油井新型犧牲陽極防腐技術(shù)研究與應(yīng)用

樂春蕾　陳聲明　朱岸昌　鄭春盛　王雪鵬

【摘 要】 針對孤島采油廠中一區(qū)下館陶7-10單元、墾西墾71斷塊油井存在礦化度高、腐蝕嚴(yán)重導(dǎo)致油井生產(chǎn)周期短的問題，開展防腐工藝現(xiàn)狀調(diào)研，并通過室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗優(yōu)化改進(jìn)防腐工藝，研究推廣應(yīng)用新型犧牲陽極防腐技術(shù)，現(xiàn)場取得了較好的治理效果。

【關(guān)鍵詞】 腐蝕嚴(yán)重 防腐工藝調(diào)研 優(yōu)化改進(jìn) 犧牲陽極 治理效果

1前言

孤島采油廠腐蝕油井主要集中在中一區(qū)下館陶7-10單元、墾西墾71斷塊單元。兩個單元目前共開油井75口，其中開抽油機(jī)井56口，螺桿泵2口，水力噴射泵17口，平均單井日液75.1t/d，單井日油2.8t/d，綜合含水97.8%，平均礦化度12880mg/l，和采油廠平均礦化度7752 mg/l相比高出5128mg/l。腐蝕區(qū)塊存在的主要問題：油井檢泵周期偏短，僅271天，造成作業(yè)頻繁，平均單井年檢泵1.1和1.2井次，檢泵作業(yè)頻次高，作業(yè)費用高;每次作業(yè)需更換大量的管桿，材料浪費嚴(yán)重;油水井管柱、泵腐蝕嚴(yán)重，成為制約原油生產(chǎn)成本的一個重要因素。如何降低腐蝕區(qū)塊油井腐蝕，延長腐蝕區(qū)塊油井免修期，成為擺在我們面前的課題。

2 防腐工藝現(xiàn)狀調(diào)研

通過調(diào)研采油廠各單元礦化度數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)中一區(qū)下館陶7-10單元、墾西墾71斷塊礦化度高的原因主要是 Cl- 、HCO3-離子含量高，其中Cl- 含量為6276 mg/l，高出采油廠平均值的1.7倍。采油廠腐蝕油井中普遍存在著化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，但由于Cl-離子影響，腐蝕主要以電化學(xué)腐蝕為主。

自2007年以來，孤島采油廠主要采用了兩種防腐工藝：緩蝕阻垢管和井下加固體緩蝕劑工藝。

緩蝕阻垢管就是管內(nèi)填入固體緩蝕劑和阻垢劑的混合物，裝緩蝕阻垢劑的管上有控制釋放速度的釋放孔和排氣孔。固體緩蝕劑是通過在金屬表面吸附成膜改變金屬表面的電荷狀態(tài)和界面性質(zhì)，使腐蝕速度減慢、減小，達(dá)到井下管柱防腐的目的。

井下加固體緩蝕劑工藝和緩蝕阻垢管防腐機(jī)理相同，都是通過在金屬表面吸附成膜改變金屬表面的電荷狀態(tài)和界面性質(zhì)，使腐蝕速度減慢、減小，達(dá)到井下管柱防腐的目的。

這兩種工藝都是通過在金屬表面吸附成膜改變金屬表面的電荷狀態(tài)和界面性質(zhì)，使腐蝕速度減慢、減小，達(dá)到井下管柱防腐的目的。但由于受含水高低、液量大小、氣液比高低的影響，反應(yīng)速度無法控制，且易受出砂影響，造成管柱堵塞。同時，由于Cl-半徑較小，易穿透保護(hù)膜，產(chǎn)生局部腐蝕。隨著侵蝕性Cl-離子濃度的增加，表面鈍化膜穩(wěn)定性下降。兩種工藝共應(yīng)用32口井，平均延長免修期131天，取得了一定效果，但延長免修期仍有限。

犧牲陽極保護(hù)法是最早應(yīng)用的陰極保護(hù)方法。它簡單易行，不需電源，不用專人管理，不干擾臨近設(shè)備和裝置，僅消耗少量有色金屬材料，就可使抽油桿、油管獲得完全的陰極保護(hù)。因此在犧牲陽極保護(hù)法的基礎(chǔ)上，研究更適宜的新型犧牲陽極防腐保護(hù)技術(shù)，可達(dá)到延長腐蝕單元免修期，降低作業(yè)頻次的目的。

3 新型犧牲陽極防腐技術(shù)

