小集油田油井腐蝕原因分析及防治措施研究

李國香

摘要：隨著小集油田注水開發(fā)的逐步深入，油田進入高含水開發(fā)期，抽油桿、油管腐蝕結(jié)垢問題日益嚴(yán)重，影響油田的正常生產(chǎn)桿管斷脫、穿孔頻繁，平均檢泵周期短。并且腐蝕結(jié)垢導(dǎo)致的修井作業(yè)不僅增加了生產(chǎn)成本，也影響了油井的開井時率。為此，筆者對小集油田油井腐蝕結(jié)垢的成因及治理方法進行了研究，通過針對性油井腐蝕結(jié)垢治理方法的應(yīng)用，有效遏制了油井腐蝕，油井檢泵周期明顯延長，取得了良好的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：小集油田;油井腐蝕;腐蝕原因;防治措施

前言

小集油田位于黃驊坳陷孔店構(gòu)造帶的南端小集構(gòu)造帶上，是由多斷塊組成的復(fù)雜鼻狀構(gòu)造。是大港油田第三采油廠主要生產(chǎn)油田，隨著小集油田開發(fā)的深入，部分井油管都存在著不同程度的腐蝕，由于腐蝕現(xiàn)象的日趨嚴(yán)重，導(dǎo)致油水井帶病生產(chǎn)，嚴(yán)重時造成停產(chǎn)，不僅造成了井網(wǎng)不完善，而且嚴(yán)重制約了小集油田開發(fā)水平的提高。因腐蝕報廢的油管、導(dǎo)致的油井停產(chǎn)、作業(yè)損失更是巨大。因此，找出導(dǎo)致油井出現(xiàn)腐蝕損壞的主要原因，并采取相應(yīng)的防治對策，防止或者減少油井的腐蝕，是油田防腐蝕工作的重要課題。

1.油井出現(xiàn)腐蝕的主要原因分析

油井出現(xiàn)腐蝕較嚴(yán)重的區(qū)塊綜合含水都在75%以上，根據(jù)現(xiàn)代化學(xué)理論，當(dāng)產(chǎn)出液中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于74.2%時，混合液體將從油包水型（W/O）換相位水包油型（O/W），腐蝕速率會明顯加快，由于小集油田已經(jīng)綜合含水處于高位，目前大部分油井產(chǎn)出液為水包油型（O/W），處于腐蝕相對比較嚴(yán)重的環(huán)境中。由于產(chǎn)出水礦化度高，通過分析小集油田多口嚴(yán)重腐蝕結(jié)垢油井的采出水礦化度非常高，導(dǎo)電性強，這是腐蝕結(jié)垢的共性原因，油 井的腐蝕介質(zhì)包括CI^-、CO₂、H₂S及硫酸鹽還原菌（SRB）等，結(jié)垢因素主要是鈣鎂鹽和鐵腐蝕產(chǎn)物的沉積，其他一些物理條件如井筒溫度、壓力、桿管表面光滑程度也是影響因素，油井腐蝕結(jié)垢往往是多種因素共同作用的結(jié)果，需要綜合分析。

1.1礦化度

產(chǎn)出液中溶解鹽的多少即礦化度的大小，對油管的腐蝕有顯著的影響，而且礦化度越高，腐蝕性越強，小集油田注水采用污水摻清水回注的工藝，套管內(nèi)外都處在地層水的浸泡環(huán)境中。小集油田地層水性質(zhì)為 CaCI₂型，CI^-離子濃度 17193mg/l～23796mg/l，總礦化度 32336mg/l～43438mg/l，是典型的高礦化封閉性水型。隨著注入水的增加，水質(zhì)以 NaHCO₃，Na₂SO₄型為主。由于小集油田地層水礦化度高，且含腐蝕性的 CI^-離子和 SO₄^2-離子，在電化學(xué)腐蝕過程中，CI^-向過剩正電荷區(qū)遷移集中，套管被腐蝕，CI^-腐蝕表現(xiàn)明顯。CI^-離子半徑小，有較強的穿透能力，易吸附在金屬表面破壞保護膜，逐步形成點蝕坑，點蝕坑呈酸性小環(huán)境，腐蝕進一步加劇，造成油管穿孔，抽油桿斷脫。在作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)斷塊內(nèi)油井桿管表面呈現(xiàn)密集的點蝕坑。

1.2可溶性氣體腐蝕

生產(chǎn)液中溶解的CO₂等氣體，可以加速油管的腐蝕。地層有機物氧化分解可產(chǎn)生CO₂，CO₂和水結(jié)合可電離中H⁺，H⁺越多，溶液的酸性越強，對油管的腐蝕越嚴(yán)重。CO₂腐蝕表現(xiàn)為點蝕、癬狀腐蝕和面狀腐蝕，部分井油管上既有點蝕坑，又有癬狀腐蝕面，表現(xiàn)為典型的CO₂腐蝕，

1.3H₂S及硫酸鹽還原菌（SRB腐蝕）

油井中的 H₂S有2個來源：一是伴生氣中自然存在的H₂S，另一個來源是硫酸鹽還原菌把水中的SO₄^2-還原而成的 H₂S。H₂S溶于水產(chǎn)生強烈的腐蝕性，H2S腐蝕導(dǎo)致的氫脆還會顯著降低桿管強度。硫酸鹽還原菌可生存的溫度上限是75℃，在地層和井筒中都可能滋生。從現(xiàn)場檢測的結(jié)果看，油井中檢出硫酸鹽還原菌的井約占總井?dāng)?shù)的20%，細(xì)菌含量都沒有超過1000個/ml。總體而言，少數(shù)區(qū)塊存在 H₂S及硫酸鹽還原菌腐蝕，但不是腐蝕的主要原因。

