防腐油管技術綜述

韓民強

（渤海石油裝備（天津）新世紀機械制造有限公司，天津300280）

防腐油管技術綜述

韓民強

（渤海石油裝備（天津）新世紀機械制造有限公司，天津300280）

對國內外油管防腐技術進行闡述，并針對我國油井腐蝕狀況進行分析及展望。

油管；防腐；工藝；水質

0 前言

隨著世界各國對石油和天然氣的需求不斷增長，在國際范圍內，加快了含H2S，CO2，C1-等生產成本高、開發難度大的油氣田的開發力度。由于油管服役條件惡化，這就要求產品具有優異的抗H2S，CO2，C1-腐蝕性能，普通油管用于含H2S的油氣資源開采時，會在受力遠低于其本身的屈服強度時就突然發生脆斷（SSCC），從而導致油管或整口井的報廢，造成嚴重經濟損失，如果劇毒H2S外泄，將會對井口周圍生態環境以及設備造成巨大的破壞，并會造成人員傷亡。因此開發高抗腐蝕系列油管就成為石油天然氣開采開發中需重點解決的問題。

1 國外防腐油管工藝技術現狀

1.1 材料型防腐技術

目前世界上生產抗H2S管的廠家主要有日本的住友金屬、JFE、瑞典的山特維克集團以及德國和法國合并的瓦努萊克集團等，產品的鋼級主要有80，90，95，110等。上述廠家在抗硫管的研發和生產方面起步較早，生產技術相對成熟和穩定，尤其是110等高鋼級產品的抗硫性能在飽和H2S的A溶液中加載90%名義屈服強度下經過720 h不開裂，顯示出極高的抗硫性能和生產控制水平。住友金屬、曼內斯曼等甚至已開發出125等超高強度抗硫油套管。

傳統的9Cr，13Cr馬氏體不銹鋼自20世紀70年代開發以來，作為油氣工業用管材得到廣泛應用，獲得了良好的聲譽，并列入API SPEC 5CT標準。這兩個鋼種在含CO2以及C1-的酸性環境下具有很好的耐腐蝕性能。目前，世界13～15Cr油井管的生產由JFE，住友金屬，V&M，TENARIS（只有其收購的NKK可以生產）壟斷，其中JFE與住友金屬的產量占80%以上。

20世紀70年代，針對酸性油氣井用油井管及管線管的要求，瑞典山特維克集團開發了SAF2205第二代雙相不銹鋼。它在中性氯化物溶液和H2S中的耐應力腐蝕性能優于304L，306L奧氏體不銹鋼。此外，由于含氮，耐孔腐性能也很好，還具有良好的強度和韌性，可進行冷、熱加工，焊接性良好，因此是所有雙相不銹鋼中應用最多的一個鋼種。繼SAF2205之后，瑞典又開發了SAF2507第三代超級雙相不銹鋼，用于含氯化物的苛刻介質。該鋼種的PREN（抗點蝕當量數）=43，鐵素體與奧氏體相各占50%，鋼中的高鉻、高鉬和高氮的平衡成分設計，使鋼具有很高的耐應力腐蝕開裂、耐孔蝕和縫隙腐蝕的性能。

1.2 達克羅技術

達克羅（DACROMET）又稱達克銹、達克膜、迪克龍、鋅鉻膜，是一種鱗片狀鋅鋁鉻鹽防護涂層，是金屬防腐的新工藝，是當今國際上表面處理的高新技術。由于它的整套工藝采用全過程閉路循環涂覆的方式，因此具有生產過程中將產生的污染物完全控制的特點。所以，達克羅產品又稱為環保產品，綠色產品。

1.3 高壓玻璃鋼管技術

高壓玻璃鋼管道是由在纏繞設備上浸漬了高粘結能力的低黏度樹脂基體的高強度玻璃纖維按設定的角度和鋪層纏繞于芯模上，經固化、脫模、加工制得。其最大特點是優良的耐腐蝕性能、高耐久性和輕質高強。

1.4 熱擴散滲鋅技術

熱擴散滲鋅技術作為上世紀初發展起來的一項金屬表面處理技術，以其良好的耐腐蝕性得到廣泛的應用。滲鋅是一種將鋼鐵材料和鋅粉混合加熱，進而使鋅吸附于材料表面形成滲鋅保護層的化學熱處理過程。滲鋅鍍層被認為是所有鋅制表面中最堅固的。

