油井新型犧牲陽極防腐技術研究與應用

樂春蕾　陳聲明　朱岸昌　鄭春盛　王雪鵬

【摘 要】 針對孤島采油廠中一區下館陶7-10單元、墾西墾71斷塊油井存在礦化度高、腐蝕嚴重導致油井生產周期短的問題，開展防腐工藝現狀調研，并通過室內試驗和現場試驗優化改進防腐工藝，研究推廣應用新型犧牲陽極防腐技術，現場取得了較好的治理效果。

【關鍵詞】 腐蝕嚴重 防腐工藝調研 優化改進 犧牲陽極 治理效果

1前言

孤島采油廠腐蝕油井主要集中在中一區下館陶7-10單元、墾西墾71斷塊單元。兩個單元目前共開油井75口，其中開抽油機井56口，螺桿泵2口，水力噴射泵17口，平均單井日液75.1t/d，單井日油2.8t/d，綜合含水97.8%，平均礦化度12880mg/l，和采油廠平均礦化度7752 mg/l相比高出5128mg/l。腐蝕區塊存在的主要問題：油井檢泵周期偏短，僅271天，造成作業頻繁，平均單井年檢泵1.1和1.2井次，檢泵作業頻次高，作業費用高;每次作業需更換大量的管桿，材料浪費嚴重;油水井管柱、泵腐蝕嚴重，成為制約原油生產成本的一個重要因素。如何降低腐蝕區塊油井腐蝕，延長腐蝕區塊油井免修期，成為擺在我們面前的課題。

2 防腐工藝現狀調研

通過調研采油廠各單元礦化度數據，發現中一區下館陶7-10單元、墾西墾71斷塊礦化度高的原因主要是 Cl- 、HCO3-離子含量高，其中Cl- 含量為6276 mg/l，高出采油廠平均值的1.7倍。采油廠腐蝕油井中普遍存在著化學腐蝕和電化學腐蝕，但由于Cl-離子影響，腐蝕主要以電化學腐蝕為主。

自2007年以來，孤島采油廠主要采用了兩種防腐工藝：緩蝕阻垢管和井下加固體緩蝕劑工藝。

緩蝕阻垢管就是管內填入固體緩蝕劑和阻垢劑的混合物，裝緩蝕阻垢劑的管上有控制釋放速度的釋放孔和排氣孔。固體緩蝕劑是通過在金屬表面吸附成膜改變金屬表面的電荷狀態和界面性質，使腐蝕速度減慢、減小，達到井下管柱防腐的目的。

井下加固體緩蝕劑工藝和緩蝕阻垢管防腐機理相同，都是通過在金屬表面吸附成膜改變金屬表面的電荷狀態和界面性質，使腐蝕速度減慢、減小，達到井下管柱防腐的目的。

這兩種工藝都是通過在金屬表面吸附成膜改變金屬表面的電荷狀態和界面性質，使腐蝕速度減慢、減小，達到井下管柱防腐的目的。但由于受含水高低、液量大小、氣液比高低的影響，反應速度無法控制，且易受出砂影響，造成管柱堵塞。同時，由于Cl-半徑較小，易穿透保護膜，產生局部腐蝕。隨著侵蝕性Cl-離子濃度的增加，表面鈍化膜穩定性下降。兩種工藝共應用32口井，平均延長免修期131天，取得了一定效果，但延長免修期仍有限。

犧牲陽極保護法是最早應用的陰極保護方法。它簡單易行，不需電源，不用專人管理，不干擾臨近設備和裝置，僅消耗少量有色金屬材料，就可使抽油桿、油管獲得完全的陰極保護。因此在犧牲陽極保護法的基礎上，研究更適宜的新型犧牲陽極防腐保護技術，可達到延長腐蝕單元免修期，降低作業頻次的目的。

3 新型犧牲陽極防腐技術

犧牲陽極保護法實際上就是形成原電池反應，讓被保護金屬做陰極，不反應，起到保護作用，而活潑金屬反應受到腐蝕。

鎂是最常用的犧牲陽極材料，其特點是開路電位高，電化當量低，陽極極化性能好，但純鎂作犧牲陽極效率低，消耗快，逐漸被淘汰，現在廣泛應用的犧牲陽極防腐保護裝置材料為鎂、鋅、鋁及其合金。它是把油水混合物為介質，油管、抽油桿、套管等作為陰極，通過犧牲陽極中的活潑金屬，達到對陰極的保護。犧牲陽極棒所產生的白色氧化鎂、氧化鋁、氧化鋅，其比重輕于油水混合液的比重，能粘附在油管表面，形成牢固的白色保護層，起到良好的防腐作用，能有效解決污管柱腐蝕問題。

通過室內試驗，鎂、鋁、鋅的電流效率分別為50-55%、80-85%、鋅90-95%，三種陽極材料的理論消耗量為：鎂0.453克/安.時，鋁0.335克/安.時，鋅1.225克/安.時。根據試驗結果，優選鋅鋁合金為陽極材料，并添加改性物質，制成新型犧牲陽極材料。

新型犧牲陽極不但擁有一般陽極保護的特點，且在陽極中加入改性物質，能使陽極在井筒內均勻溶解，使其二次反應物能迅速在井筒及管、桿表面形成保護膜，并因膜的形成起到防腐作用。如保護膜因摩擦受損，分解反應物會迅速在碳鋼表面形成修復。

防腐保護裝置結構：將犧牲陽極裝置與油管連接下入井內，油管和犧牲陽極構成了一個宏觀電池，犧牲陽極是陽極，油管是陰極，陽極通過電解質向油管提供陰極電流，消耗掉犧牲陽極材料，使油管受到陰極保護。同樣道理，抽油桿上連接犧牲陽極裝置，原理相同。

室內實驗（掛片）：根據新型犧牲陽極防腐裝置的篩選標準（GB/T 17848-1999 犧牲陽極電化學性能試驗方法）和原則，采用室內靜態掛片法，實驗溫度60℃，對GD1-4-909、GD1-9-502進行掛片試驗。

通過室內實驗發現，使被保護金屬構件通過陽極極化進入到金屬的穩定敦化區，在這個點位范圍金屬處于鈍化狀態，正常的陽極溶解過程受到阻礙，從而達到控制金屬腐蝕的目的。在穩定的鈍化區內，電位與金屬腐蝕速率已經沒有多少關系，維鈍電流密度用以修補輕微部分溶解的鈍化膜。

現場優化：根據陽極保護面積、最小保護電流密度等參數，對單個改性犧牲陽極防腐裝置受效作用距離進行優化，保證防腐效果。

現場優化方法： 1）油管防腐裝置：自泵下100m開始每100m下一個。2）抽油桿防腐裝置：自活塞開始每100m下一個。

4應用效果

新型犧牲陽極防腐裝置試驗成功后，在孤島采油廠中一區下館陶7-10單元、墾西墾71斷塊腐蝕嚴重井開展現場試驗。累計現場實施34井次，效果顯著。實施前平均日液85.9m3/d，日油2.2t/d，平均免修期234天，實施后日液104 m3/d，日油2.6t，平均生產周期519天。延長免修期285天。

5幾點認識

1、針對腐蝕嚴重的油井，實施新型犧牲陽極防腐裝置推廣應用后，延長了生產周期和泵的高效期，經濟效益明顯。

2、通過新型犧牲陽極防腐裝置的推廣應用，為防腐治理提供了技術支撐。