油田注水開發管柱防腐工藝技術研究

李 成，楊科偉

1.西安石油大學，陜西西安 710065

2.延長石油（集團）有限公司，陜西西安 710075

3.新疆油田公司油氣儲運分公司，新疆克拉瑪依 834000

1 注水管柱腐蝕因素分析

注入水通過井下管柱注入到儲層，將與地層水發生復雜作用，通常注入水與地層水水型不同，共存情況下，會具有堿度高、礦化度高、氯根高、溶解氧低等一些特點。在這些條件的工作作用下，很容易將管柱腐蝕，造成管柱報廢，影響注水效果，甚至造成注水井報廢。造成管柱腐蝕的因素有很多，主要有溶解氧、CO2、H2S、鈣鎂離子以及細菌作用等。

1）溶解氧腐蝕

即使是注入水中僅含有極低濃度的氧都有可能會造成極其嚴重的腐蝕，在伴隨有Cl-、CO32-、SO42-、CO2以及H2S 等的共同作用時，腐蝕程度將加劇，會出現點蝕面蝕現象，還會伴隨有深度腐蝕，并將造成PH 值的升高，將形成惡性循環，腐蝕速度也會逐漸加快。

2）CO2 腐蝕

氣態的CO2溶于水后，形成弱酸性的水，會造成電化學腐蝕。CO2腐蝕特征鮮明，通常表現為局部點蝕、臺面狀坑蝕、輪鮮狀腐蝕等。CO2與注入井中鈣鎂離子接觸時，會形成碳酸鹽污垢，如CaCO3、MgCO3，與氧化生成的Fe2+接觸時會產生腐蝕產物FeCO3。這些腐蝕產物在管材的不同區域的覆蓋程度不同會造成不同區域間的自催化作用腐蝕電偶現象，CO2的局部腐蝕即該作用的結果。

3）H2S 腐蝕

H2S 對注水管柱造成電化學腐蝕。FeS2、Fe9S8、Fe3S4、FeS和H+是H2S 腐蝕的主要腐蝕產物。如果所產生的氫侵入管柱內部，會引起管柱開裂，加上應力作用的影響而產生應力腐蝕開裂。

4）Cl-以及鈣鎂離子的腐蝕

Cl-造成的腐蝕主要表現在兩個方面。一方面是對鈍化膜的作用，不僅會阻礙鈍化膜的形成，并且加速鈍化膜的破壞，進而造成局部腐蝕。另一方面，是比較積極的方面，Cl-的存在會降低CO2在水溶液溶解度，會減緩腐蝕。

鈣鎂離子對管材的腐蝕也分兩個方面。一方面，鈣鎂離子的存在會增大溶液的離子強度。另一方面，鈣鎂離子含量增加會加速結垢腐蝕以及產物膜與暴露金屬間的電偶腐蝕。

5）細菌腐蝕

油田注污水采油過程中，引起管柱腐蝕的主要微生物有：好氧的鐵細菌、厭氧的硫酸鹽還原菌（SRB）以及腐生菌（TGB）等。這些微生物的存在嚴重影響水質，造成管柱腐蝕。

2 防腐技術對策

注水管柱腐蝕將給油田開發帶來巨大的危害，不僅增加石油開發成本，而且影響石油開發進度，迫切地需要采取有效的技術措施來阻止或延緩注水管柱腐蝕。

目前主要的管柱防腐技術有：金屬材料選用、表面處理技術、改變環境介質條件等。

1）耐腐蝕金屬材料的選用

根據注水管柱的工作環境，對管材表面的性質做特殊處理，增加金屬的耐腐蝕性或者選用特殊合金管材。通常，耐腐蝕性材料成本較高，選擇管材的原則是要同時兼顧注水系統限制條件與經濟成本。采用表面滲透技術改變碳鋼和低合金鋼的性質，讓其具備良好的耐腐蝕能力，如滲鋁鋼、鋁鑰共滲鋼。滲鋁鋼是一種相對價格比較低廉的材料，具有較強的耐腐蝕性，價格也僅為普通碳鋼的兩倍。綜合考慮經濟因素、耐腐蝕性以及機械性能，使其成為油氣田井下腐蝕條件下的理想選擇。低鉻合金鋼的抗腐蝕能力約為普通碳鋼的4 倍，而價格僅約為其的1.5倍，機械性能也足以滿足工程需要。所以，在低滲透油田中應用極其廣泛，既能保證安全生產，又可減少投資，降低成本。

