油井生產(chǎn)管柱腐蝕對(duì)維護(hù)性作業(yè)井次影響與對(duì)策

丁秀英

（中國(guó)石化江漢油田分公司江漢采油廠，湖北 潛江433123）

馬王廟油田馬36井區(qū)于1992年投入開(kāi)發(fā)。隨著開(kāi)發(fā)的深入，大部分油井都處于高含水階段，油井生產(chǎn)管柱的腐蝕越來(lái)越嚴(yán)重。2008年在馬36井區(qū)有9口井、18井次在作業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)桿、管、泵存在嚴(yán)重腐蝕，而2009年在馬36井區(qū)有16口井、19井次作業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)存在腐蝕現(xiàn)象。因此，了解油井生產(chǎn)管柱腐蝕原因，有效控制油井生產(chǎn)管柱腐蝕是非常必要的。

1 生產(chǎn)管柱腐蝕影響及原因分析

井下生產(chǎn)管柱的腐蝕形式一般表現(xiàn)為:油管腐蝕穿孔、絲扣腐蝕漏失；抽油桿本體腐蝕造成疲勞拉斷、接箍腐蝕斷或脫；球閥腐蝕導(dǎo)致泵的滲漏等。同時(shí)，有些油井是在偏磨腐蝕共同作用下造成生產(chǎn)管柱失效的。

1.1 腐蝕對(duì)生產(chǎn)管柱的影響

隨著開(kāi)發(fā)的深入，地層壓力降低。加上地層的敏感性反應(yīng)，地層孔隙和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，各種水處理藥劑進(jìn)入地層，導(dǎo)致產(chǎn)出水的水性酸堿度由中性偏堿性變?yōu)槠嵝?，個(gè)別井的pH值甚至只有5.5，油井腐蝕日趨嚴(yán)重，因腐蝕失效的油井也日益增多。腐蝕基本上都發(fā)生在高含水井中，腐蝕產(chǎn)物與垢、雜質(zhì)結(jié)合后形成更復(fù)雜的結(jié)垢產(chǎn)物，從而導(dǎo)致作業(yè)井次增加，采油時(shí)率降低。

2008－2009年對(duì)馬36井區(qū)腐蝕油井情況的作了統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)表1）。從表中可以看出:2008年馬36井區(qū)油井作業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)有腐蝕現(xiàn)象，到2009年存在腐蝕現(xiàn)象的油井由2008年的18井次上升至19井次。從2008年開(kāi)始，對(duì)馬36井區(qū)存在腐蝕現(xiàn)象的油井開(kāi)始采取了防腐措施進(jìn)行治理。部分腐蝕嚴(yán)重井通過(guò)治理，腐蝕情況有所減緩，嚴(yán)重腐蝕的井次也有所下降。但是，馬36井區(qū)管、桿、泵的腐蝕仍然是造成維護(hù)性作業(yè)的主要原因之一。

1.1.1 油管腐蝕

油管在自重、外部壓力和其它因素作用下處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，拉應(yīng)力是導(dǎo)致腐蝕的重要因素。加上油管長(zhǎng)期浸泡在腐蝕介質(zhì)中，容易引起油管本體及絲扣的腐蝕；作業(yè)過(guò)程中如果絲扣上得不緊有縫隙，腐蝕液便容易進(jìn)入縫隙內(nèi)，使絲扣從邊緣開(kāi)始腐蝕；起下油管作業(yè)過(guò)程中的擦傷部位，將會(huì)先被腐蝕。據(jù)統(tǒng)計(jì)2009年因腐蝕造成絲扣腐蝕漏的有4井次。

1.1.2 抽油桿腐蝕

由于抽油桿長(zhǎng)期浸泡在高含水的腐蝕介質(zhì)中，工作在循環(huán)變化的載荷下，經(jīng)常發(fā)生腐蝕、疲勞甚至斷裂使其失效，導(dǎo)致維護(hù)性作業(yè)井次增加。在偏磨井中，偏磨進(jìn)一步加劇了抽油桿及接箍的腐蝕。2009年因腐蝕（同時(shí)存在偏磨）造成桿斷的有10井次。