2 國內防腐油管工藝技術現狀

2.1 材料型防腐工藝

目前，國產油井管產品已經覆蓋了API Spec 5CT標準內的全部鋼級和規格，并且形成了高強度、高抗擠、抗H2S應力腐蝕、同時兼顧抗硫和高抗擠、抗CO2腐蝕、耐H2S+CO2+C1-腐蝕等高性能非API油井管系列?？傮w上已經達到或接近國外同類產品的技術水平，但在超級13Cr、雙相不銹鋼和耐蝕合金油套管的研制開發方面，與國外產品還有明顯差距。

2.2 高壓無氣噴涂防腐技術

高壓無氣噴涂防腐技術是利用壓縮空氣驅動高壓泵，使涂料增壓，涂料在噴出時體積急劇膨脹，霧化成極細的漆粒附著在管表面。其特點是壓縮空氣不與涂料直接接觸，噴出的高壓涂料中不混有空氣，提高了防腐涂層的質量，而且適用于高壓無氣噴涂工藝的涂料范圍廣，對黏度高的涂料也能充分霧化，涂層附著力強，物料損失小，污染小，但其技術要求較高。

2.3 氮化油管防腐技術

氮化防腐是一種金屬化學熱處理方法。把油管放入氮化爐中加熱，在一定溫度下通入氨氣，氨氣被分解成氮離子和氫離子，氮離子滲入油管的表面，改變表面化學成分，生成含氮的化合物，在不改變芯部韌性的情況下提高鋼材表面的硬度、耐磨性、抗咬合能力和抗腐蝕性。

2.4 納米復合涂層對碳鋼防腐技術

該涂層的成膜高聚物是聚苯琉醚（PP5），由美國杜邦公司生產。涂層內的固含物顆粒的粒徑分別是微米級和納米級。在涂層的成膜高聚物中加入納米Si02，以改善基體高聚物的致密性，提高了涂層與金屬的結合力，使涂層抗電解質溶液的滲透能力增強，所以耐蝕性能顯著提高。此外，在納米復合涂層的基礎上加入氟表面活性劑，進一步提高其耐蝕性是因為疏水的納米復合涂層對水具有排斥作用，不是單純的屏障作用。溶液中的離子要向涂層中擴散必須先與涂層接觸，由于涂層的憎水性，使得離子接觸涂層比較困難，這樣離子在涂層中的擴散也就變得困難。由此表明，不僅涂層/金屬界面憎水對涂層有防腐作用，就是涂層表面憎水也能提高涂層對金屬的防腐作用。

2.5 陶瓷內襯技術

自蔓延高溫合成技術（SHS）起源于前蘇聯，后來在日本得到進一步的發展，20世紀80年代傳到中國。實際應用中分為離心法和重力法，離心法應用較普遍。其基本原理是，把鐵粉和鋁粉放在鋼管中，并讓鋼管高速旋轉，利用鋁熱劑反應產生的高溫使鋁熱反應持續進行。發生鋁熱反應后，在離心力的作用下，反應產生的鐵和氧化鋁（俗稱“剛玉”，是最常用的氧化物陶瓷）由于比重不同而分離，前者與鋼管壁形成冶金結合，貼在油管內壁；后者緊貼鐵層，為機械結合，形成陶瓷內襯復合鋼管。

2.6 內襯HDPE耐磨防腐

內襯HDPE/EXPE抗磨抗腐油管是在標準外加厚油管內壁加襯上HDPE/EXPE內襯管，將襯管放入鋼管之中，通過熱脹冷縮工藝和材料的記憶效應，使得襯管緊緊地張緊在鋼管上制成具有耐磨和防腐性能特種油管。HDPE/EXPE是一種以高密度聚乙烯為基體的高分子材料，這種材料具有很優良的彈性、柔韌性、耐磨、耐溫（80～130℃）等物理特性，并具有耐H2S，CO2，耐酸鹽等性能。目前內襯HDPE/EXPE抗磨抗腐油管己成為油田治理偏磨油井最有效的方法之一。

