油田用舊油管修復技術現狀及標準化建議

張朋舉，殷志杰，鐘陳，張仙文，王壯壯，陶文

油田用舊油管修復技術現狀及標準化建議

張朋舉1，殷志杰1，鐘陳1，張仙文1，王壯壯1，陶文2

（1.中國石油吐哈油田分公司機械廠，新疆鄯善838202；2.中國石油吐哈油田分公司鄯善采油廠，新疆鄯善838202）

分析了油管的失效形式，即結蠟、結垢、偏磨、螺紋黏結、腐蝕，以及失效原因；歸納總結了舊油管修復技術的3個階段，即分選+清洗+檢測階段、二次螺紋加工階段和再制造技術階段。建議在整合油田現有油管修復方法的基礎上，制定相關行業標準，實現對舊油管的修復技術、生產過程、現場應用的標準化引導。

舊油管；失效原因；修復技術；標準；技術

近幾年，國際油價持續在低位徘徊，國內多數油氣田企業面臨較大經營壓力。為了進一步提升企業在低油價時代的競爭力，降低油井開采成本，實現低成本發展戰略，成為國內各大油氣田企業的選擇。在油井的開采過程中，油井管是油氣勘探開發中不可缺少的鋼材，約占其鋼材消耗總量的40%［1］。據統計，油田勘探與開發井每鉆進1 m，約需油井管62 kg，其中套管48 kg、油管10 kg、鉆桿3 kg、鉆鋌0.5 kg［2-3］。在油井管中，一次性應用的產品為套管，油管、鉆桿和鉆鋌可以反復使用，在這三大可以反復使用的油井管產品中，油管所占的比例最大。油管作為油氣生產的主要通道，除了承受原油中各種腐蝕介質的侵蝕之外，還要在油井中承受各種外力破壞。一般情況下，在經歷一段時間的生產后，油管的通道容易結蠟、結垢，造成主通道的阻塞，桿管偏磨造成油管漏失，影響油井的正常生產；油管在正常生產時，受到蠕動和腐蝕性介質的侵蝕，螺紋連接處也容易發生失效。據相關資料顯示，油管端部螺紋處承載最大，油管失效部位99%發生在此處［4］。對這些發生一定程度失效的油管進行必要的修復，可以延長油管使用壽命，降低開采成本。

1 油管失效類型

目前，國內使用的油井管大多數是以API標準為主，還有部分非API油管在油田現場應用，非API油管主要是非API鋼級系列、非API規格系列和非API螺紋系列。當前，非API油井管占油井管總量的35%［5］，API標準的油管在現場應用依然占大多數。因此，分析和研究API標準油管在油氣田應用現場出現的問題，用盡可能的方法延長其使用壽命，可以節約油井開采成本。

1.1 結蠟、結垢

井底的原油由多種組分構成，各種烴類的物理性質有一定的差異，在人工舉升的過程中，容易形成多相流的形態。隨著溫度、壓力的變化，氣體的析出，溶解在原油中的石蠟便以結晶體的形式析出，伴隨結晶石蠟的還有井底的泥砂、其他修井作業的介質，形成固體結合物析出在抽油桿的外表面和油管的內表面，對原油舉升通道造成一定的阻塞，生產時間越長，油管內外壁結蠟、結垢就更加嚴重，從而導致油管的過流面積變小，油套環空過流面積變小，井筒清潔程度降低。油管壁結蠟、結垢示意如圖1所示。抽油機載荷增加，油井檢泵周期變短。用于油田清蠟的工藝技術眾多，常用的有機械清蠟、熱洗清防蠟、表面能防蠟、化學清防蠟、超聲波清防蠟、磁清防蠟和微生物清防蠟技術等［6］。這些工藝技術的應用都存在一定的局限性，因此結蠟、結垢一直是油管功能降低的主要原因之一。

圖1 油管壁結蠟、結垢示意

1.2 偏磨

隨著國內大多數油田都進入中后期開發階段，機械采油井在人工舉升方式中占據著主導地位。據相關資料顯示，有桿采油井占機械采油井總數的90%以上，目前有桿采油在采油中仍占主導地位［7］。在機械采油井的正常生產過程中，抽油桿與油管之間由于井斜和桿柱本身的受力狀態會產生一定的相對磨損，從而造成油管壁減薄，承載能力下降，達到一定程度會發生漏失，導致油井無法正常生產。油管內壁磨損如圖2所示，嚴重磨損產生的犁溝如圖3所示。造成油管偏磨的原因有：自然井斜引起偏磨、地層蠕動造成的井斜引起偏磨、“狗腿”變向引起偏磨［8-10］、套管變形引起偏磨、抽油桿“失穩”引起偏磨［8-11］。這些偏磨現象容易加劇油管螺紋連接處、管體的內外壁機械損傷，形成井筒漏失、油管通道與套管通道非工藝型連通，為油氣的正常舉升造成困難。