1.1.3 抽油泵腐蝕

馬36井區(qū)37口油井均采用管式泵。管式泵失效的原因除了質(zhì)量問(wèn)題外，腐蝕導(dǎo)致凡爾座不嚴(yán)、泵滲漏也是抽油泵失效的一個(gè)重要原因。

表1 2008－2009年馬36腐蝕油井情況統(tǒng)計(jì)表

1.2 腐蝕原因分析

在有桿泵抽油井生產(chǎn)中，抽油桿在井筒中的連續(xù)往返運(yùn)動(dòng)，抽油桿接箍與油管在同一個(gè)位置的連續(xù)摩擦，都會(huì)造成抽油桿和油管的磨損，使檢泵周期變短，采油時(shí)率下降，生產(chǎn)成本增高。抽油井偏磨現(xiàn)象是抽油桿在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中抽油桿或接箍對(duì)油管的磨蝕，單純看只是一種金屬受力產(chǎn)生的摩擦，但仔細(xì)分析可以看出:同樣生產(chǎn)狀態(tài)的油井含水低或不含水生產(chǎn)時(shí)沒(méi)有偏磨現(xiàn)象，含水升高后偏磨現(xiàn)象嚴(yán)重；在偏磨的同一個(gè)位置，抽油桿接箍磨蝕嚴(yán)重而油管磨蝕較輕；抽油桿桿體和接箍材質(zhì)相同的井偏磨較輕，而更換新接箍的井接箍的磨蝕速度反而加快；很多井身斜度不大的井高含水后，偏磨程度增加。

上述現(xiàn)象說(shuō)明:抽油井偏磨不僅僅是兩種金屬因摩擦產(chǎn)生的磨損，還包含有許多電化學(xué)腐蝕的原因，特別在含水較高的抽油井中由于地層產(chǎn)出水礦化度高，使油管和抽油桿處于一種強(qiáng)電解質(zhì)中。油管、抽油桿、抽油桿接箍等不同材料的金屬在地層液的強(qiáng)電解質(zhì)中，產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。由于抽油桿接箍的材料相對(duì)抽油桿、油管不同，使抽油桿接箍成為電化學(xué)腐蝕的陽(yáng)極被腐蝕，其機(jī)械性能大幅度下降，而使磨蝕速度加快。

為了找出腐蝕原因，有效防治生產(chǎn)管柱腐蝕，對(duì)部分油井產(chǎn)出液進(jìn)行了取樣分析。從化驗(yàn)分析結(jié)果可以看出:產(chǎn)出液水型主要為CaCl2型，總礦化度為（7.369～14.879）×104mg／L。陽(yáng)離子主要是:Ca2＋、Na＋、Mg2＋，陰離子主要是:Cl－、SO42－、HCO3－，PH值在5.5～7之間。此外，對(duì)腐蝕嚴(yán)重的馬36－4－6井和馬36－3－7井進(jìn)行了取垢樣分析（見(jiàn)表2）。

表2 垢樣分析表

從垢樣的成分分析看，以前的結(jié)垢產(chǎn)物主要是白色致密的CaCO3，含量達(dá)到了70%～90%，而現(xiàn)在的垢樣增加了50% 左右的腐蝕產(chǎn)物，腐蝕產(chǎn)物中有80% 左右的是FeS，垢樣致密，顏色也變深，呈褐紅色。

由上面的化驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，所取水中的有害成分有CO2、O2、Fe2＋、Cl－，且 pH 值偏低，產(chǎn)出水變得呈酸性，腐蝕產(chǎn)物中Fe2＋含量偏高，因此，油井的產(chǎn)出液具有高含水、高礦化度、含有有害離子、溶液呈弱酸性等特點(diǎn)。生產(chǎn)管柱長(zhǎng)期浸泡在這種強(qiáng)電解質(zhì)中勢(shì)必被腐蝕，造成油井失效，從而影響正常生產(chǎn)。

另外，馬36井區(qū)的油井中，斜井占總油井的79%，普遍存在偏磨現(xiàn)象。在生產(chǎn)過(guò)程中，偏磨會(huì)加劇生產(chǎn)管柱的腐蝕，使油井免修期縮短。

