油田注水开发管柱防腐工艺技术研究
来源:用户上传
作者: 李成 杨科伟
摘 要 随着油气资源逐渐减少和开发难度的不断加大，油田注水开发已经成为了石油资源开发大趋势。油田注水开发面临着许多技术的难题，注水管柱防腐就是亟待解决的难题之一。
本文从注水管柱腐蚀的根源出发，分析了管柱腐蚀的主要因素，研究了相应的管柱防腐技术，并比较了各种防腐技术的特点，为油田注水管柱防腐提供理论指导，具有较大的现实意义。
关键字 注水开发；管柱防腐；工艺技术
中图分类号TE3 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）103-0189-02
1 注水管柱腐蚀因素分析
注入水通过井下管柱注入到储层，将与地层水发生复杂作用，通常注入水与地层水水型不同，共存情况下，会具有碱度高、矿化度高、氯根高、溶解氧低等一些特点。在这些条件的工作作用下，很容易将管柱腐蚀，造成管柱报废，影响注水效果，甚至造成注水井报废。造成管柱腐蚀的因素有很多，主要有溶解氧、CO2、H2S、钙镁离子以及细菌作用等。
1）溶解氧腐蚀
即使是注入水中仅含有极低浓度的氧都有可能会造成极其严重的腐蚀，在伴随有Cl-、CO32-、SO42-、CO2以及H2S等的共同作用时，腐蚀程度将加剧，会出现点蚀面蚀现象，还会伴随有深度腐蚀，并将造成PH值的升高，将形成恶性循环，腐蚀速度也会逐渐加快。
2）CO2腐蚀
气态的CO2溶于水后，形成弱酸性的水，会造成电化学腐蚀。CO2腐蚀特征鲜明，通常表现为局部点蚀、台面状坑蚀、轮鲜状腐蚀等。CO2与注入井中钙镁离子接触时，会形成碳酸盐污垢，如CaCO3、MgCO3，与氧化生成的Fe2+接触时会产生腐蚀产物FeCO3。这些腐蚀产物在管材的不同区域的覆盖程度不同会造成不同区域间的自催化作用腐蚀电偶现象，CO2的局部腐蚀即该作用的结果。
3）H2S腐蚀
H2S对注水管柱造成电化学腐蚀。FeS2、Fe9S8、Fe3S4、FeS和H+是H2S腐蚀的主要腐蚀产物。如果所产生的氢侵入管柱内部，会引起管柱开裂，加上应力作用的影响而产生应力腐蚀开裂。
4）Cl-以及钙镁离子的腐蚀
Cl-造成的腐蚀主要表现在两个方面。一方面是对钝化膜的作用，不仅会阻碍钝化膜的形成，并且加速钝化膜的破坏，进而造成局部腐蚀。另一方面，是比较积极的方面，Cl-的存在会降低CO2在水溶液溶解度，会减缓腐蚀。
钙镁离子对管材的腐蚀也分两个方面。一方面，钙镁离子的存在会增大溶液的离子强度。另一方面，钙镁离子含量增加会加速结垢腐蚀以及产物膜与暴露金属间的电偶腐蚀。
5）细菌腐蚀
油田注污水采油过程中，引起管柱腐蚀的主要微生物有：好氧的铁细菌、厌氧的硫酸盐还原菌（SRB）以及腐生菌（TGB）等。这些微生物的存在严重影响水质，造成管柱腐蚀。
2 防腐技术对策
注水管柱腐蚀将给油田开发带来巨大的危害，不仅增加石油开发成本，而且影响石油开发进度，迫切地需要采取有效的技术措施来阻止或延缓注水管柱腐蚀。
目前主要的管柱防腐技术有：金属材料选用、表面处理技术、改变环境介质条件等。
1）耐腐蚀金属材料的选用