圖2 油管內壁磨損

圖3 嚴重磨損產生的犁溝

1.3 螺紋黏結

油管螺紋黏結是油管在使用過程中經常發生的問題?；镜穆菁y黏結原因有兩個方面：一個方面是螺紋在加工的過程中由于螺紋加工參數控制不當，加工完成后表面處理沒有達到理想的狀態，從而導致螺紋在配合的過程中，螺紋配合面之間出現黏著磨損、冷焊等現象，螺紋黏結的內、外螺紋端如圖4所示；另一個方面是在現場使用的過程中，螺紋密封脂使用不當或者螺紋表面沒有清理干凈，有砂礫、金屬顆粒等，造成螺紋黏結。在油管的反復使用過程中，螺紋擰緊與卸載有一定的次數要求，GB/T 21267—2007《套管及油管螺紋連接試驗程序》標準7.2.3節規定，油管應進行9次螺紋擰緊與卸載試驗，測試其抗螺紋黏結性能。然而，隨著油管使用次數的增加，油管接頭螺紋的抗螺紋黏結性能會呈下降趨勢。所以螺紋黏結也一直是油管失效的重要原因之一。

圖4 螺紋黏結的螺紋端

1.4 腐蝕

隨著油氣開采井生產時間的推移，采出介質中含水程度會進一步增加，導致油管管柱腐蝕加重。在正常生產過程中，采出介質一般為多相流狀態，伴隨著一定含量的各種腐蝕性介質（如Cl-、CO2、H2S等），并且平常的油井工藝中（如酸化、壓裂等）也會使用各種具有一定腐蝕性質的介質。這些腐蝕性的介質容易造成油管管材的腐蝕，形成全面腐蝕和局部腐蝕，使得油管壁厚減薄、穿孔，嚴重時會造成井筒事故，導致無法正常生產。點腐蝕造成的穿孔如圖5所示，大面積腐蝕形成的凹坑如圖6所示。

圖5 點腐蝕造成的穿孔

圖6 大面積腐蝕形成的凹坑

2 現有的舊油管修復技術

目前油田現場應用的油管，根據使用過后的損壞程度的不同，其修復技術有3個階段：第一個階段為簡單清潔和檢測階段，第二個階段為二次螺紋加工和更換接箍階段，第三個階段為對損壞的油管實現再制造階段。

2.1 分選+清洗+檢測

（1）分選。舊油管從井筒中起出來后，油管柱是由若干根油管組成的，因此發生損壞的程度都會有各種差異，需要對損壞一致的舊油管進行分類。據相關資料顯示，有的油氣田企業為了提高分選效率設計了相關的分選裝置，廢舊油管分選裝置如圖7所示［12］。舊油管的分選基本上都是采用人工和機械工裝的方式進行，以實現對舊油管歸類的目的。

圖7 廢舊油管分選裝置示意

（2）清洗。油管的清洗過程是將油管在正常生產過程中內外壁的結蠟、結垢、鐵屑、油砂堆積進行分離的過程。近年來，主要采用加熱清洗、化學清洗、物理清洗等清洗工藝和方法用于舊油管的清洗［13］。加熱清洗是利用蠟和油污在相變溫度附近加熱，會導致其流動發生變化，黏結力下降，這種清洗方法對在高凝油、稠油井中應用的油管效果明顯一些，但是對于結垢、結銹的油管效果不是非常明顯?；瘜W清洗是利用化學藥劑與結垢物、銹蝕的氧化物發生化學反應以達到清洗的目的，例如采用一定比例的鹽酸，對油管進行浸泡，可以達到除垢和除銹的目的。但是化學清洗的環境成本較高，廢液處理的難度較大。物理清洗也是一種方式，有用高壓水射流的方式，利用70 MPa的壓力將水壓至旋轉射流的接頭處，使水在外力作用下進入舊油管內腔并移動，以達到清洗油管內壁的目的；有的將高壓水射流方式與特殊的鉆頭結合起來，在油管內部依靠刮削和水沖洗清洗油管內腔。根據舊油管的結垢情況，選擇對應的方法，都能實現舊油管的清潔。

（3）檢測。管體按照API Spec 5CT—2011《套管和油管規范》標準中NDE無損檢測進行檢測，首先保證管體的完好，其次是螺紋參數的檢測，嚴格按照API Spec 11B—2010《抽油桿規范》標準中對螺紋參數和檢測方法的要求進行檢測，內外螺紋均達到要求后，按照API Spec 5CT—2011標準進行靜水壓試驗，認為合格后方可流轉進入成品管理。

2.2 二次螺紋加工

按照API Spec 5CT—2011標準，油管長度可以選擇范圍1為6.10～7.32 m（最大可為8.53 m），范圍2為8.53～9.75 m（最大可為10.36 m），范圍3為11.58～12.80 m（最大可為13.72 m）；所以在長度范圍之內，只要保證油管管體完整性良好，可以對損壞的螺紋端鋸切之后進行二次加工，若接箍損壞，可以更換新接箍。此外，相關資料顯示［12，14］，應用摩擦焊接技術可以解決獨立加工的螺紋接頭與油管管體的焊接，也成為了另外一種螺紋加工方法，最后按照新油管的加工方法完成后續的加工檢測即可。

