小集油田油井腐蝕原因分析及防治措施研究

李國香

摘要：隨著小集油田注水開發(fā)的逐步深入，油田進入高含水開發(fā)期，抽油桿、油管腐蝕結垢問題日益嚴重，影響油田的正常生產桿管斷脫、穿孔頻繁，平均檢泵周期短。并且腐蝕結垢導致的修井作業(yè)不僅增加了生產成本，也影響了油井的開井時率。為此，筆者對小集油田油井腐蝕結垢的成因及治理方法進行了研究，通過針對性油井腐蝕結垢治理方法的應用，有效遏制了油井腐蝕，油井檢泵周期明顯延長，取得了良好的經濟效益。

關鍵詞：小集油田;油井腐蝕;腐蝕原因;防治措施

前言

小集油田位于黃驊坳陷孔店構造帶的南端小集構造帶上，是由多斷塊組成的復雜鼻狀構造。是大港油田第三采油廠主要生產油田，隨著小集油田開發(fā)的深入，部分井油管都存在著不同程度的腐蝕，由于腐蝕現象的日趨嚴重，導致油水井帶病生產，嚴重時造成停產，不僅造成了井網不完善，而且嚴重制約了小集油田開發(fā)水平的提高。因腐蝕報廢的油管、導致的油井停產、作業(yè)損失更是巨大。因此，找出導致油井出現腐蝕損壞的主要原因，并采取相應的防治對策，防止或者減少油井的腐蝕，是油田防腐蝕工作的重要課題。

1.油井出現腐蝕的主要原因分析

油井出現腐蝕較嚴重的區(qū)塊綜合含水都在75%以上，根據現代化學理論，當產出液中水的質量分數大于74.2%時，混合液體將從油包水型（W/O）換相位水包油型（O/W），腐蝕速率會明顯加快，由于小集油田已經綜合含水處于高位，目前大部分油井產出液為水包油型（O/W），處于腐蝕相對比較嚴重的環(huán)境中。由于產出水礦化度高，通過分析小集油田多口嚴重腐蝕結垢油井的采出水礦化度非常高，導電性強，這是腐蝕結垢的共性原因，油 井的腐蝕介質包括CI^-、CO₂、H₂S及硫酸鹽還原菌（SRB）等，結垢因素主要是鈣鎂鹽和鐵腐蝕產物的沉積，其他一些物理條件如井筒溫度、壓力、桿管表面光滑程度也是影響因素，油井腐蝕結垢往往是多種因素共同作用的結果，需要綜合分析。

1.1礦化度

產出液中溶解鹽的多少即礦化度的大小，對油管的腐蝕有顯著的影響，而且礦化度越高，腐蝕性越強，小集油田注水采用污水摻清水回注的工藝，套管內外都處在地層水的浸泡環(huán)境中。小集油田地層水性質為 CaCI₂型，CI^-離子濃度 17193mg/l～23796mg/l，總礦化度 32336mg/l～43438mg/l，是典型的高礦化封閉性水型。隨著注入水的增加，水質以 NaHCO₃，Na₂SO₄型為主。由于小集油田地層水礦化度高，且含腐蝕性的 CI^-離子和 SO₄^2-離子，在電化學腐蝕過程中，CI^-向過剩正電荷區(qū)遷移集中，套管被腐蝕，CI^-腐蝕表現明顯。CI^-離子半徑小，有較強的穿透能力，易吸附在金屬表面破壞保護膜，逐步形成點蝕坑，點蝕坑呈酸性小環(huán)境，腐蝕進一步加劇，造成油管穿孔，抽油桿斷脫。在作業(yè)過程中發(fā)現斷塊內油井桿管表面呈現密集的點蝕坑。

1.2可溶性氣體腐蝕

生產液中溶解的CO₂等氣體，可以加速油管的腐蝕。地層有機物氧化分解可產生CO₂，CO₂和水結合可電離中H⁺，H⁺越多，溶液的酸性越強，對油管的腐蝕越嚴重。CO₂腐蝕表現為點蝕、癬狀腐蝕和面狀腐蝕，部分井油管上既有點蝕坑，又有癬狀腐蝕面，表現為典型的CO₂腐蝕，

1.3H₂S及硫酸鹽還原菌（SRB腐蝕）

油井中的 H₂S有2個來源：一是伴生氣中自然存在的H₂S，另一個來源是硫酸鹽還原菌把水中的SO₄^2-還原而成的 H₂S。H₂S溶于水產生強烈的腐蝕性，H2S腐蝕導致的氫脆還會顯著降低桿管強度。硫酸鹽還原菌可生存的溫度上限是75℃，在地層和井筒中都可能滋生。從現場檢測的結果看，油井中檢出硫酸鹽還原菌的井約占總井數的20%，細菌含量都沒有超過1000個/ml?？傮w而言，少數區(qū)塊存在 H₂S及硫酸鹽還原菌腐蝕，但不是腐蝕的主要原因。