2）表面處理技術

表面處理技術的機理是在金屬管材表面增加一層特殊材料以盡量隔絕管材與腐蝕介質的接觸，從而達到抗腐蝕的目的。通常，表面處理技術分為兩類，即鍍層技術與涂層技術。鍍層技術是利用材料的物理化學吸附作用，通過電鍍或化學鍍工藝是鍍液中的耐腐蝕離子依附到本體金屬表面，從而獲得防腐能力。相對于軟氮化、鍍鉻、高頻淬火等處理工藝技術，化學鍍具有系列優點，如成本地低、操作簡單、可回收利用、具有可修復性。所以，化學鍍是低滲油田注水管柱選擇中經濟效益較好的一種。涂層技術是指采用特殊工藝將有機防腐材料噴涂到注水管柱表面，以起到隔離作用，實現防腐目的。該技術的缺點為不適合于外壁涂層防腐，但卻是最經濟、最直接的技術。

3）改變環境介質條件

另一種用于注水管柱防腐的工藝技術為改變金屬的環境介質，目前，現場應用并不是很廣泛，它分為物理方法和化學方法。物理方法是指改變腐蝕性微生物生存環境，抑制該類細菌的生長，或者使用紫外線照射直接殺死細菌。紫外線殺死該類細菌的原因有兩個，一是影響細菌的DNA 改變形成胸腺嘧啶二聚體，二是利用該過程中形成臭氧氧化細菌活性，使之失去活力而死亡。再配合以上述兩種工藝共同抵抗管柱腐蝕。化學方法是指通過在注入水中加入殺菌劑、緩蝕劑來殺滅、或抑制細菌的生長，以達到的管柱腐蝕的有效控制。該方法簡單有效，油田注水中應用廣泛。緩蝕劑顧名思義即為緩解腐蝕的作用，只需要添加少量，即可在腐蝕介質與管柱接觸面上發生作用，有效緩解管柱腐蝕。殺菌劑是直接與細菌發生作用，破壞或抑制細菌生長，造成細菌死亡。

3 防腐工藝技術比較

注水應用越來越廣泛，如何使注水經濟高效是當前備受關注的課題，其中防腐工藝技術極其關鍵，可以大幅度降低注水成本[3]。所以，通過對比選擇合理的防腐工藝技術顯得尤為重要。

使用普通碳鋼管柱，雖然初期投入較低，但抗腐蝕性較差，隨著采油周期的加長，時常需要更換套管。這樣不僅增加成本投入，而且會影響油田注水開發的水驅效果。抗腐蝕性合金管柱抗腐蝕性能好，通常無需使用其他配套措施，工藝簡單，且不會影響基本注水效果，但該類型管柱價格昂貴，資金投入要求高，不建議在低滲油田使用。滲鋁鋼和化學鍍具有工藝簡單、適應性強、經濟性好、防護效果佳等系列優點，所以，通常會在低滲油田中廣泛使用。緩蝕劑和殺菌劑使用之所以應用不夠廣泛的重要原因是其有效期段、累計投入高、適應性也較差。通常情況下，還得根據油田具體實際來研制防腐藥劑，并且需要大量的投藥裝置，管理困難。

4 結論

本文從管柱腐蝕原因出發，研究了各類防腐技術，并比較了相互之間的優缺點，為油田注水開發防腐實踐提供了重要指導。

[1]李榮強.勝利油田注水管柱腐蝕機理與防治技術[J].石油鉆探技術，2008，4:64-66.

[2]張勇.水平井注水工藝技術研究與應用[D].東北石油大學，2012.