潛油電泵防腐防垢技術(shù)現(xiàn)狀及對(duì)策

商鵬 孟勇 盧新甫 郭峻李 彭春洋 王佰民

（勝利油田河口采油廠工藝研究所）

河口采油廠有電泵水源井共計(jì)21 口，低滲透油田高溫高礦化度深井電泵采油井39 口，每年因電纜和電泵機(jī)組腐蝕結(jié)垢問題，導(dǎo)致電泵井卡泵躺井、作業(yè)轉(zhuǎn)大修甚至水源井報(bào)廢約為10 余口，約占總井?dāng)?shù)的30%。因此通過潛油電泵防腐防垢技術(shù)的完善對(duì)于降低電泵井的作業(yè)成本，延長電泵井的生產(chǎn)周期，對(duì)全廠原油產(chǎn)量的貢獻(xiàn)度均具有重要的意義[1-2]。

1 電泵水源井電纜腐蝕問題

經(jīng)過調(diào)研，河口采油廠潛油電泵腐蝕結(jié)垢井主要存在兩個(gè)方面問題。

1.1 電泵井電纜腐蝕情況

河口采油廠共有電泵水源井主要分布在大王北油田和富臺(tái)油田，為區(qū)塊注水井日提供水源6 000 m3，對(duì)于采油井能量的補(bǔ)充有著非常重要的作用。因水源井電泵電纜所處油套環(huán)空環(huán)境潮濕，長期使用會(huì)造成電纜鎧裝嚴(yán)重腐蝕，電泵水源井超出電纜腐蝕情況見圖1，作業(yè)檢電泵過程中因震動(dòng)脫落堆積，極易造成卡管柱轉(zhuǎn)大修。

水源井電泵電纜腐蝕的原因一般多為化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕，電化學(xué)腐蝕是金屬的腐蝕中最普遍、也是最重要的一種類型。電泵電纜鎧皮在潮濕的油套環(huán)空環(huán)境中，鎧皮表面會(huì)吸附一層薄薄的水膜，如果這層水膜呈較強(qiáng)酸性時(shí)，H+得電子析出氫氣，這種電化學(xué)腐蝕稱為析氫腐蝕；如果這層水膜呈弱酸性或中性時(shí)，能溶解較多氧氣，此時(shí)O2得電子而析出OH-，這種電化學(xué)腐蝕稱為吸氧腐蝕，是造成鎧皮腐蝕的主要原因。

圖1 電泵水源井起出電纜腐蝕情況

1.2 電纜鎧裝金屬腐蝕快慢的判斷

1）在同一電解質(zhì)溶液中：大小排序?yàn)殡娊庠硪鸬母g、原電池原理引起的腐蝕、化學(xué)腐蝕、有防腐措施的腐蝕。

2）對(duì)同一金屬來說，大小排序?yàn)閺?qiáng)電解質(zhì)、弱電解質(zhì)、非電解質(zhì)。

3）活潑性不同的金屬，活動(dòng)性差別越大，腐蝕越快。

4）對(duì)同一電解質(zhì)，電解質(zhì)溶液濃度越大，腐蝕越快。

2 采油井電泵機(jī)組生產(chǎn)中存在問題

河口采油廠低滲、潛山油田高溫高礦化度電泵采油井共有39 口，主要分布在富臺(tái)油田和渤南油田。電泵機(jī)組長時(shí)間處于高溫高礦化度深井環(huán)境中，機(jī)組在日常運(yùn)轉(zhuǎn)中內(nèi)部導(dǎo)液輪表層附著結(jié)垢物逐漸增厚直至導(dǎo)輪與液輪互相黏連，因結(jié)垢物卡泵，機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)后期頻繁出現(xiàn)過載停機(jī)，最后直至躺井，并且運(yùn)轉(zhuǎn)周期極短，一般為半年左右，甚至部分深井高溫電泵由于腐蝕結(jié)垢問題導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間小于2個(gè)月。機(jī)組結(jié)垢導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間短，制約著一部有提液增產(chǎn)潛力的油井無法實(shí)施電泵提液措施，高溫礦化度環(huán)境機(jī)組內(nèi)部結(jié)構(gòu)腐蝕情況見圖2。

圖2 高溫礦化度環(huán)境機(jī)組內(nèi)部結(jié)垢腐蝕情況

2.1 富臺(tái)油田儲(chǔ)層溫度及流體物性

富臺(tái)油田車古201 塊和車571 塊儲(chǔ)層原始地層溫度為148.4 ℃，地溫梯度為3.55 ℃/100 m，原始油藏壓力為41.28 MPa，壓力系數(shù)為1.06，屬常溫常壓系統(tǒng)。

水分析結(jié)果顯示，車古201 塊井儲(chǔ)層流體氯離子含量11 652 mg/L，硫酸根離子含量為1 315 mg/L，總礦化度23 409 mg/L，水型為碳酸氫鈉型；車571塊儲(chǔ)層流體鉀、鈉離子含量為8 748 mg/L，鎂離子70 mg/L，氯離子含量13 045 mg/L，硫酸根離子含量為457 mg/L，總礦化度23 686 mg/L，水型為碳酸氫鈉型。