1.4垢下腐蝕

結垢產物CaCO₃、FeCO₃溶解度小，沉積在金屬表面，形成閉塞效應，腐蝕點與周圍形成濃度差電池，腐蝕點為陽極，其周圍為陰極。腐蝕所產生的 Fe²⁺離子通過疏松的二次產物層向外擴散，遇到水中S^2-、OH^-等離子，又形成新的二次產物，逐步積累，導致桿管表面鼓包形成，鼓包下面的金屬形成腐蝕坑，極易腐蝕穿孔。

1.5溫度

因為溫度能提高絕大數化學反應的反應速度，產出液對油管的腐蝕速度也是隨著產出液的速度升高而加快。根據相關的實驗嚴重，產出液沒升高30℃，對油管的腐蝕速度就增加一倍。

1.6偏磨

油管發(fā)生偏磨，導致油管應力改變，也會加速油管的腐蝕。

2.油井腐蝕治理措施

目前油井腐蝕結垢治理分為物理方法和化學方法2大類。

2.1物理防腐

物理防腐包括使用合金材料、表面涂層等方法，合金材料成本高，表面涂層的方法有效期短，在桿、管、泵的互相摩擦過程中，防腐層容易損壞。內襯油管近幾年得到廣泛應用，通過在油管里面內襯一層聚乙烯，能隔斷腐蝕介質和鋼鐵表面的接觸，且聚乙烯表面光滑，附著力低，能有效抑制結垢和桿管偏磨，其缺點是聚乙烯層不耐高溫，影響油井洗井作業(yè)。

超聲波和磁防垢技術通過改變垢體晶核結構，用文石晶體取代方解石晶體，使垢體不能在井筒吸附長大，在地面設備防腐防垢中得到了廣泛應用，但是在油井里因為不便維護，難以推廣。

2.2化學防腐

化學防腐機理有覆蓋效應、阻活效應、改變雙電層性質3種。覆蓋效應指緩蝕劑分子均勻地吸附在金屬表面上，無選擇的抑制整個腐蝕反應。阻活效應指緩蝕劑分子吸附在金屬表面上的腐蝕反應活性中心，增加了腐蝕反應活化能，減少了活性中心的數量，使腐蝕速度降低，低覆蓋度時緩蝕作用是以阻活效應為主。改變雙電層性質指緩蝕劑分子在金屬界面的吸附改變了雙電層的結構和分散層電位差，從而減緩腐蝕反應。

對油井采取化學加藥防腐防垢是相對經濟有效的方式，加藥方式分為2種，一種是把藥劑固化，在作業(yè)時掛在泵筒下，在井筒中緩慢釋放，這種方式操作簡單，缺點是固體藥劑承載量有限，有效期短;另一種是液體藥劑，在井口周期性加藥，針對不同的腐蝕結垢原因，化學藥劑復配成分不同。

表面活性劑類緩蝕藥利用的是覆蓋效應，選取易于采購、安全經濟的藥劑。根據檢測到的油井腐蝕數據和有關緩蝕劑的實驗數據，計算出緩蝕劑的質量濃度、加藥量和加藥周期。緩蝕劑的質量濃度、加藥量和加藥周期遵循一定的關系。

緩蝕劑首次投加是應加大劑量、高質量濃度，使緩蝕劑迅速在金屬表面形成完整保護膜，防止因保護膜殘缺造成局部腐蝕。為利用好緩蝕劑保護膜的防護作用，可采用作業(yè)預膜的辦法即在油井作業(yè)維修結束前將緩蝕劑投入井筒中，這樣在開井生產前就會在井筒的管、桿、泵等表面預先形成一層較厚的保護膜，從而提高防腐蝕效果。

要做好加藥效果的跟蹤分析，定期檢測產出液中鐵離子的含量，技術調整用藥型號、質量濃度、加藥周期和加藥量，從而避免細菌產生抗藥性，保證油井始終處于一個良好的防腐工作環(huán)境中。

3.結語

在高含水開發(fā)階段，小集油田油井腐蝕問題逐步凸顯，造成腐蝕的原因有多種，產出水物性是主因，同時要全面分析井筒溫度、壓力、井下工具材質等因素，采取綜合措施。在現有技術條件下，化學加藥方式抑制腐蝕結垢具有技術成熟和成本低的優(yōu)勢，井口加藥方式操作簡單，便于推廣。在加藥治理工程中需要細化效果監(jiān)測，特別是在作業(yè)現場觀察桿管泵的腐蝕情況，是最直觀的反映。

參考文獻

[1]廖星海.油井結垢機理及防垢劑篩選試驗[J].油氣田地面工程，2014，13（8）：130-131.