隨著國內外采油裝備的不斷發展，抽油桿的發展趨勢是新結構、新工藝、新材料、抗腐蝕、高強度、耐磨損等。為滿足原油開采中的低液面、高含水、高凝等方面的要求，國內外近年來在抽油桿研制上已經取得了很大的發展， 隨著鉆井技術的不斷進步，各油田的油井深度越來越深，2000m 以上的深抽油井所占比例越來越大，市場對高強度H 級抽油桿的需求在逐年增加，長期以來，H 級抽油桿（抗拉強度為966～1195Mpa）因腐蝕造成桿體疲勞斷裂的問題一直以來困擾國內外各油田，而防腐抽油桿（K 級）抗拉強度620～793Mpa，又不能適用于深油井。基于以上矛盾，我們提出研制一種抗拉強度高同時抗腐蝕性能好的新型超高強度防腐抽油桿。

    抽油桿腐蝕形成的機理是非常復雜的，幾十年來國內外各大科研院所都在研究其腐蝕機理，并試圖尋找較好的解決辦法，但都只是在局部領域取得成功。從油田鉆、采、修井作業和井下地質資料來看，造成抽油桿腐蝕的因素主要有生物菌腐蝕、H2S腐蝕、酸腐蝕、SO2、CO2氣腐蝕等，其中生物菌腐蝕、H2S、CO2腐蝕又最為嚴重， 每年因該原因腐蝕的抽油桿約占抽油桿總量的20％～30％。

    目前制約超高強度防腐抽油桿研發的因素較多，主要是對腐蝕機理的研究和認識問題；各地區、各油田的生物菌種不同和井下介質的差別；抽油桿材料價格問題； 特殊涂料的研發和處理工藝等問題。超高強度防腐抽油桿在采油設備方面屬于國際上前沿課題，對其研發是十分必要的，此次研發抽油桿材料首次采用中鉻合金鋼，其成功研發將提高我國抽油桿在國際上的知名度，將提高產品的技術含量和產品附加值。

    1 研制方案

    1.1 研究目標

    1） 完成一種新型超高強度防腐抽油桿的工藝試驗。

    2） 完成多種規格系列新型超高強度防腐抽油桿的產品研發和推廣應用。

    1.2 主要研究內容

    我們主要研究了H2S、CO2及生物菌等對金屬的腐蝕機理，研究了中鉻合金鋼的抗腐蝕效果。采用中鉻合金鋼研制出超高強度防腐抽油桿，并小批量生產進行了試驗和使用。

    1.3 關鍵技術與創新點

    新型超高強度級防腐抽油桿的研制屬國際前沿課題，其成功研制不僅對H2S、生物菌對抽油桿的腐蝕機理有更深刻的認識，更主要是使我國抽油桿的制造技術水平和研發能力在國際上也處于領先地位， 目前抽油桿國際標準API11B 規范中高強度抽油桿是D 級（抗拉強度為966～1195Mpa），防腐抽油桿為K 級（抗拉強度為620～793Mpa），而我們研發的超高強度防腐HK 級抽油桿抗拉強度為966～1195Mpa。

    我們通過模擬試驗，提高了H2S、生物菌對金屬腐蝕機理的認識； 研究了材料中Cr、Ni、Mo 含量的變化對抽油桿鍛造、熱處理、滾壓加工性能的影響；研究了材料中Cr、Ni、Mo 含量的變化對抽油桿抗腐性能的影響。其中新材料的選用和試驗其材料的性價比非常合理，我們對新材料的鍛造和熱處理工藝試驗和工藝技術攻關取的了成功，新材料超高強度抽油桿抗腐蝕能力和效果測試很好，填補了國內超高強度級防腐抽油桿的技術空白，次采用性價比合理的材料研制超高強度防腐桿，為復雜條件下的深抽井降低開采成本開辟了新的途徑。