2 防腐方法及效果分析

2.1 防腐方法

馬36井區(qū)油井生產(chǎn)管柱的腐蝕與油井產(chǎn)出液的特征有著密切關(guān)系，生產(chǎn)管柱的腐蝕是金屬與腐蝕介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用，使金屬表面被破壞。針對(duì)馬王廟油田自身特點(diǎn)，在馬36井區(qū)采取的防腐方法主要有:添加腐蝕抑制劑法（加緩蝕劑 ）、防腐涂層法（下防腐抽油桿 ）和陰極保護(hù)法。

2.1.1 添加腐蝕抑制劑法

該方法是往井筒里投加緩蝕劑來(lái)抑制生產(chǎn)管柱的腐蝕。緩蝕劑的極性基團(tuán)能通過(guò)化學(xué)法，在金屬表面形成保護(hù)層，改變金屬表面的電荷狀態(tài)。非極性基團(tuán)由金屬表面向水中排列并形成疏水膜，阻止水中的Cl－、CO2和O2等腐蝕介質(zhì)與金屬表面接觸，以達(dá)到抑制腐蝕的目的。

2.1.2 防腐涂層法

在金屬表面涂層可以提高金屬本身的抗腐蝕能力。涂層能限制或阻止腐蝕介質(zhì)與其里面的金屬接觸，延緩金屬腐蝕。在普通抽油桿基體上噴涂一層耐腐蝕、高強(qiáng)度的復(fù)合材料，經(jīng)過(guò)噴丸、高分子噴涂、加熱固化等工藝，在桿體表面牢固地附著一層0.08mm～0.14mm厚的耐高溫和耐各種介質(zhì)腐蝕的高分子防腐涂層，以達(dá)到防止抽油桿腐蝕的目的。

2.1.3 陰極保護(hù)法

陰極保護(hù)是一種用于防止金屬在電介質(zhì)（海水、淡水及土壤等介質(zhì)）中腐蝕的電化學(xué)保護(hù)技術(shù)。該技術(shù)的基本原理是對(duì)被保護(hù)的金屬表面施加一定的直流電流，使其產(chǎn)生陰極極化，當(dāng)金屬的電位負(fù)于某一電位值時(shí)，腐蝕的陽(yáng)極溶解過(guò)程就會(huì)得到有效抑制。

2.2 效果分析

2.2.1 緩蝕劑防腐效果

2009年，對(duì)部分腐蝕嚴(yán)重的油井進(jìn)行了緩蝕劑藥劑調(diào)整、增加濃度、改變添加方式的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。例如，在馬36－3－7井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，將藥劑同緩蝕劑SB－9806改為石大一號(hào)，濃度由30ppm增加至300ppm（見(jiàn)表3）。

表3 馬36－3－7井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)

馬36－3－7井曾因腐蝕在2008年成為馬36井區(qū)高頻次作業(yè)井（2008年維護(hù)作業(yè)5次），生產(chǎn)管柱腐蝕嚴(yán)重（見(jiàn)圖1，2）。

圖1 3／4"桿腐蝕圖

圖2 泵筒外部腐蝕圖

從2008年開(kāi)始，通過(guò)不斷調(diào)整加藥制度，對(duì)該井進(jìn)行腐蝕治理。在2009年初，結(jié)合調(diào)整加藥制度同時(shí)下防腐桿，該井的腐蝕現(xiàn)象有所減緩，免修期從81天延長(zhǎng)至652天。但在2011年年初，因套管在上部438.0m～452.874m處有漏點(diǎn)擠堵后效果不好，含水沒(méi)恢復(fù)到作業(yè)前水平，所以在2011年2月對(duì)該井下封卡漏。鑒于下封隔器，該井沒(méi)法實(shí)施加藥制度，在作業(yè)時(shí)下入了防腐桿以減緩腐蝕；2011年8月24日，檢泵起出管腐蝕嚴(yán)重，作業(yè)后更換內(nèi)襯管，并配套使用防腐桿和油管陰極保護(hù)器，檢泵周期由103天延長(zhǎng)至228天；2012年5月23日，該井解封合采，恢復(fù)加藥制度。目前，該井生產(chǎn)穩(wěn)定，免修期已經(jīng)達(dá)到566天，緩蝕劑防腐取得了較好的效果。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果證明，使用石大一號(hào)（緩蝕劑），濃度為300mg／L時(shí)，效果比較明顯。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)其余存在腐蝕現(xiàn)象的油井，制定了相應(yīng)的加藥方案，并采取套管定期加入的方式，防止生產(chǎn)管柱的腐蝕。馬36井區(qū)有15口油井使用緩蝕劑防腐（14口井使用石大一號(hào)、1口井使用KD－H03），油井平均免修期由307天延長(zhǎng)至370天。由此可見(jiàn)，投加緩蝕劑對(duì)油管和抽油桿能同時(shí)起到有效的保護(hù)作用，在防腐工作中具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.2.2 防腐抽油桿防腐效果