2.2 渤南油田儲(chǔ)層溫度及流體物性

渤南油田一區(qū)、九區(qū)原始地層壓力高，飽和壓力低。原始地層壓力37.5 MPa，壓力系數(shù)1.28；飽和壓力17.9 MPa，地飽壓差19.6 MPa；地溫梯度3.8 ℃/100 m，油層溫度110 ℃。

水分析結(jié)果顯示，渤南油田一區(qū)、九區(qū)儲(chǔ)層流體氯離子含量7700mg/L，硫酸根離子含量為1050mg/L，總礦化度8 860 mg/L，水型為碳酸氫鈉型。

3 潛油電泵機(jī)組腐蝕原因

潛油電泵系統(tǒng)井下機(jī)組部分主要包括潛油電動(dòng)機(jī)、保護(hù)器、油氣分離器，電泵機(jī)組主要是有流體流過的部分腐蝕嚴(yán)重，電泵機(jī)組殼體腐蝕情況見圖3，殼體腐蝕主要是電動(dòng)機(jī)和保護(hù)器位置，機(jī)組內(nèi)部主要是導(dǎo)液輪，而影響電泵機(jī)組腐蝕的原因主要有以下幾個(gè)方面。

圖3 電泵機(jī)組殼體腐蝕情況

3.1 含水上升的影響

河口采油廠電泵井綜合含水以達(dá)到92%，儲(chǔ)層產(chǎn)出液中含有相當(dāng)?shù)娜芙恹}，是產(chǎn)出水成為良好的導(dǎo)體。

3.2 井液礦化度的影響

河口采油廠電泵井礦化度特別是富臺(tái)、渤南油田平均礦化度為13 317 mg/L，最高甚至為23 686 mg/L。引起腐蝕的主要原因?yàn)椴沙鏊械幕钚訡L-、HCO3-、S2-、還原菌及注水前的高含氧量上述物質(zhì)的存在，會(huì)催化金屬表面點(diǎn)蝕的發(fā)生，點(diǎn)蝕是一種破壞性極大的局部腐蝕形式并且點(diǎn)蝕發(fā)生過程中具有自動(dòng)加速的特點(diǎn)，能很快導(dǎo)致腐蝕穿孔破壞，還能加劇其他局部腐蝕。

3.3 流速變化影響

在電泵吸入口，井液的流向和流速發(fā)生變化。許多磨損腐蝕的產(chǎn)生是由于流體從層流轉(zhuǎn)為湍流造成的，湍流使金屬表面液體的攪動(dòng)比層流時(shí)更為劇烈，不僅加劇了腐蝕劑的供應(yīng)和腐蝕產(chǎn)物的遷移，而且液附加了液體對(duì)金屬表面的切應(yīng)力，很容易將腐蝕產(chǎn)物從金屬表面剝離，若流體中含有氣泡或固體顆粒，還會(huì)使切應(yīng)力的力矩得到加強(qiáng)，使金屬表面磨損腐蝕更加嚴(yán)重。

3.4 深度增加的影響

由于動(dòng)液面的變化，泵深增加，造成電泵機(jī)組工作的環(huán)境溫度和壓力越來越高，溫度對(duì)金屬結(jié)垢、腐蝕的影響是非常大的，隨著溫度升高，腐蝕速度也會(huì)加快。

4 電泵機(jī)組防腐防垢技術(shù)

4.1 防腐技術(shù)

通過對(duì)潛油電泵機(jī)組與腐蝕性井液接觸的內(nèi)、外表面針對(duì)性地進(jìn)行防腐處理，提高潛油電泵機(jī)組在腐蝕性環(huán)境中的適應(yīng)性[3-5]。防腐方案和措施主要有：

1）直接采用耐腐蝕材料（不銹鋼頭座，殼體，軸套等與井液接觸的零件）。2）采用鍍層防腐（Ni-P涂鍍或Monel涂鍍）。3）采用鍍層加涂層防腐（進(jìn)行涂鍍處理后噴涂耐溫200 ℃防腐蝕涂料）。

4）電泵機(jī)組外表面采用Ni-P 涂鍍或Monel涂鍍。

5）離心泵、分離器內(nèi)部零件采用不銹鋼或鎳鑄鐵。

6）保護(hù)器內(nèi)部零件采用不銹鋼材料。

7）電纜卡子、電纜保護(hù)器采用不銹鋼，電纜鎧皮采用不銹鋼帶或Monel鋼帶。

8）各連接花鍵套采用不銹鋼材料。

9）在硫化氫含量大于100 ppm或二氧化碳大于25%時(shí)，電泵機(jī)組頭座部件采用不銹鋼，電泵機(jī)組外表面采用Monel涂鍍；連接螺釘為Monel K-500。

4.2 防垢技術(shù)