    1.4 研究情況

    1.4.1 腐蝕機理及防腐措施

    微生物細菌的腐蝕機理：微生物細菌對金屬的腐蝕， 在20 世紀有國外學者曾提出硫酸鹽還原菌參與金屬腐蝕中陰極去極化理論后才開始受到重視。全球每年因微生物腐蝕造成的經濟損失巨大，雖然有關金屬腐蝕的微生物種類很多，但是其中比較重要的是直接參與自然界硫、鐵和氮循環的微生物。參與硫循環的有硫氧化細菌和硫酸鹽還原菌；參與鐵循環的有鐵氧化細菌和鐵細菌；參與氮循環的主要有硝化細菌和反硝化細菌等。這些細菌按其生長發育中對氧的要求，又可分為好氧腐蝕菌和厭氧腐蝕菌兩類。主要有鐵細菌、硫氧化菌、硫酸鹽還原菌及硝化細菌和反硝化細菌等。

    控制微生物腐蝕的主要措施較多，例如：限制營養源；控制微生物生長的環境條件；采用化學殺菌劑和抑菌劑；物理、生物控制方法；改變金屬的化學成份；金屬表面防腐層的改變等。但油井的工作環境較難改變，同時井液中的CO2和H2S 和微生物細菌的結合是抽油桿腐蝕的最關鍵因素，因此控制腐蝕的辦法最好是采取改變抽油桿金屬材料的化學成份和改變金屬表面防腐層。

    1.4.2 抽油桿材料的優選

    抽油桿材料的優選是該HK 級抽油桿研發的關鍵技術之一，直接關系到項目的成敗。根據我廠多年三抽采油設備及煉化設備設計和制造的經驗，井口裝置和井下作業工具的設計、制造經驗分析，金屬Cr、Ni、Mo 具有較好的抗酸、H2S、生物菌腐蝕性能， 因我們決定利用Cr、Ni、Mo、C 含量不等的標準材料制成常規D 級短桿在油田H2S、生物菌腐蝕較嚴重的井進行了試驗， 試驗3～6 月后采集數據，數據分析后選擇性價比合理的材料。最終選用了中鉻合金鋼。

    1.4.3 新材料的熱處理工藝技術攻關

    通過事先制定的多種熱處理工藝方案，對材料進行熱處理，并分別檢測其力學性能，確保新材料熱處理后力學性能穩定、金相組織合理、各項性能指標達H 級桿的要求。通過多種方案的比對，確定合理的熱處理工藝。在此基礎上，進一步檢測其鍛造性能、加工性能、百萬次疲勞壽命。

    2 研制結果及討論

    2.1 新產品力學性能試驗

    新型超高強度防腐抽油桿的鍛造、熱處理工藝合理，具有可操作性。抗拉強度為966～1195Mpa；延伸率：≥12％；斷面收縮率：45％～55％；疲勞壽命大于100 萬次。新產品的其它各項性能和技術指標完全能達到SY/T5029《抽油桿》及API11B 標準規范的要求。

    2.2 新產品抗腐性能試驗

    小批量生產新產品后，隨機抽取部分試樣進行抗腐性能試驗，實驗結果反應新產品具有良好的抗腐性能。經CO2壓力為0.3MPa，流速為1.5m/s,恒溫80℃高溫高壓釜中經168h 耐蝕性試驗完畢后取出試樣，記錄各試樣腐蝕后形貌，清除腐蝕產物后再記錄形貌，通過腐蝕形貌對比，對各試樣的耐腐蝕性能進行分析。

    3 推廣應用

    1）新產品在吐哈油田腐蝕嚴重的深井進行礦場使用試驗， 平均下井深度2600m，使用1 年后從井下取出對比檢測腐蝕情況，結果顯示該新型超高強度防腐抽油桿抗腐效果良好， 與常規H 級桿相比其腐蝕速率下降約3 倍以上。

    2）通過油田的現場試用，新型超高強度防腐抽油桿的使用， 可大大減少腐蝕斷桿和停抽檢泵時間， 平均減輕桿柱質量15%， 降低功率消耗6%~8%，適用于重載荷、耐腐蝕性中深井。

    4 結論

    一種新型超高強度防腐抽油桿的研制成功，不但可大大減少油田中深井腐蝕斷桿和停抽檢泵時間，而且新型抽油桿的材料選用、鍛造、熱處理工藝合理，具有可操作性，同時價格合理，有利于新產品在油田后期開發的推廣使用。

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責任編輯：王元

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