2009年，在馬36井區(qū)3口高頻次作業(yè)油井使用防腐抽油桿。截至目前，這3口井的免修期都有不同程度的延長(zhǎng)（見(jiàn)表4）。

表4 防腐桿使用情況統(tǒng)計(jì)

從表4可以看出，這3口高頻次作業(yè)井使用防腐桿后，效果非常明顯，免修期明顯延長(zhǎng)，維護(hù)性作業(yè)井次大幅下降。

2.2.3 陰極保護(hù)器防腐效果

2009年在腐蝕比較嚴(yán)重的馬36－3－71井上使用了陰極保護(hù)器。馬36－3－71井2009年1月29日作業(yè)起出尾管腐蝕嚴(yán)重（見(jiàn)圖3），作業(yè)后該井管理制度進(jìn)行了修訂，將石大一號(hào)濃度由100ppm調(diào)至300ppm，并使用抽油桿陰極保護(hù)器3件，檢泵周期由94天延長(zhǎng)至172天，見(jiàn)到了較好的成效。

圖3 尾管腐蝕圖

2009年7月23日作業(yè)起出管桿腐蝕現(xiàn)象有所減輕（見(jiàn)圖4），陰極保護(hù)器消耗完，作業(yè)后全井更換新防腐桿1 400m。

圖4 陰極保護(hù)器防腐效果圖

2.3 注意事項(xiàng)

1）防腐桿適用范圍較小。由于防腐桿的防腐層易被破壞，因此它適用于不偏磨或偏磨較輕、腐蝕程度不嚴(yán)重的油井，其適用范圍較小。

2）緩蝕劑管壁上形成的保護(hù)膜導(dǎo)致部分油井回壓較高，且使用成本較高。

3）陰極保護(hù)器的有效期有限，而且保護(hù)器必須下在液面以下，對(duì)于馬36井區(qū)平均沉沒(méi)度小于50m的油井而言實(shí)用性不強(qiáng)。

3 結(jié)論與建議

1）目前，馬36井區(qū)防腐技術(shù)使用效果比較好的是加緩蝕劑和下防腐桿技術(shù)。對(duì)于腐蝕比較嚴(yán)重的油井，嘗試使用新的井下工藝時(shí)，應(yīng)該與加緩蝕劑配套使用，效果會(huì)更加明顯。

2）對(duì)于腐蝕偏磨共同存在的油井，在防腐的同時(shí)，要加強(qiáng)偏磨的治理。防腐與偏磨的有機(jī)結(jié)合，才能防止腐蝕的惡化。

3）投加緩蝕劑是比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的一種防腐技術(shù)，需要進(jìn)一步研究、摸索，以確定最佳的緩蝕劑藥劑、濃度和加藥制度。

4）加強(qiáng)作業(yè)監(jiān)督的管理，盡量做到絲扣上緊，或采用密封脂密封，避免產(chǎn)生縫隙，降低腐蝕液及一些有害離子的侵入而造成的絲扣腐蝕。

5）提高產(chǎn)出液的pH值，使其接近中性，從而控制注入水的水質(zhì)，以達(dá)到降低腐蝕的目的。

6）隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前已有很多成熟的防腐技術(shù)可以應(yīng)用，如采用非金屬材料防腐等。

［1］羅英俊，萬(wàn)仁溥.采油技術(shù)手冊(cè)（下冊(cè)）［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2005:1343－1344.