摘要：油气田开发了近二十多年,其研究区的油井油管都有不同程度的腐蚀,腐蚀的类型多样,腐蚀的范围由小到大都存在,腐蚀最坏的程度是管壁腐蚀变薄,部分管段直接腐蚀断落到井底当中,严重的影响和限制了其气田的工作生产运行进度。
关键词：油井；防腐工艺；技术应用
1油井管材腐蚀现状分析
1.1油管腐蚀
目前的环境决定了油管腐蚀的主要形式是电化学腐蚀。在工作中，油管受高含水量流体流动的影响。在管内壁上形成腐蚀性电池。由于电池电位低，这种流体环境对油管壁的腐蚀程度相对较轻。对于气井，油管中的油套环被腐蚀性介质包围，其表面发生冷凝，形成腐蚀性电池。对管壁腐蚀的结果是在管内壁上形成疏松的硫化铁膜，金属作为阳极迅速破坏。对于带封隔器的油气井，缓蚀剂在油套环空间内形成良好的保护膜，从而不腐蚀外壁。
1.2油井套管腐蚀
由于原油中含有大量的硫，地层中还含有各种盐、溶解氧等有害气体。这些物质以离子的形式分布在油井套管周围。它们的相互作用发生化学或电化学反应，导致油井套管的腐蚀破坏。此外，水介质中含有的酸根、氢氧根和氯离子会加速油井套管的化学腐蚀。对于地层中的盐碱组分，在油井套管周围形成电介质和电化学腐蚀。因此，油井套管的化学腐蚀和电化学腐蚀是造成套管损坏的主要原因。
1.3油井钻杆腐蚀
油井钻杆工作条件恶劣，尤其是溶解氧腐蚀最为严重。溶解氧腐蚀是氧去极化腐蚀，在腐蚀表面产生棕色腐蚀。最严重的是钻杆表面的局部腐蚀，坑槽的出现加剧了钻杆的腐蚀，导致钻杆严重的局部损坏。
2油井材料腐蚀原因分析
2.1溶解盐类的影响
油田采出水中溶解的盐类较多，盐度较高。滨海油田含盐量较高。盐含量越高，水的导电性越强。它加速金属表面的阴离子和阳离子之间的相互作用，并防止在金属表面形成粘合剂。氯化物、硫酸盐和碳酸氢盐是油田水中常见的溶解盐。氯离子和硫酸根离子具有腐蚀性，容易引起腐蚀破坏，严重损害金属表面的氧化膜。因此，氯离子和硫酸根离子也是碳钢点蚀的主要原因。
2.2腐蚀性气体的影响
油田中腐蚀性气体主要有二氧化碳（CO2）、溶解氧、硫化氢（H2S）等，CO2的腐蚀主要表现在它的氢去极化腐蚀，当游离的二氧化碳（CO2）与水化学反应时，产生碳酸离子，使水的酸性增加，加速了金属保护膜的破坏速度，产生的腐蚀物又是易溶的，金属表面没有防腐物时，又进一步加剧了金属的腐蚀作用。
当硫化氢遇水即发生电离，电离出的氢离子成为强去极化剂，转到金属阴极获得电子，加速了阳极铁溶解反应而导致金属材料的全面腐蚀。油田水中的硫化氢主要来自含硫油田伴生气在水中的溶解，H2S对金属材料的电化学腐蚀并向金属材料内部渗透，使金属材料在应力作用下发生脆性断裂，即氢损伤。其中溶解氧的浓度对金属的腐蚀影响非常大。实验表明，含氧量在0.1mL/L左右就能引起严重的腐蚀，随着氧浓度的增加金属材料的腐蚀速度加快。腐蚀表现形式主要是局部腐蚀。
2.3pH值和温度的影响
一般在酸性溶液中金属的腐蚀速度会随pH值的增加而减小；对于pH值为中性的溶液，由于氧去极化反应占主导，它不影响金属的腐蚀速度。当pH值呈碱性时，导致金属钝化现象，反而使腐蚀速度减小。流体的pH值不同，溶解在水中的H2S离解成H2-和S2-的百分比不同，对腐蚀的影响不同。油井采出的水或泥浆的pH值一般在6～9之间。在这个范围内，pH值对金属材料的腐蚀一般没有显著的影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆金属电化学腐蚀中的阴极与阳极反应的速度均随着介质温度的上升而加快。温度越高，腐蚀速度越快。资料表明，每当介质温度升高10℃，金属腐蚀的速度约提高30%。因此，对于高温油井，要注意介质温度的影响，它是一个不容忽视的因素。
3井下管柱防腐防垢方法优选
3.1井下工具防腐方法优选
