油井腐蝕原因分析及預防方法

學術論文 2018-11-22 10:44:18
    新立油田目前已有二十多年的注水開發時間,部分油井進入高含水開發期。由于注入水質超標,導致油井井下設備極易發生腐蝕現象,往往造成泵漏、管漏、桿管斷脫等危害,嚴重影響油田的正常開發生產。本文通過查找油井腐蝕因素,并針對影響腐蝕的主要因素,提出控制腐蝕的方法,對油井腐蝕的預防具有重要意義。

    一、油井腐蝕原因分析

    通過對新立油田20口油井腐蝕情況的具體分析,發現影響油井腐蝕因素有物理因素、化學因素和生物因素。

    1.物理因素

    1.1壓力影響

    一般情況下,溶解水中的氧氣和二氧化碳的溶解度,隨著壓力的升高而增大,高濃度的氧氣和二氧化碳參與的化學反應就越強烈,從而對金屬表面的腐蝕越嚴重,隨著壓力的降低,氧氣和二氧化碳的溶解度而降低。對金屬的腐蝕就越輕微。

    1.2溫度影響

    腐蝕速率隨水溫度的升高而成比例的增加,一般情況下,水溫度每升高10℃,鋼鐵的腐蝕速度約增加30%。因此在一些高溫油井中,溫度是影響井下設備腐蝕的主要因素。

    1.3流速影響

    油井流體的流動速度將會促進腐蝕介質向設備表面的擴散接觸、促進腐蝕反應物向周圍的擴散交換,會沖去在金屬表面上形成的有保護作用的保護膜,所以加速腐蝕。

    1.4偏磨腐蝕

    油管和抽油桿產生偏磨,按電化學原理,偏磨處因金屬基體暴露而活化,成為受腐蝕的陽極區。另外,相對于油管或抽油桿而言,偏磨部位面積很小,這樣就出現了電化學上的大陰極和小陽極,以致于在較短的時間內腐蝕很快,甚至造成油管穿孔或抽油桿斷裂。

    2.化學因素

    2.1氧氣

    溶解狀態下的氧對金屬腐蝕影響非常大。大量實驗表明,室溫下,碳鋼在無氧純水中的腐蝕速率小于0.04mm/a , 腐蝕幾乎觀察不到,而當水中溶有氧后則腐蝕速率成倍增加。在高礦化度污水中,當溶解氧由0.02增加到0.65mg /L時,腐蝕速率增加5 倍;當溶解氧含量達到1.0mg / L時,腐蝕速率則增加20 倍。

    2.2硫化氫

    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,還有來自硫酸鹽還原菌的分解。硫化氫在水中的溶解度隨溫度升高而降低。干燥的H2S對金屬材料無腐蝕破壞作用,只有溶解于水中才具有腐蝕性,一旦溶于水便立即電離,釋放出的氫離子是強去極化劑,極易在陰極奪取電子,促進陽極鐵溶解反應而導致鋼鐵的全面腐蝕。

    2.3二氧化碳

    二氧化碳是一種酸性氣體,溶于水后能降低水體的pH ,這是產出液偏酸性的根本原因,它產生氫去極化作用,加速鋼材腐蝕,表現多為深坑蝕或者是環狀侵蝕。二氧化碳對基體腐蝕的嚴重程度與其分壓和介質溫度有關。一般情況,隨著壓力和溫度的升高,腐蝕嚴重。

    3.生物因素

    在油田采出水中滋生的細菌一般有三種:硫酸鹽還原菌(SRB)、鐵細菌、腐生菌,而對油井腐蝕危害最大的是SRB,SRB在無氧的環境下將水中無機硫酸鹽還原成硫化氫,從而對系統造成腐蝕,腐蝕產物中有黑色的FeS等存在,采出水往往是黑水且發臭,使設備遭受嚴重的腐蝕。在油田油井水樣品中,有些井硫酸鹽還原菌高達105個/ml,危害程度相當嚴重,所以必須加以控制。

    二、油井的防腐蝕方法

    1.正確選擇金屬材料

    根據油井生產的實際情況條件,選擇適宜的鋼材,注意材料的相容性,盡量采用電極電位相近的金屬材料相搭配。

    2.非金屬材料的應用

    非金屬材料具有優良的耐腐蝕性能。例如:各類天然巖石,大理石、白云石等人造硅酸鹽材料,玻璃,陶瓷,搪瓷等有機材料,塑料,塑脂等高分子材料,石油地面工程中應用較多的是有機材料和玻璃鋼件、各種襯里等。

    3.覆蓋層防護

    通過對材質表面進行處理,使金屬表面和介質之間有一層膜,從而有效地把金屬與介質之間隔開,起到防止腐蝕的作用。

    對腐蝕嚴重油井,可以使用表面進行防腐處理的油管或油桿。如無偏磨井防腐可以使用涂料、化學鍍油管桿等。對偏磨嚴重井防腐可以采用耐磨的樹脂塑料襯里油管。

    4.合理加入緩蝕劑

    根據油井腐蝕的原因及生產實際條件,選擇合理的藥劑,減少金屬的腐蝕。如針對溶解氧腐蝕可以加一些還原劑除去溶液中的氧就可以減緩腐蝕;硫化氫腐蝕油井則需要加入除硫劑或者針對硫化氫腐蝕的緩蝕劑;細菌腐蝕可以加入殺菌劑來抑制腐蝕。

    5.加強油井管理

    油井發生偏磨現象,多發生在油井設備安裝初期,抽油桿和油管位置錯位,發生油桿偏磨現象。另外,當油井油管和油桿發生偏磨后,沒有進行有效管理,導致偏磨現象持續發生。

    三、結論

    油井發生腐蝕現象的因素很多,只有徹底了解油井井下工具設備在生產過程中發生腐蝕的原因,采取有針對性的措施,才能有效防止或減少油井腐蝕情況的發生,延長油井設備的使用壽命,避免因腐蝕導致的各種事故的發生,保證油井的正常生產。

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