輸油管道腐蝕原因及防腐措施

李亞光 中原石化工程有限公司

1 腐蝕原因

油管是注水管柱的重要組成部分，注水管柱的腐蝕主要是井下油管的腐蝕以及分層注水管柱工具的腐蝕。如果油管發(fā)生腐蝕將使注水管柱失去正常的功能。不同的油田、不同的油井由于地質(zhì)條件不同，其腐蝕程度也不同。部分油田的注水管采用普通注水管，其腐蝕現(xiàn)象比較嚴重。在井口至井深2 000m的范圍內(nèi)，油管的腐蝕程度按照從上到下的順序逐漸減輕。油管發(fā)生腐蝕時產(chǎn)生瘤狀或塊狀結(jié)構(gòu)，部分油管腐蝕嚴重時會導(dǎo)致油管本身和絲扣發(fā)生穿孔現(xiàn)象。一般在2 500m井深處管柱開始出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，嚴重時積垢甚至能夠?qū)⒐苤撞康奈补芎褪旨芏伦?。油管的腐蝕原因主要有：

（1）從化學因素分析，只要存在電解質(zhì)、導(dǎo)體、陽極、陰極就能夠發(fā)生電化學反應(yīng)。隨著油田開采時間的加長，油井中水的含量不斷上升，這些水往往含有KCl、NaCl、H2S等化合物，這些物質(zhì)在水中容易形成比較強的電解質(zhì)溶液。由于油管是由不同的金屬和非金屬組成的合金鋼管，當油管在強電解質(zhì)溶液中工作時，因不同離子的活性不同，從而在油管的表面形成了許多微小的電池，其中鐵元素成為陽極，比鐵元素地位高的離子成為陰極，形成了一個化學電池，在電解液的腐蝕下鐵原子被氧化成為鐵離子。

（2）在油水混合物中含有大量的細菌微生物，對金屬有腐蝕性的細菌能夠?qū)τ凸墚a(chǎn)生嚴重的腐蝕作用。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，油管細菌的腐蝕絕大部分都是由硫酸鹽細菌引起的。盡管在施工的過程中已經(jīng)對回注水進行了殺菌處理，但是效果并不好，在注水管、油管以及套管的空間中仍然存在一定數(shù)量的細菌。此外，在回注水中還含有一定數(shù)量的鐵細菌，鐵細菌在氧化亞鐵的催化作用下，能夠形成大量的氫氧化鐵附著在管道的內(nèi)部，影響了油管的正常使用。

（3）氧氣也容易對油管產(chǎn)生腐蝕作用。當油管的內(nèi)、外表面都裸露在含有氧氣的介質(zhì)中，在金屬介質(zhì)的表面就會發(fā)生吸氧反應(yīng)，最終形成鐵的氫氧化物，這些氫氧化物不斷地堆積而形成鼓泡，最終導(dǎo)致鼓泡下的金屬形成坑蝕。

（4）在油井中還存在著大量的CO2，CO2溶于水后對油管具有強烈的腐蝕作用，在酸堿度相同的水溶液中，CO2的腐蝕程度超過了鹽酸。CO2形成的腐蝕和結(jié)垢產(chǎn)物堆積在油管的表面形成腐蝕產(chǎn)物膜，它能夠阻止反應(yīng)的進一步進行，對油管具有一定的保護作用。但是在沖刷的環(huán)境中腐蝕產(chǎn)物膜難以依附于油管表面，而且暴露出了油管的金屬基體，導(dǎo)致腐蝕速度加快。