常用的防腐措施有涂层、衬里、电法保护和缓蚀剂。对于井下工具来说,涂层是比较切实可用的方法,也即表面处理技术。较常见的有发兰处理、镀铬、镍磷镀等。在长期的使用过程中,发现发兰和镀铬有一定的防腐效果,但在长期的高温高压高腐蚀的井下环境中,发兰和镀铬效果并不是很好。现场取出在井下用过6个月后起上来的工具,内通径均是锈迹斑斑,成为腐蚀结垢的诱导因素。镍磷镀效果比发兰和镀铬稍好一些,8个月后的使用效果与发兰和镀铬6个月后的效果相同。
近年来离子渗氮技术越来越广泛的应用于油管和井下工具的防腐,并且具有较好的效果。其中,盐浴渗氮工艺通过向钢的表面层渗入氮原子提高表面层的硬度与耐磨性以及提高疲劳强度、抗腐蚀性等。基本处理过程为:将工件放入盐浴炉中,加入反应原料,加热到一定温度,并保持一定的时间。使工件表面形成一层致密的化合物保护层,使工件具有更高的耐疲劳强度、耐磨性、表面硬度和耐腐蚀性,以及更低的表面摩擦系数。低温渗氮处理后碳钢表面涂层厚度达2~20μm,具有优于未处理奥氏体不锈钢的耐蚀性,获得优于不锈钢的防腐蚀效果。
经过比较优选,决定采用盐浴渗氮表面处理技术对井下工具进行防腐防垢。
3.2油管防腐防垢方法优选
河南油田目前已进入高含水开发后期,油田注入水的腐蚀一直是造成注水管柱寿命降低乃至失效的主要原因,为此先后使用了涂料油管、渗氮油管等油管防腐蚀技术。初期涂料油管在注水管柱的防腐上发挥了较明显的作用。但在使用过程中,出现涂料鼓包、与油管本体剥离、脱落,造成分层注水井水嘴堵塞、投捞遇阻、遇卡频繁、冲检作业增加及井下管柱局部腐蚀加剧,给油田注水工作带来了很大的困难。另外,涂料油管在出现局部涂层脱落后,失去了防腐作用,无法重新进行防腐处理,使原注水管柱失去了防腐蚀措施。渗氮油管有较好的防腐效果,但发现在现场作业过程中,由于渗氮油管表面韧性减少,液压钳经常出现打滑、咬不紧现象,经常损伤液压钳钳片,统计下来平均每连接五根油管,就要更换一次钳片,造成施工缓慢,频繁更换液压钳钳片,占产时间长。
SFG双金属复合防腐油管是采用航天技术——“金属管道爆燃加衬技术”,采取水下爆炸复合工艺生产的新型内衬防腐管道,其制造原理为:沿管道轴线分布的爆炸能源——液压动力管产生的瞬间化学能以爆炸轰波的形式,通过传能介质传递给衬管,从而使基衬管贴合紧密,达到复合状态。复合管端面采用了翻边封口或环焊缝口,配合接箍自适应密封结构,有效防止了接箍螺纹和复合管端面接触电解质,杜绝电解质渗入结合区,避免形成小阳极大阴极,从而防止了油管柱电偶腐蚀的发生,确保整个油管柱完全满足防腐的要求。
经过优选,决定应用“金属管道爆燃加衬技术”对油管进行防腐防垢处理。
结论
在实际生产过程和实验室对油井腐蚀检测分析中,加注缓蚀剂是对油井井管防腐最有效最节约成本的一种做法。通过对每个油井的实际生产情况和腐蚀的程度及腐蚀的环境进行分析,选取合适的缓蚀剂进行加注,确保最佳效果。在油井从开采,到后期防腐一系列的工艺,井内的参数都在发生变化,对应的缓蚀剂也要发生变化。即通过文中叙述的三种技术来建立油井腐蚀监测网络。监测网络能及时了解油井的腐蚀程度,实时关注加注缓蚀剂后的效果,通过腐蚀监测网络可以及时调整缓蚀剂量,做到科学的防腐,为油井稳产提供一定的保障。
参考文献：
[1]刘伟.油井的腐蚀原因与防护措施[J].腐蚀科学与防护技术，2016（6）.
[2]丁万成.油井管腐蚀现状与防护技术的发展趋势[J].石油化工腐蚀与防护，2017（26）.
论文作者:姬万荣
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/26
标签：油井论文; 油管论文; 油田论文; 井下论文; 金属论文; 管柱论文; 套管论文; 《防护工程》2018年第33期论文;