油井腐蚀原因分析及预防方法

学术论文 2018-11-22 10:44:18
    新立油田目前已有二十多年的注水开发时间,部分油井进入高含水开发期。由于注入水质超标,导致油井井下设备极易发生腐蚀现象,往往造成泵漏、管漏、杆管断脱等危害,严重影响油田的正常开发生产。本文通过查找油井腐蚀因素,并针对影响腐蚀的主要因素,提出控制腐蚀的方法,对油井腐蚀的预防具有重要意义。

    一、油井腐蚀原因分析

    通过对新立油田20口油井腐蚀情况的具体分析,发现影响油井腐蚀因素有物理因素、化学因素和生物因素。

    1.物理因素

    1.1压力影响

    一般情况下,溶解水中的氧气和二氧化碳的溶解度,随着压力的升高而增大,高浓度的氧气和二氧化碳参与的化学反应就越强烈,从而对金属表面的腐蚀越严重,随着压力的降低,氧气和二氧化碳的溶解度而降低。对金属的腐蚀就越轻微。

    1.2温度影响

    腐蚀速率随水温度的升高而成比例的增加,一般情况下,水温度每升高10℃,钢铁的腐蚀速度约增加30%。因此在一些高温油井中,温度是影响井下设备腐蚀的主要因素。

    1.3流速影响

    油井流体的流动速度将会促进腐蚀介质向设备表面的扩散接触、促进腐蚀反应物向周围的扩散交换,会冲去在金属表面上形成的有保护作用的保护膜,所以加速腐蚀。

    1.4偏磨腐蚀

    油管和抽油杆产生偏磨,按电化学原理,偏磨处因金属基体暴露而活化,成为受腐蚀的阳极区。另外,相对于油管或抽油杆而言,偏磨部位面积很小,这样就出现了电化学上的大阴极和小阳极,以致于在较短的时间内腐蚀很快,甚至造成油管穿孔或抽油杆断裂。

    2.化学因素

    2.1氧气

    溶解状态下的氧对金属腐蚀影响非常大。大量实验表明,室温下,碳钢在无氧纯水中的腐蚀速率小于0.04mm/a , 腐蚀几乎观察不到,而当水中溶有氧后则腐蚀速率成倍增加。在高矿化度污水中,当溶解氧由0.02增加到0.65mg /L时,腐蚀速率增加5 倍;当溶解氧含量达到1.0mg / L时,腐蚀速率则增加20 倍。

    2.2硫化氢

    油田水中的硫化氢主要来自含硫油田伴生气在水中的溶解,还有来自硫酸盐还原菌的分解。硫化氢在水中的溶解度随温度升高而降低。干燥的H2S对金属材料无腐蚀破坏作用,只有溶解于水中才具有腐蚀性,一旦溶于水便立即电离,释放出的氢离子是强去极化剂,极易在阴极夺取电子,促进阳极铁溶解反应而导致钢铁的全面腐蚀。

    2.3二氧化碳

    二氧化碳是一种酸性气体,溶于水后能降低水体的pH ,这是产出液偏酸性的根本原因,它产生氢去极化作用,加速钢材腐蚀,表现多为深坑蚀或者是环状侵蚀。二氧化碳对基体腐蚀的严重程度与其分压和介质温度有关。一般情况,随着压力和温度的升高,腐蚀严重。

    3.生物因素

    在油田采出水中滋生的细菌一般有三种:硫酸盐还原菌(SRB)、铁细菌、腐生菌,而对油井腐蚀危害最大的是SRB,SRB在无氧的环境下将水中无机硫酸盐还原成硫化氢,从而对系统造成腐蚀,腐蚀产物中有黑色的FeS等存在,采出水往往是黑水且发臭,使设备遭受严重的腐蚀。在油田油井水样品中,有些井硫酸盐还原菌高达105个/ml,危害程度相当严重,所以必须加以控制。

    二、油井的防腐蚀方法

    1.正确选择金属材料

    根据油井生产的实际情况条件,选择适宜的钢材,注意材料的相容性,尽量采用电极电位相近的金属材料相搭配。

    2.非金属材料的应用

    非金属材料具有优良的耐腐蚀性能。例如:各类天然岩石,大理石、白云石等人造硅酸盐材料,玻璃,陶瓷,搪瓷等有机材料,塑料,塑脂等高分子材料,石油地面工程中应用较多的是有机材料和玻璃钢件、各种衬里等。

    3.覆盖层防护

    通过对材质表面进行处理,使金属表面和介质之间有一层膜,从而有效地把金属与介质之间隔开,起到防止腐蚀的作用。

    对腐蚀严重油井,可以使用表面进行防腐处理的油管或油杆。如无偏磨井防腐可以使用涂料、化学镀油管杆等。对偏磨严重井防腐可以采用耐磨的树脂塑料衬里油管。

    4.合理加入缓蚀剂

    根据油井腐蚀的原因及生产实际条件,选择合理的药剂,减少金属的腐蚀。如针对溶解氧腐蚀可以加一些还原剂除去溶液中的氧就可以减缓腐蚀;硫化氢腐蚀油井则需要加入除硫剂或者针对硫化氢腐蚀的缓蚀剂;细菌腐蚀可以加入杀菌剂来抑制腐蚀。

    5.加强油井管理

    油井发生偏磨现象,多发生在油井设备安装初期,抽油杆和油管位置错位,发生油杆偏磨现象。另外,当油井油管和油杆发生偏磨后,没有进行有效管理,导致偏磨现象持续发生。

    三、结论

    油井发生腐蚀现象的因素很多,只有彻底了解油井井下工具设备在生产过程中发生腐蚀的原因,采取有针对性的措施,才能有效防止或减少油井腐蚀情况的发生,延长油井设备的使用寿命,避免因腐蚀导致的各种事故的发生,保证油井的正常生产。

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