2 防腐措施

2.1 采用緩蝕劑防腐

對于含有H2S、CO2的油氣井，主要采用添加緩蝕劑的方法來控制腐蝕。將緩蝕劑加入到井液中，從而在油管的表面形成了一層具有密封性的薄膜，將金屬原子和腐蝕介質(zhì)有效地隔離開來，以達到防止油管腐蝕的目的；同時緩蝕劑加入到油井中，在油管內(nèi)部所形成的保護膜還能夠起到潤滑的作用，減輕了油管的磨損。緩蝕劑主要使用的是仲、叔胺的衍生物，伯、仲、叔胺以及季胺類鹽，同時還有以多元醇有機磷酸酯為主的緩蝕劑。例如中科院研制的IMC—80—ZS型緩蝕劑可以使油管的使用壽命平均延長2倍以上，對于CO2含量比較高的油井，該緩釋劑可以使油管的壽命延長4~5倍；IMC—80—N型緩蝕劑可以有效地控制H2S所引起的腐蝕，而且對于局部防腐具有良好的效果。

液態(tài)類的緩蝕劑在使用過程中存在很多問題，而固體緩蝕劑由于具有一系列良好的特性，如不容易被氣體、液體帶出，施工方便，費用低，逐漸地取代了液體緩蝕劑。此外，固體緩蝕劑不僅能夠有效地防止油管腐蝕，同時還對抽油泵等井下金屬工具起到良好的保護作用。雖然固體緩蝕劑的投資成本比較低，但是有效期也比較短，即便是效果最好的固體緩蝕劑其有效期也只有10個月左右。如果要長期使用，其投資成本比較高。

2.2 采用有內(nèi)襯層和有機涂層的油管防腐

采用內(nèi)襯層是抑制鋼質(zhì)管道內(nèi)壁腐蝕的主要方法，通過內(nèi)涂內(nèi)襯所產(chǎn)生的覆蓋層將金屬原子和腐蝕性介質(zhì)有效地隔離開來，從而達到防腐蝕的作用?？梢詰?yīng)用的內(nèi)襯層和有機涂層的油管主要有以下幾種：

（1）玻璃鋼油管。主要通過對油氣井下的鋼管內(nèi)壁的保護來提高其抗腐蝕的能力。這種油管的使用壽命長，而且對環(huán)境具有良好的適應(yīng)能力，耐高溫效果好，最高可以達到120℃。此外其介質(zhì)的流動性好，不結(jié)蠟、不結(jié)垢，不容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。該油管在使用時需專用的接頭。

（2）高壓玻璃鋼油管。采用連續(xù)玻璃纖維浸入樹脂的方法，纏繞到一定厚度，再經(jīng)過一系列的處理后而形成的油管，這種油管具有良好的抗腐蝕作用和抗結(jié)垢能力。該油管材料強度低，對高溫沒有抵抗能力，損壞之后無法修復(fù)；同時油管內(nèi)徑小，使用要求高，價格比普通的油管高，這些因素都限制了其使用范圍。

（3）不銹鋼內(nèi)襯油管。在普通的油管內(nèi)部焊接一層0.5mm不銹鋼作為內(nèi)襯，內(nèi)襯是將不銹鋼材料卷成筒狀后焊接而成的。在焊縫密封的條件下，不銹鋼內(nèi)襯油管的防腐效果比較好。

2.3 控制CO2腐蝕的方法

在大澇壩凝析氣田的生產(chǎn)中存在CO2等腐蝕介質(zhì)。為了解決油管的腐蝕問題，特別是控制CO2和其他流體的沖刷腐蝕，可以考慮采用環(huán)空保護液、封隔器以及13CrFOX螺紋油管相互配合的方法，這種方法在防腐蝕方面效果特別好。但是由于13CrFOX油管的價格比較高，如果全部采用會增加采氣的成本。因此可以在腐蝕環(huán)境比較嚴重的600~2 500m井段使用13CrFOX油管，在其余井段使用P110EUE油管。采用此方法不僅滿足了油管的防腐蝕要求，同時也降低了采氣的成本。

3 結(jié)語

在油田生產(chǎn)中，為了防止油管在使用過程中發(fā)生腐蝕，應(yīng)當從施工工藝和防護兩個方面做好相關(guān)的防腐蝕工作，可以利用一系列具有防腐蝕性能的產(chǎn)品來提高油管的使用壽命。在防腐蝕的過程中應(yīng)當根據(jù)其化學反應(yīng)的原理，了解科學的防護方法，推動防腐工藝的不斷進步。