光杆腐蚀机理及修复方式探讨

光杆腐蚀机理及修复方式探讨

1 邓洪涛 2 冯新永 3 谢士峰 4 陈桂军

1 胜利油田胜利采油厂管理五区 山东东营 257041 2 胜利油田胜利采油厂管理五区 山东东营 257041 3 胜利油田胜利采油厂管理七区 山东东营 257041 4 胜利油田胜利采油厂管理五区 山东东营 257041

摘 要：光杆腐蚀造成井口漏油、污染环境，本文就光杆腐蚀机理及修复方式提出见解，认为可根据轴类零件修复方式采用适用于油井环境的激光焊和冷熔焊方式进行修复，从而达到防止漏油、保护环境的目的。

关键词：光杆 腐蚀 激光焊 冷熔焊

在石化行业中，光杆是指钢质圆形杆件，上连抽油机，下连抽油杆，起传递动力作用，它与井口盘根盒内胶质盘根相接触，依靠光杆光滑表面与盘根的弹性配合，起到密封井口，防止污染作用。胜利采油厂近年进行了以聚合物驱为代表的三次采油，在提高了原油产量的同时，聚合物驱带来的腐蚀性地下水也给油田生产带来了新的问题，越来越多的油井光杆出现了腐蚀问题，腐蚀一般表现为沿轴线方向上窄下宽柳叶状，宽度为3-10MM,深度0.4-0.9MM,长度为10-30MM，杆下部腐蚀情况远高于杆上部，光杆表面由于腐蚀出凹槽，盘根不能起到良好的密封作用，造成井口漏油、污染环境。光杆腐蚀原因：

1高矿化度地下水，油井产出液为油气水混合物，采出水的矿化度很高，含有大量的金属离子CO₃^2-、Cl^-,具有较高的导电能力，Cl^-为活性阴离子，半径小，具有极强的吸附作用和穿透作用，破坏局部区域，形成活性区，此外，Cl^-还排除O₂在金属表面的吸附，使金属的溶解加速进行，造成点蚀。

2井液中含有硫化氢，硫化氢是一种无机化合物，化学式为H₂S,为无色易燃酸性气体，可溶于水，形成氢硫酸，氢硫酸作为一种弱酸，长期腐蚀钢质杆件，从而形成腐蚀。

3光杆做上下往复运动，以盘根盒为界，盘根盒上方为大气环境，富氧区，盘根盒下方为井液，贫氧区，于是在光杆上形成了氧浓差电池，贫氧区电子流失被腐蚀，富氧区受到保护，由此造成光杆下部腐蚀高于上部。

4井液通过盘根盒下方三通进入地面流程，液流由垂直管流转为水平管流，在此处形成湍流现象，形成局部低压区，井液携带的液态天然气在此析出气泡又破裂，由此产生的膜液滴现象，对光杆施加破坏力。

5光杆在运行到上下死点时，速度最慢，方向相反，与之紧密接触的盘根所受力在上下死点方向也相反，作用在光杆上的反作用力交替反向，盘根对光杆侧面受力也在不断变化，力的交互作用使光杆接近下死点处产生腐蚀现象机率远远大于其他部位。

由上可知，高矿化度地下水，硫化氢、氧浓差、膜液滴、盘根侧面受力共同造成光杆腐蚀现象，使光杆光滑表面出现点蚀，而出现柳叶状蚀坑。

为解决上述问题，胜利油田进行了大量的工作，目前采用的方法主要为更换耐腐蚀光杆，但存在更换困难，浪费成本、环保压力大等问题，急需找到一种简单方便实用的方法。

通过查询资料，我认为可以通过对光杆表面进行修复来解决上述问题。当前投入现场应用的轴类零件表面凹槽修复方法主有镶套、粘涂、喷涂、焊补、喷焊、冷熔焊、激光焊等七种，结合光杆现场应用环境，我认为镶套会破坏光杆结构强度，粘涂不适用于高腐蚀性地下水环境，喷涂后期需现场再加工，无法保证光杆表面光滑度，焊补会造成光杆温升，产生应力；喷焊亦需后期加工，无法保证光杆表面光滑度；冷熔焊和激光焊适用于光杆修复。

1　激光焊修复

激光焊作为近年来发展迅速的一种新型表面工程技术，通过热传导实施焊接，即以激光束为能源，激光束通过光学元件导引，随后再以反射聚焦元件将光束聚焦后投射在被焊接表面，热量通过热传导向内部扩散，使基材表面和堆焊材料之间形成熔化冶金结合的一种高效精密表面修复

激光焊工艺流程：首先对工件表面进行清理，用软布、砂布等去除表面氧化物、油污杂物，将激光照射在焊丝及工件表面，将光能转化为热能加热融化，工件表层的热以热传导的方式继续向材料深处传递，被焊工件经受快速加热和冷却作用，将焊件与焊材熔合在一起。

激光焊不但能修复失效部位尺寸，还可对失效部位进行强化，从而延长轴件的使用寿命。根据实际情况可将入热量降到最低的需要量，热影响区金相变化范围小，且因热传导所导致的变形亦最低。焊接后工件温升很小，修复后基体不变形、不退火，没有残余应力，不改变其金属组织状态，不需使用电极，没有电极污染或受损的顾虑。且因不属于接触式焊接制程，机具的耗损及变形接可降至最低。修复精度高，结合强度高，耐磨，不需真空，亦不需做X射线防护。同时激光焊采取数控技术，且有效率高等优点。缺点是焊接位置须非常精确，必须在激光束的聚焦范围之内，能量转换效率低，修复费用较高。

2冷熔焊也称保护熔丝焊补、仿激光焊，是对表面缺陷的一种修复技术，利用电容器的脉冲电能，瞬间释放出高温热量 (1 600 ℃)，将特定的金属焊材与工件母材熔合在一起。冷熔焊设备包括脉冲电源、铜焊把、焊材。冷熔焊工艺流程：为使冷熔焊工作顺利实施并保证焊补质量，必须对施焊表面彻底清理，用软布、砂布等去除表面氧化物、油污，同时视情况对施焊表面凹坑、凸起、裂纹等缺陷进行修整，去除毛刺清理干净，取得正确的几何形状和粗糙度；施焊表面清理好后，用干净布将表面擦拭干燥，使焊补层与基体表面补焊后具有很高的结合强度；预热达到要求后，选择合适焊皮、最佳焊接参数进行施焊；焊后进行焊层处理和磨削加工，以满足使用要求。

冷熔焊属冶金结合，具有结合牢固、致密、不易脱落的特点；工件温升小，属于常温焊补，母材不产生热变形，应力小，不会出现裂纹，无气孔，无硬化，无硬点，修复后表面平整光洁，补焊精度高，不加工也能满足使用要求。冷熔焊是新发展的一种焊接修补新技术，已广泛应用于设备维修领域，具有广阔的发展前景。

光杆的修复是针对现场损坏的光杆，在失效分析、寿命评估和经济效益分析的基础上，根据实际情况对损坏后失效的光杆进行改造修复，使失效的光杆恢复原来的性能，甚至超过加工制造的光杆。光杆失效修复是以表面腐蚀严重的光杆为坯料，节省了重新投产新光杆，不但修复周期短，而且费用低，大大节约了使用者成本，符合国家发展循环经济、环保经济要求，具有很大的经济和社会效益。

参考文献：

1.刘中辉、刘成、刘强、张俊红、张萍大型轴类零件修复技术应用矿山机械第46卷2018年第五期