油井的腐蝕及防護技術(shù)

謝成龍

（江蘇金石富源機械有限公司，江蘇淮安211600）

在油田的開發(fā)生產(chǎn)中，油氣井管處于高溫、高壓的威脅，受到二氧化碳、硫化氫等有害氣體的侵蝕，導(dǎo)致油井管材出現(xiàn)嚴重腐蝕現(xiàn)象。因此，本文針對目前油井管材使用情況，對其產(chǎn)生腐蝕的機理原因進行分析，根據(jù)實踐經(jīng)驗，提出了針對性的防護措施，對油井的正常作業(yè)和生產(chǎn)，節(jié)約材料成本將起到促進作用。

1 油井管材腐蝕現(xiàn)狀分析

1.1 油管腐蝕

當前的環(huán)境決定了油管腐蝕的形式主要是電化學腐蝕，工作中油管受到高含水率流體流動的作用，在管內(nèi)壁形成了腐蝕電池，由于電池的電勢較低，這種流體環(huán)境造成的油管內(nèi)壁的腐蝕程度較輕。對氣井來講，油管中的油套環(huán)被腐蝕介質(zhì)包圍，在其表面會發(fā)生冷凝作用，形成了腐蝕電池，對管壁腐蝕的結(jié)果是在管內(nèi)壁上生成疏松的硫化鐵膜，金屬作為陽極而迅速破壞。對于安置了封隔器的油氣井，緩蝕劑在油套環(huán)空間內(nèi)形成了很好的保護膜，不至于對外壁腐蝕。

1.2 油井套管腐蝕

由于原油中含有大量硫成分，地層中又含有各種鹽類物質(zhì)、溶解氧以及其他有害氣體，這些物質(zhì)均以離子的形式分布在油井套管周圍，它們的相互作用即發(fā)生了化學或電化學反應(yīng)，結(jié)果導(dǎo)致了油井套管的腐蝕損傷。另外，水介質(zhì)中所含的酸根、氫氧化根和氯離子，又會導(dǎo)致油井套管的化學腐蝕速度加快。對于地層中的鹽堿成分形成了電介質(zhì)，分布在油井套管周圍與之形成電化學腐蝕。因此，油井套管的化學與電化學腐蝕是其損害的主要原因。

1.3 油井鉆桿腐蝕

油井鉆桿的工作條件十分惡劣，特別是受到溶解氧的腐蝕最為嚴重。溶解氧腐蝕是氧去極化腐蝕，腐蝕表面產(chǎn)生棕褐色腐蝕物。最嚴重的是在鉆桿表面發(fā)生局部腐蝕，出現(xiàn)凹坑或溝槽，加劇了鉆桿的腐蝕，導(dǎo)致鉆桿局部損害嚴重。

2 油井材料腐蝕原因分析

2.1 溶解鹽類的影響

一般油田采出的水中都溶有大量的鹽類，具有很高的礦化度，沿海油田更高，鹽類含量越高，水的導(dǎo)電性就越強，加速了金屬表面陰、陽離子的相互作用，使附著物不能在金屬表面沉積形成。氯化物、硫酸鹽、重碳酸鹽是油田水中常見的溶解鹽類，氯離子、硫酸根離子的腐蝕性較強，更容易造成腐蝕破壞,使金屬表面上的氧化膜遭到嚴重破壞，因此氯離子、硫酸根離子也是使碳鋼產(chǎn)生點腐蝕的主要原因。

2.2 腐蝕性氣體的影響

油田中腐蝕性氣體主要有二氧化碳（CO2）、溶解氧、硫化氫(H2S)等，CO2的腐蝕主要表現(xiàn)在它的氫去極化腐蝕，當游離的二氧化碳（CO2）與水化學反應(yīng)時，產(chǎn)生碳酸離子，使水的酸性增加，加速了金屬保護膜的破壞速度，產(chǎn)生的腐蝕物又是易溶的，金屬表面沒有防腐物時，又進一步加劇了金屬的腐蝕作用。

當硫化氫遇水即發(fā)生電離，電離出的氫離子成為強去極化劑，轉(zhuǎn)到金屬陰極獲得電子，加速了陽極鐵溶解反應(yīng)而導(dǎo)致金屬材料的全面腐蝕。油田水中的硫化氫主要來自含硫油田伴生氣在水中的溶解，H2S對金屬材料的電化學腐蝕并向金屬材料內(nèi)部滲透，使金屬材料在應(yīng)力作用下發(fā)生脆性斷裂，即氫損傷。其中溶解氧的濃度對金屬的腐蝕影響非常大。實驗表明，含氧量在0.1mL/L左右就能引起嚴重的腐蝕，隨著氧濃度的增加金屬材料的腐蝕速度加快。腐蝕表現(xiàn)形式主要是局部腐蝕。

2.3 pH值和溫度的影響

一般在酸性溶液中金屬的腐蝕速度會隨pH值的增加而減?。粚τ趐H值為中性的溶液，由于氧去極化反應(yīng)占主導(dǎo)，它不影響金屬的腐蝕速度。當pH值呈堿性時，導(dǎo)致金屬鈍化現(xiàn)象，反而使腐蝕速度減小。流體的pH值不同,溶解在水中的H2S離解成H2-和S2-的百分比不同，對腐蝕的影響不同。油井采出的水或泥漿的pH值一般在6～9之間。在這個范圍內(nèi)，pH值對金屬材料的腐蝕一般沒有顯著的影響。金屬電化學腐蝕中的陰極與陽極反應(yīng)的速度均隨著介質(zhì)溫度的上升而加快。溫度越高，腐蝕速度越快。資料表明，每當介質(zhì)溫度升高10℃，金屬腐蝕的速度約提高30%。因此，對于高溫油井，要注意介質(zhì)溫度的影響，它是一個不容忽視的因素。