1.4垢下腐蝕

結(jié)垢產(chǎn)物CaCO₃、FeCO₃溶解度小，沉積在金屬表面，形成閉塞效應(yīng)，腐蝕點與周圍形成濃度差電池，腐蝕點為陽極，其周圍為陰極。腐蝕所產(chǎn)生的 Fe²⁺離子通過疏松的二次產(chǎn)物層向外擴散，遇到水中S^2-、OH^-等離子，又形成新的二次產(chǎn)物，逐步積累，導(dǎo)致桿管表面鼓包形成，鼓包下面的金屬形成腐蝕坑，極易腐蝕穿孔。

1.5溫度

因為溫度能提高絕大數(shù)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度，產(chǎn)出液對油管的腐蝕速度也是隨著產(chǎn)出液的速度升高而加快。根據(jù)相關(guān)的實驗嚴(yán)重，產(chǎn)出液沒升高30℃，對油管的腐蝕速度就增加一倍。

1.6偏磨

油管發(fā)生偏磨，導(dǎo)致油管應(yīng)力改變，也會加速油管的腐蝕。

2.油井腐蝕治理措施

目前油井腐蝕結(jié)垢治理分為物理方法和化學(xué)方法2大類。

2.1物理防腐

物理防腐包括使用合金材料、表面涂層等方法，合金材料成本高，表面涂層的方法有效期短，在桿、管、泵的互相摩擦過程中，防腐層容易損壞。內(nèi)襯油管近幾年得到廣泛應(yīng)用，通過在油管里面內(nèi)襯一層聚乙烯，能隔斷腐蝕介質(zhì)和鋼鐵表面的接觸，且聚乙烯表面光滑，附著力低，能有效抑制結(jié)垢和桿管偏磨，其缺點是聚乙烯層不耐高溫，影響油井洗井作業(yè)。

超聲波和磁防垢技術(shù)通過改變垢體晶核結(jié)構(gòu)，用文石晶體取代方解石晶體，使垢體不能在井筒吸附長大，在地面設(shè)備防腐防垢中得到了廣泛應(yīng)用，但是在油井里因為不便維護，難以推廣。

2.2化學(xué)防腐

化學(xué)防腐機理有覆蓋效應(yīng)、阻活效應(yīng)、改變雙電層性質(zhì)3種。覆蓋效應(yīng)指緩蝕劑分子均勻地吸附在金屬表面上，無選擇的抑制整個腐蝕反應(yīng)。阻活效應(yīng)指緩蝕劑分子吸附在金屬表面上的腐蝕反應(yīng)活性中心，增加了腐蝕反應(yīng)活化能，減少了活性中心的數(shù)量，使腐蝕速度降低，低覆蓋度時緩蝕作用是以阻活效應(yīng)為主。改變雙電層性質(zhì)指緩蝕劑分子在金屬界面的吸附改變了雙電層的結(jié)構(gòu)和分散層電位差，從而減緩腐蝕反應(yīng)。

對油井采取化學(xué)加藥防腐防垢是相對經(jīng)濟有效的方式，加藥方式分為2種，一種是把藥劑固化，在作業(yè)時掛在泵筒下，在井筒中緩慢釋放，這種方式操作簡單，缺點是固體藥劑承載量有限，有效期短;另一種是液體藥劑，在井口周期性加藥，針對不同的腐蝕結(jié)垢原因，化學(xué)藥劑復(fù)配成分不同。

表面活性劑類緩蝕藥利用的是覆蓋效應(yīng)，選取易于采購、安全經(jīng)濟的藥劑。根據(jù)檢測到的油井腐蝕數(shù)據(jù)和有關(guān)緩蝕劑的實驗數(shù)據(jù)，計算出緩蝕劑的質(zhì)量濃度、加藥量和加藥周期。緩蝕劑的質(zhì)量濃度、加藥量和加藥周期遵循一定的關(guān)系。

緩蝕劑首次投加是應(yīng)加大劑量、高質(zhì)量濃度，使緩蝕劑迅速在金屬表面形成完整保護膜，防止因保護膜殘缺造成局部腐蝕。為利用好緩蝕劑保護膜的防護作用，可采用作業(yè)預(yù)膜的辦法即在油井作業(yè)維修結(jié)束前將緩蝕劑投入井筒中，這樣在開井生產(chǎn)前就會在井筒的管、桿、泵等表面預(yù)先形成一層較厚的保護膜，從而提高防腐蝕效果。

要做好加藥效果的跟蹤分析，定期檢測產(chǎn)出液中鐵離子的含量，技術(shù)調(diào)整用藥型號、質(zhì)量濃度、加藥周期和加藥量，從而避免細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性，保證油井始終處于一個良好的防腐工作環(huán)境中。

3.結(jié)語

在高含水開發(fā)階段，小集油田油井腐蝕問題逐步凸顯，造成腐蝕的原因有多種，產(chǎn)出水物性是主因，同時要全面分析井筒溫度、壓力、井下工具材質(zhì)等因素，采取綜合措施。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，化學(xué)加藥方式抑制腐蝕結(jié)垢具有技術(shù)成熟和成本低的優(yōu)勢，井口加藥方式操作簡單，便于推廣。在加藥治理工程中需要細(xì)化效果監(jiān)測，特別是在作業(yè)現(xiàn)場觀察桿管泵的腐蝕情況，是最直觀的反映。

參考文獻

[1]廖星海.油井結(jié)垢機理及防垢劑篩選試驗[J].油氣田地面工程，2014，13（8）：130-131.