2.7 鍍鎢合金技術

鎢合金電鍍技術是一種應用于機械設備零部件表面處理的防腐耐磨技術。鎢合金的獨特成分和結構，使其具有很好的耐磨性和耐蝕性，它在鋼材表面形成了致密均勻的耐蝕鍍層，硬度≥800 HV，鍍層＞50 μm，在不降低原有機械性能的前提下其表面抗蝕性能得到明顯改善。由于鎢基非晶態合金具有長程無序、短程有序的結構，結構致密，各向同性，沒有晶界、錯位和缺陷，因而鍍滲鎢合金防腐應用于抽油桿及油管具有顯微硬度高、耐磨性好、耐酸堿腐蝕，且與基底材料結合力好等特點，而且鍍層均勻，物料利用率高，能耗和水耗比較低；無污染，可有效解決磨損與腐蝕兩大難題。國內主要防腐工藝的性能對比分析見表1。

表1 國內主要防腐工藝的性能對比分析

3 油井腐蝕

3.1 油井腐蝕分析

金屬的腐蝕是指金屬在周圍介質（最常見的是氣體和液體）作用下，由于化學變化、電化學變化或物理溶解作用而產生的破壞。這個定義明確指出了金屬腐蝕是包括金屬材料和環境介質兩者在內的一個具有反應作用的體系。金屬腐蝕是一種普遍的自然趨勢，腐蝕現象的特點是：自發性、普遍性和隱蔽性。

油田中的腐蝕現象不僅非常普遍，而且作為油田3大公害之一，對于油田綜合效益的提高造成極為不利的影響。石油作為碳氫化合物對于多數金屬沒有腐蝕性，產生腐蝕的油井往往是由于油井采出液中含有多種腐蝕介質造成的。

根據石油的開采過程，油井管腐蝕主要可以分為兩類：一類是對于初期開采的油井，由于采出液中有伴生H2S，CO2和各種鹽類等腐蝕性介質，使井下管柱產生嚴重的腐蝕；另一類是對于中后期開采的油田，由于通過注水進行二次采油，使采出液含水率越來越高，而且多采取污水回注工藝，高含水的油井采出液有多種腐蝕性介質，造成腐蝕因素不斷積累，也會對金屬產生嚴重腐蝕。這種腐蝕是當前最為普遍也是最為復雜的一種腐蝕情況。以碳氫化合物為主要成分的石油本身對金屬不具有腐蝕性，但是在地下儲存的石油成分復雜，伴生多種氣液成分會對油田設備造成不同程度的腐蝕，如H2S，CO2，O2以及各種溶解鹽類，這些成分一般在油田開采初期就會對油井造成較為嚴重的腐蝕。但在這一階段，多數油田采出液含水率較低，油井的腐蝕并不嚴重。但是隨著含水率的升高，腐蝕現象日益嚴重，特別是進入注水開采階段，采出液含水率迅速上升，腐蝕成分也越來越復雜，井下工具、井下管柱會出現加劇腐蝕現象。如中原油田明123井，1984年投產至1989年5年的生產過程中一直未更換管柱，1989年后采出液含水率增加到70%以上，僅1989年到1990年兩年時間內，連續發生油管刺漏和斷脫事故5次。由此針對不同階段的油井腐蝕采取措施是解決腐蝕問題的必要手段。

3.2 油田腐蝕狀況

我國各油田所處的地理區域不同，地下產出水的水體性質也不同。因此腐蝕狀況及腐蝕因素也有很大的區別。只有了解了各油田的具體腐蝕因素，才能有針對性地采取有效防腐措施，國內部分油田水體性質見表2，可以看出我國大多數油田存在油井腐蝕，其中以勝利、中原、大慶等油田較為嚴重。

綜上所述，在國內各油田，以及油田的各生產系統中都普遍存在著腐蝕現象，而且腐蝕狀況日益加劇，造成的諸多問題，嚴重影響了油田的正常生產，因而也帶來了對油井耐腐蝕產品迫切需求。對油井腐蝕開展深入研究，制定防腐工藝并研制耐腐蝕產品十分必要。

4 防腐油管技術展望

據計全世界每年因腐蝕報廢的鋼鐵設備相當于每年生產量的30%，世界各國每年因腐蝕所造成的經濟損失十分巨大。石油天然氣工業是遭受腐蝕破壞最為嚴重的行業之一。作為油氣勘探開發的油井管（油管、套管、鉆桿等），其失效主要表現為腐蝕失效，腐蝕導致的破壞給石油天然氣行業造成了巨大危害。所以，防腐油管技術的發展將受到更多的關注。針對我國的國情及油井現狀，未來國內的防腐油管技術應該在工藝性防腐領域尋求突破，研制開發性能相當，價格低，性價比高的工藝型防腐油管產品，并形成產業化建設。

〔編輯 凌瑞〕

表2 國內部分油田水體性質

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.01.40

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