油井的腐蝕及防護技術

謝成龍

（江蘇金石富源機械有限公司，江蘇淮安211600）

在油田的開發生產中，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，導致油井管材出現嚴重腐蝕現象。因此，本文針對目前油井管材使用情況，對其產生腐蝕的機理原因進行分析，根據實踐經驗，提出了針對性的防護措施，對油井的正常作業和生產，節約材料成本將起到促進作用。

1 油井管材腐蝕現狀分析

1.1 油管腐蝕

當前的環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，在管內壁形成了腐蝕電池，由于電池的電勢較低，這種流體環境造成的油管內壁的腐蝕程度較輕。對氣井來講，油管中的油套環被腐蝕介質包圍，在其表面會發生冷凝作用，形成了腐蝕電池，對管壁腐蝕的結果是在管內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，緩蝕劑在油套環空間內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、溶解氧以及其他有害氣體，這些物質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生了化學或電化學反應，結果導致了油井套管的腐蝕損傷。另外，水介質中所含的酸根、氫氧化根和氯離子，又會導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，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，腐蝕表面產生棕褐色腐蝕物。最嚴重的是在鉆桿表面發生局部腐蝕，出現凹坑或溝槽，加劇了鉆桿的腐蝕，導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的腐蝕主要表現在它的氫去極化腐蝕，當游離的二氧化碳（CO2）與水化學反應時，產生碳酸離子，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。

當硫化氫遇水即發生電離，電離出的氫離子成為強去極化劑，轉到金屬陰極獲得電子，加速了陽極鐵溶解反應而導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部滲透，使金屬材料在應力作用下發生脆性斷裂，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值的增加而減小；對于pH值為中性的溶液，由于氧去極化反應占主導，它不影響金屬的腐蝕速度。當pH值呈堿性時，導致金屬鈍化現象，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，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的速度均隨著介質溫度的上升而加快。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，要注意介質溫度的影響，它是一個不容忽視的因素。

3 油井的防護技術措施

油井的防護措施如何，決定了設備的使用壽命，對減少事故率，節約生產成本，降低材料損耗，提高生產效率大有益處。由于油井的生產條件各不相同，對于具體的油井要做具體的分析，要研究具有應用強、針對性好的工藝方法來預防和治理腐蝕?？v觀國內外油井的防護，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、海洋等惡劣環境下的鉆井作業。

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的腐蝕介質中。國外有比較成熟的產品。除APISpec5CT列有個13Cr鋼級(L80-13Cr)，各生產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品。除APISpec5CT列有個13Cr鋼級(L80-13Cr)，各生產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含量較高的環境中，材料的防腐性能更加穩定，常采用高含量的Ni、Cr不銹鋼和Ni基合金，但由于價格較高，國內外又研制出含量在2-5%Cr元素的抗CO2腐蝕型經濟油管。

3.2 對管材進行表面處理

管道內壁防護方法有：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；目前應用最普遍的是采用界面防護中的防腐層，也稱內涂層。常用的涂料有：環氧型、環氧酚醛型、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，以提高其抗滲透能力。

管道防腐層涂裝技術，主要有溶劑型旋噴涂敷工藝、熔結環氧涂層涂敷工藝、薄膜襯里工藝、水泥砂漿內襯工藝、連續涂敷工藝等。該工藝適用于單根管材的工廠專用生產線上集中涂敷。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境中。

3.3 溶解氧引起腐蝕的防護

溶解氧在水中對金屬設備等危害很大，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、聯氨等還原性物質除氧。

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；咪唑啉等含氮雜環化合物；水溶性季銨鹽復合物；有機磷和硫的復合物。

4 結語

在油氣田開發中，腐蝕是我們必須正視的現象，作用因素非常復雜，我們防護時，需搞清油井設備發生腐蝕的特點及誘因，并積極采取適當的措施加以防止,延長油井管材的使用壽命。對于油田的經濟高效開發具有重要的意義。

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