氯化钾、氯化钙等工作液长期滞留井下。溴化锌、溴化钙应在严密的适用性评价后方可用于长期滞留井下的完井液。国内油田下入13Crs油管实施井下作业时，发现油管开裂，出现较为明显的氯离子应力腐蚀和开裂现象。

2.3电分解产生的开裂现象

活泼度不同的金属互相接触并处于腐蚀性环境中，不同金属成为腐蚀电偶，分别充当电池的两极。由于两种金属之间存在电位差，导致较活泼的金属成为阳极更易发生腐蚀，这种腐蚀为电偶腐蚀；而不活泼金属成为阴极不会发生变化，腐蚀效果较差。这种现象称为接触腐蚀。电腐蚀溶液环境下，不锈钢或合金与碳钢或低合金钢接触，两种金属形成电偶，电偶会激发金属组织中特别是组织缺陷聚合氢分子，聚合氢造成材料脆化。可能发生电偶诱发氢应力开裂的材料有镍基合金管、不锈钢与碳钢或低合金钢管等。由于在井下管柱连接中，常存在两种金属特别是不锈钢与碳钢之间的螺纹连接，故有电偶腐蚀和电偶诱发氢应力开裂的情况，这种情况又伴随缝隙腐蚀、应力腐蚀、相变动力学腐蚀等，管柱经常出现的开裂导致断裂情况发生。因此，为了避名上述情况发生，在设计阶段和管柱连接时，留意不同管柱连接导致的两种腐蚀现象，具体实施方法如下：（1）不锈钢与碳钢管的螺纹连接，以13Cr不锈钢为例，油管头、生产封隔器上下连接，安全阀上下连接。电偶腐蚀是主要的影响因素，应该侧重处理。（2）内外层管柱接触，以13Cr不锈钢油管为例，在井斜变化较大与套管接触的位置，套管选用碳钢。这种情况主要是电偶腐蚀和缝隙腐蚀两种，同样需要采取措施规避。

结束语

综上所述，有多种情况可以导致开裂和断裂，而大部分开裂归为环境敏感断裂，环境敏感开裂的影响因素包括结构、材料、接触介质、环境参数（如上面提到的温度和电位激励等），会让材料的韧性降低，脆性提高，改变原有的力学性能，发生断裂。在油气井井控技术措施应用过程中，除了保障技术的科学可行性以外，还要加强安全意识的教育、提升全体工作人员的安全责任心，避免出现侥幸心理和懈怠心理，保障井控技术措施顺利实施，达到理想的效果。

参考文献

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