3 油井的防護技術(shù)措施

油井的防護措施如何，決定了設(shè)備的使用壽命，對減少事故率，節(jié)約生產(chǎn)成本，降低材料損耗，提高生產(chǎn)效率大有益處。由于油井的生產(chǎn)條件各不相同，對于具體的油井要做具體的分析，要研究具有應(yīng)用強、針對性好的工藝方法來預(yù)防和治理腐蝕?？v觀國內(nèi)外油井的防護，主要從以下幾方面考慮。

3.1 合適的管材

選用耐蝕材料。不銹鋼、陶瓷等材質(zhì)的配件工具，玻璃鋼、碳纖維抽油桿等，在腐蝕嚴重油井都具有非常好的應(yīng)用效果，但是成本較高，若使用成本較低的普通碳鋼油管，使用壽命短，需要頻繁更換，普通碳鋼油管的使用壽命期限也較難把握。目前耐蝕合金管材防腐效果較好，價格高，國內(nèi)中低油氣井中很少選用。

選用高壓潰套管。它的特點是下井深、重量輕、內(nèi)徑大，常用于3000m以上的油井中。近年已普遍使用日本住友金屬工業(yè)公司及日本鋼管(NKK)公司的系列防腐蝕套管，效果很好。

選用特殊螺紋油井管。從國外進口的特殊螺紋油套管在深井、超深井、高壓氣井以及稠油熱采井、定向井、重腐蝕井中廣泛使用。有人統(tǒng)計，其市場占有率超過22%。特殊螺紋油井管的連接強度高，密封性能好，適用于高壓氣井、油井和熱采井?？箯澞芰姡m用于斜井、大位移井、水平井。上扣容易，可快速上扣且不易錯扣，適用于沙漠、海洋等惡劣環(huán)境下的鉆井作業(yè)。

選用抗CO2腐蝕油井管。主要用于CO2含量高腐蝕嚴重的油井，有時還用于CO2、H2S、Cl-共存包括H2O的腐蝕介質(zhì)中。國外有比較成熟的產(chǎn)品。除APISpec5CT列有個13Cr鋼級(L80-13Cr)，各生產(chǎn)廠均建立了自己的非API鋼級。以川崎制鐵為例，其非API的13Cr有個級，其中，后4個鋼級稱為超級13Cr。

國外有比較成熟的產(chǎn)品。除APISpec5CT列有個13Cr鋼級(L80-13Cr)，各生產(chǎn)廠均建立了自己的非API鋼級。以川崎制鐵為例，其非API的13Cr有個級，其中，后4個鋼級稱為超級13Cr。為了能在CO2、H2S含量較高的環(huán)境中，材料的防腐性能更加穩(wěn)定，常采用高含量的Ni、Cr不銹鋼和Ni基合金，但由于價格較高，國內(nèi)外又研制出含量在2-5%Cr元素的抗CO2腐蝕型經(jīng)濟油管。

3.2 對管材進行表面處理

管道內(nèi)壁防護方法有：界面防護，包括涂防腐層電化學保護；化學藥劑防護，如緩蝕劑、殺菌劑、除氧劑等；目前應(yīng)用最普遍的是采用界面防護中的防腐層，也稱內(nèi)涂層。常用的涂料有：環(huán)氧型、環(huán)氧酚醛型、聚氨酯和漆酚型等主要基料。底漆涂料：一般多摻加鐵紅素、鉻黃類等具有鈍化性能的顏填料；中間層和面層涂料：多摻加鱗片或玻璃微珠，以提高其抗?jié)B透能力。

管道防腐層涂裝技術(shù)，主要有溶劑型旋噴涂敷工藝、熔結(jié)環(huán)氧涂層涂敷工藝、薄膜襯里工藝、水泥砂漿內(nèi)襯工藝、連續(xù)涂敷工藝等。該工藝適用于單根管材的工廠專用生產(chǎn)線上集中涂敷。常用涂料為溶劑型涂料，底漆和面漆二者配套使用，一般是一道底漆和二至三道面漆。

對管材進行熱處理滲氮工藝防腐也是一項廣泛采用的防腐手段。滲氮工藝較為簡單，常被用于油井管道的外表防腐，它有良好的抗腐蝕性和耐磨性，但是，不適用于腐蝕性較強的環(huán)境中。

3.3 溶解氧引起腐蝕的防護

溶解氧在水中對金屬設(shè)備等危害很大，針對腐蝕作用機理，腐蝕的防治著眼于在金屬表面上形成薄膜吸附層，使金屬與介質(zhì)隔開，主要從以下幾方面考慮：

1）絕氧—采取措施隔絕空氣，避免氧氣的溶入。如注入水罐上方用天然氣保護等。

2）除氧—溶解氧不僅引起設(shè)備的腐蝕，還能引起油田助劑的損壞。因此為安全起見，在注入水中加入亞硫酸鈉、甲醛、硫脲、聯(lián)氨等還原性物質(zhì)除氧。

3）陰極保護—把被保護的金屬件做為陰極，使足夠的電流通過侵入水中的金屬阻止腐蝕。

4）加入緩釋劑—脂肪酸衍生物；咪唑啉等含氮雜環(huán)化合物；水溶性季銨鹽復(fù)合物；有機磷和硫的復(fù)合物。

4 結(jié)語

在油氣田開發(fā)中，腐蝕是我們必須正視的現(xiàn)象，作用因素非常復(fù)雜，我們防護時，需搞清油井設(shè)備發(fā)生腐蝕的特點及誘因，并積極采取適當?shù)拇胧┘右苑乐?延長油井管材的使用壽命。對于油田的經(jīng)濟高效開發(fā)具有重要的意義。

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