2.3 再制造技術

目前，國內有部分制造商應用自蔓延高溫合成法對廢舊油管進行再制造。自蔓延高溫合成法是近30年來發展起來制備材料的新技術，其特點是利用反應物內部的化學能來合成材料［15］。在舊油管內腔中將Al粉和Fe2O3粉按照一定的比例進行混合，在高速旋轉的離心機的作用下，形成鋁熱劑，在管端點燃，式（1）中的反應就被引發了，開始自蔓延至另外一端的管端。

由于這個反應的過程中釋放出大量的熱能，燃燒的最高溫度可以達到3 428℃，高于生成物Al2O3和Fe的熔點使生成物瞬時熔化［16］。在高速離心力的作用下，熔融態的Fe和Al2O3被分離，在冷卻過程中，密度比較大的鐵與油管內壁凝固結合，密度較小的Al2O3在油管的內表面形成致密的陶瓷層，自蔓延高溫合成法修復舊油管工藝過程如圖8所示，這種方法不但修復了廢舊油管并且提高了油管的防腐、防結垢性能。

圖8 自蔓延高溫合成法修復舊油管工藝過程示意

3 討論

通過對油田在用油管的失效形式進行分析，結蠟、結垢、偏磨、螺紋黏結、腐蝕是油管失效的常見形式，油管在正常的使用過程中，存在一定比例的廢舊率。為了延長油管的使用壽命，根據對油田現場的調查，現有的對廢舊油管的處理步驟是：首先要對廢舊油管進行歸類管理，將失效類型一致的油管進行統一收集；其次采用各種清洗技術，對油管進行清潔處理，為進一步檢測做好準備；最后應用不同的修復方式進行檢測修復。從目前對在油田上應用修復技術的分析，尚未形成系統化的修復標準，廢舊油管的修復沒有相關的行業標準作為支撐。應該形成廢舊油管初選的條件、針對性的修復工藝和相應的檢驗標準。例如：判廢標準的建立，在什么情況下油管失去了修復的可能，是特別嚴重的變形，還是特別嚴重的腐蝕；此外，也有相關材料顯示可以針對修復油管進行降級使用，使其成為地面集輸管線［17］。每年國內各大油田都有大量的廢舊油管，廢舊油管的再次應用可以節約成本。以西部某油田為例：該油田每年的產量為210萬t，每年新油管的用量為2萬t；現在采用“分選+清洗+檢測”和“二次螺紋加工”兩種修復技術，每年修復舊油管30 000根，修復舊油管的總費用為540萬元；如果全部更換30 000根新油管需要資金1 311萬，應用修復油管之后每年可以節約771萬。如果形成統一的舊油管修復標準，并在國內各大油田進行推廣，將會節約大量資金，降低大量新油管的應用，降低碳排放，進一步緩解環境污染。

4 結論

（1）分析了油田現有油管在使用過程中容易出現的幾種失效形式，并在此基礎上分析了各種修復技術的相關原理，歸納總結了舊油管修復技術的3個階段。

（2）建議從現有油管失效形式、修復技術、檢驗方法、降級使用條件、報廢條件為出發點，整合油田現有油管修復方法，并形成行業標準，為油管的充分應用提供可靠的技術保障，進一步節約油田開發成本。

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●簡訊

天津鋼管集團股份有限公司首次向古巴國家石油公司供貨［發布日期：2016-08-22］日前，天津鋼管集團有限公司（簡稱天津鋼管）首次供古巴國家石油公司的套管順利完成交貨。該次供應的套管包括技術套管和表層套管，其中半數以上套管是天津鋼管開發的有獨立知識產權的抗硫品種。（摘自：天津鋼管集團股份有限公司網站）

邯鄲新興特種管材有限公司獲取大規模油套管產品訂單［發布日期：2016-09-19］2016年9月12日，邯鄲新興特種管材有限公司與勝利油田孚瑞特石油鋼管有限公司簽訂6 650 t石油套管訂單，規格為Φ177.8 mm×10.36 mm。

（摘自：新興鑄管股份有限公司網站）

Present Situation of Repairing Technology of Used Oil Field Tubings and Suggestions for Standardization

ZHANG Pengju1，YIN Zhijie1，ZHONG Chen1，ZHANG Xianwen1，WANG Zhuangzhuang1，TAO Wen2

（1.Machinery Plant，CNPC Tuha Oil Field Company，Shanshan 838202，China；2.Shanshan Oil Production Plant，CNPC Tuha Oilfield Company，Shanshan 838202，China）

Analyzed in the paper are various types of and causes for the failures of oil tubings，such as paraffin precipitation，scaling，eccentric wear，galling and corrosion.The repairing technology for used oil tubings is summerized as 3 stages，i.e.the sorting+cleaning+detecting stage，the re-threading stage，and the re-producing stage.It is recommanded to establish a relevant industry standard by integrating the current repairing methods for used oil tubings，so as to provide a standardized guidance to the repairing of used oil tubings，the manufacturing process，and the field application.

used tubing；failure cause；repairing technology；standard；technology

TG335.7；TE931+.2

B

1001-2311（2016）05-0072-05

2016-03-14）

張朋舉（1983-），男，碩士，工程師，從事空心抽油桿的制造與應用方面的研究工作。