金屬表面結(jié)垢是垢鹽晶體在金屬表面附著聚集的過程，抑制垢鹽晶體在金屬表面的附著就可以防止結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生。在離心泵的導(dǎo)葉輪流道表面涂鍍一層樹脂化合物的不粘涂層，這種高分子材料的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，碳—氟鍵結(jié)合非常牢固，并且呈現(xiàn)出很高的張力和耐磨力，垢鹽晶體很難在其表面附著。因此，涂層具有不粘結(jié)、低摩擦、耐高溫、抗腐蝕的特性，通過涂層隔離井液與金屬表面直接接觸，使礦物質(zhì)不能在葉導(dǎo)輪表面形成垢層，使導(dǎo)葉輪表面不再結(jié)垢，從而起到防垢的作用。措施主要為：注防垢劑；定期酸洗；導(dǎo)葉輪涂鍍高分子復(fù)合材料。

4.3 電泵井防腐防垢配套工具的優(yōu)化

對(duì)于腐蝕性強(qiáng)的井筒環(huán)境，一是電纜卡子采用Monel 鋼帶替代目前普通材質(zhì)的卡子，提高了電纜卡子的耐腐蝕性能，延長其使用壽命，減少電纜卡子的斷裂；二是在電泵機(jī)組最下端配套加裝犧牲本體防腐防垢工具，減輕井液對(duì)電泵機(jī)組的腐蝕結(jié)垢損傷。

針對(duì)電泵電纜腐蝕結(jié)垢的問題，根據(jù)腐蝕結(jié)垢機(jī)理，完善電泵電纜的防腐防垢的化學(xué)處理技術(shù)；針對(duì)電泵機(jī)組腐蝕結(jié)垢的問題，完善電泵機(jī)組外表殼體Monel 涂鍍和內(nèi)部導(dǎo)液輪的涂層隔離防腐防垢技術(shù)，并且優(yōu)化配套犧牲本體防腐防垢工具及工藝；針對(duì)電泵井作業(yè)轉(zhuǎn)大修、作業(yè)占井時(shí)間長的問題，完善正常作業(yè)電泵水源井酸洗套管井筒清潔技術(shù)的配套，減少結(jié)垢腐蝕物聚集累積效應(yīng)；建立電泵井作業(yè)卡泵后物理震蕩和化學(xué)酸處理技術(shù)系列，減少作業(yè)占井時(shí)間，明顯降低作業(yè)轉(zhuǎn)大修概率。

5 電泵井作業(yè)卡泵預(yù)防及處理技術(shù)的研究

1）防腐防垢預(yù)警機(jī)制的建立。根據(jù)近幾年電泵水源井作業(yè)檢泵和作業(yè)轉(zhuǎn)大修情況的統(tǒng)計(jì)，結(jié)合不同區(qū)塊產(chǎn)出水的物性的不同，區(qū)別確立合理的主動(dòng)檢泵周期，建立電泵水源井防腐防垢預(yù)警機(jī)制。

根據(jù)檢泵統(tǒng)計(jì)表，確立每一區(qū)塊的電泵水源井主動(dòng)檢泵周期在主動(dòng)檢泵周期內(nèi)作業(yè)，避免作業(yè)轉(zhuǎn)大修。

2）作業(yè)檢泵過程井筒的清潔維護(hù)。正常作業(yè)電泵水源井酸洗套管井筒清潔技術(shù)的配套，利用套管酸洗工藝清潔井筒，減少結(jié)垢腐蝕物聚集累積效應(yīng)，避免電泵機(jī)組殼體腐蝕結(jié)垢，導(dǎo)致機(jī)組與套管之間的環(huán)空間隙變小，減少作業(yè)卡泵轉(zhuǎn)大修甚至井筒報(bào)廢。

3）作業(yè)解卡處理技術(shù)的研究。研究電泵井作業(yè)卡泵后物理震蕩和化學(xué)酸處理技術(shù)，提高作業(yè)解卡施工速度，減少作業(yè)占井時(shí)間，降低作業(yè)轉(zhuǎn)大修率。

6 經(jīng)濟(jì)效益

2018年通過利用潛油電泵防腐防垢技術(shù)，在河口采油廠的大王北油田、富臺(tái)油田車571塊以及渤南油田一區(qū)、九區(qū)電泵水源井和采油井現(xiàn)場應(yīng)用16口井，有效率100%，全年未出現(xiàn)因電泵井機(jī)組腐蝕結(jié)垢導(dǎo)致作業(yè)轉(zhuǎn)大修。電泵水源井作業(yè)轉(zhuǎn)大修當(dāng)年減少4 井次，節(jié)省作業(yè)成本120 萬元；電泵采油井生產(chǎn)周期延長180天，相應(yīng)較原來檢泵作業(yè)次數(shù)減少0.5次/口，則16口井減少作業(yè)8井次，節(jié)省作業(yè)物料成本320萬元，作業(yè)成本節(jié)省共計(jì)440萬元。

7 結(jié)論

潛油電泵防腐防垢技術(shù)的完善，較好地解決了電泵水源井和采油井因結(jié)垢腐蝕導(dǎo)致作業(yè)卡泵轉(zhuǎn)大修的問題，有效降低了電泵井的作業(yè)成本，延長了電泵井的生產(chǎn)周期，提高了電泵井對(duì)全廠原油產(chǎn)量的貢獻(xiàn)度。