犧牲陽極保護(hù)法實際上就是形成原電池反應(yīng)，讓被保護(hù)金屬做陰極，不反應(yīng)，起到保護(hù)作用，而活潑金屬反應(yīng)受到腐蝕。

鎂是最常用的犧牲陽極材料，其特點是開路電位高，電化當(dāng)量低，陽極極化性能好，但純鎂作犧牲陽極效率低，消耗快，逐漸被淘汰，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的犧牲陽極防腐保護(hù)裝置材料為鎂、鋅、鋁及其合金。它是把油水混合物為介質(zhì)，油管、抽油桿、套管等作為陰極，通過犧牲陽極中的活潑金屬，達(dá)到對陰極的保護(hù)。犧牲陽極棒所產(chǎn)生的白色氧化鎂、氧化鋁、氧化鋅，其比重輕于油水混合液的比重，能粘附在油管表面，形成牢固的白色保護(hù)層，起到良好的防腐作用，能有效解決污管柱腐蝕問題。

通過室內(nèi)試驗，鎂、鋁、鋅的電流效率分別為50-55%、80-85%、鋅90-95%，三種陽極材料的理論消耗量為：鎂0.453克/安.時，鋁0.335克/安.時，鋅1.225克/安.時。根據(jù)試驗結(jié)果，優(yōu)選鋅鋁合金為陽極材料，并添加改性物質(zhì)，制成新型犧牲陽極材料。

新型犧牲陽極不但擁有一般陽極保護(hù)的特點，且在陽極中加入改性物質(zhì)，能使陽極在井筒內(nèi)均勻溶解，使其二次反應(yīng)物能迅速在井筒及管、桿表面形成保護(hù)膜，并因膜的形成起到防腐作用。如保護(hù)膜因摩擦受損，分解反應(yīng)物會迅速在碳鋼表面形成修復(fù)。

防腐保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)：將犧牲陽極裝置與油管連接下入井內(nèi)，油管和犧牲陽極構(gòu)成了一個宏觀電池，犧牲陽極是陽極，油管是陰極，陽極通過電解質(zhì)向油管提供陰極電流，消耗掉犧牲陽極材料，使油管受到陰極保護(hù)。同樣道理，抽油桿上連接犧牲陽極裝置，原理相同。

室內(nèi)實驗（掛片）：根據(jù)新型犧牲陽極防腐裝置的篩選標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 17848-1999 犧牲陽極電化學(xué)性能試驗方法）和原則，采用室內(nèi)靜態(tài)掛片法，實驗溫度60℃，對GD1-4-909、GD1-9-502進(jìn)行掛片試驗。

通過室內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)，使被保護(hù)金屬構(gòu)件通過陽極極化進(jìn)入到金屬的穩(wěn)定敦化區(qū)，在這個點位范圍金屬處于鈍化狀態(tài)，正常的陽極溶解過程受到阻礙，從而達(dá)到控制金屬腐蝕的目的。在穩(wěn)定的鈍化區(qū)內(nèi)，電位與金屬腐蝕速率已經(jīng)沒有多少關(guān)系，維鈍電流密度用以修補(bǔ)輕微部分溶解的鈍化膜。

現(xiàn)場優(yōu)化：根據(jù)陽極保護(hù)面積、最小保護(hù)電流密度等參數(shù)，對單個改性犧牲陽極防腐裝置受效作用距離進(jìn)行優(yōu)化，保證防腐效果。

現(xiàn)場優(yōu)化方法： 1）油管防腐裝置：自泵下100m開始每100m下一個。2）抽油桿防腐裝置：自活塞開始每100m下一個。

4應(yīng)用效果

新型犧牲陽極防腐裝置試驗成功后，在孤島采油廠中一區(qū)下館陶7-10單元、墾西墾71斷塊腐蝕嚴(yán)重井開展現(xiàn)場試驗。累計現(xiàn)場實施34井次，效果顯著。實施前平均日液85.9m3/d，日油2.2t/d，平均免修期234天，實施后日液104 m3/d，日油2.6t，平均生產(chǎn)周期519天。延長免修期285天。

5幾點認(rèn)識

1、針對腐蝕嚴(yán)重的油井，實施新型犧牲陽極防腐裝置推廣應(yīng)用后，延長了生產(chǎn)周期和泵的高效期，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

2、通過新型犧牲陽極防腐裝置的推廣應(yīng)用，為防腐治理提供了技術(shù)支撐。