根据注水管柱的工作环境，对管材表面的性质做特殊处理，增加金属的耐腐蚀性或者选用特殊合金管材。通常，耐腐蚀性材料成本较高，选择管材的原则是要同时兼顾注水系统限制条件与经济成本。采用表面渗透技术改变碳钢和低合金钢的性质，让其具备良好的耐腐蚀能力，如渗铝钢、铝钥共渗钢。渗铝钢是一种相对价格比较低廉的材料，具有较强的耐腐蚀性，价格也仅为普通碳钢的两倍。综合考虑经济因素、耐腐蚀性以及机械性能，使其成为油气田井下腐蚀条件下的理想选择。低铬合金钢的抗腐蚀能力约为普通碳钢的4倍，而价格仅约为其的1.5倍，机械性能也足以满足工程需要。所以，在低渗透油田中应用极其广泛，既能保证安全生产，又可减少投资，降低成本。
2）表面处理技术
表面处理技术的机理是在金属管材表面增加一层特殊材料以尽量隔绝管材与腐蚀介质的接触，从而达到抗腐蚀的目的。通常，表面处理技术分为两类，即镀层技术与涂层技术。镀层技术是利用材料的物理化学吸附作用，通过电镀或化学镀工艺是镀液中的耐腐蚀离子依附到本体金属表面，从而获得防腐能力。相对于软氮化、镀铬、高频淬火等处理工艺技术，化学镀具有系列优点，如成本地低、操作简单、可回收利用、具有可修复性。所以，化学镀是低渗油田注水管柱选择中经济效益较好的一种。涂层技术是指采用特殊工艺将有机防腐材料喷涂到注水管柱表面，以起到隔离作用，实现防腐目的。该技术的缺点为不适合于外壁涂层防腐，但却是最经济、最直接的技术。
3）改变环境介质条件
另一种用于注水管柱防腐的工艺技术为改变金属的环境介质，目前，现场应用并不是很广泛，它分为物理方法和化学方法。物理方法是指改变腐蚀性微生物生存环境，抑制该类细菌的生长，或者使用紫外线照射直接杀死细菌。紫外线杀死该类细菌的原因有两个，一是影响细菌的DNA改变形成胸腺嘧啶二聚体，二是利用该过程中形成臭氧氧化细菌活性，使之失去活力而死亡。再配合以上述两种工艺共同抵抗管柱腐蚀。化学方法是指通过在注入水中加入杀菌剂、缓蚀剂来杀灭、或抑制细菌的生长，以达到的管柱腐蚀的有效控制。该方法简单有效，油田注水中应用广泛。缓蚀剂顾名思义即为缓解腐蚀的作用，只需要添加少量，即可在腐蚀介质与管柱接触面上发生作用，有效缓解管柱腐蚀。杀菌剂是直接与细菌发生作用，破坏或抑制细菌生长，造成细菌死亡。
3防腐工艺技术比较
注水应用越来越广泛，如何使注水经济高效是当前备受关注的课题，其中防腐工艺技术极其关键，可以大幅度降低注水成本[3]。所以，通过对比选择合理的防腐工艺技术显得尤为重要。
使用普通碳钢管柱，虽然初期投入较低，但抗腐蚀性较差，随着采油周期的加长，时常需要更换套管。这样不仅增加成本投入，而且会影响油田注水开发的水驱效果。抗腐蚀性合金管柱抗腐蚀性能好，通常无需使用其他配套措施，工艺简单，且不会影响基本注水效果，但该类型管柱价格昂贵，资金投入要求高，不建议在低渗油田使用。渗铝钢和化学镀具有工艺简单、适应性强、经济性好、防护效果佳等系列优点，所以，通常会在低渗油田中广泛使用。缓蚀剂和杀菌剂使用之所以应用不够广泛的重要原因是其有效期段、累计投入高、适应性也较差。通常情况下，还得根据油田具体实际来研制防腐药剂，并且需要大量的投药装置，管理困难。
4 结论
本文从管柱腐蚀原因出发，研究了各类防腐技术，并比较了相互之间的优缺点，为油田注水开发防腐实践提供了重要指导。
参考文献
[1]李荣强.胜利油田注水管柱腐蚀机理与防治技术[J].石油钻探技术，2008，4：64-66.
[2]张勇.水平井注水工艺技术研究与应用[D].东北石油大学，2012.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-4831103.htm
