油田注水開(kāi)發(fā)管柱防腐工藝技術(shù)研究

李 成，楊科偉

1.西安石油大學(xué)，陜西西安 710065

2.延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限公司，陜西西安 710075

3.新疆油田公司油氣儲(chǔ)運(yùn)分公司，新疆克拉瑪依 834000

1 注水管柱腐蝕因素分析

注入水通過(guò)井下管柱注入到儲(chǔ)層，將與地層水發(fā)生復(fù)雜作用，通常注入水與地層水水型不同，共存情況下，會(huì)具有堿度高、礦化度高、氯根高、溶解氧低等一些特點(diǎn)。在這些條件的工作作用下，很容易將管柱腐蝕，造成管柱報(bào)廢，影響注水效果，甚至造成注水井報(bào)廢。造成管柱腐蝕的因素有很多，主要有溶解氧、CO2、H2S、鈣鎂離子以及細(xì)菌作用等。

1）溶解氧腐蝕

即使是注入水中僅含有極低濃度的氧都有可能會(huì)造成極其嚴(yán)重的腐蝕，在伴隨有Cl-、CO32-、SO42-、CO2以及H2S 等的共同作用時(shí)，腐蝕程度將加劇，會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)蝕面蝕現(xiàn)象，還會(huì)伴隨有深度腐蝕，并將造成PH 值的升高，將形成惡性循環(huán)，腐蝕速度也會(huì)逐漸加快。

2）CO2 腐蝕

氣態(tài)的CO2溶于水后，形成弱酸性的水，會(huì)造成電化學(xué)腐蝕。CO2腐蝕特征鮮明，通常表現(xiàn)為局部點(diǎn)蝕、臺(tái)面狀坑蝕、輪鮮狀腐蝕等。CO2與注入井中鈣鎂離子接觸時(shí)，會(huì)形成碳酸鹽污垢，如CaCO3、MgCO3，與氧化生成的Fe2+接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生腐蝕產(chǎn)物FeCO3。這些腐蝕產(chǎn)物在管材的不同區(qū)域的覆蓋程度不同會(huì)造成不同區(qū)域間的自催化作用腐蝕電偶現(xiàn)象，CO2的局部腐蝕即該作用的結(jié)果。

3）H2S 腐蝕

H2S 對(duì)注水管柱造成電化學(xué)腐蝕。FeS2、Fe9S8、Fe3S4、FeS和H+是H2S 腐蝕的主要腐蝕產(chǎn)物。如果所產(chǎn)生的氫侵入管柱內(nèi)部，會(huì)引起管柱開(kāi)裂，加上應(yīng)力作用的影響而產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

4）Cl-以及鈣鎂離子的腐蝕

Cl-造成的腐蝕主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面是對(duì)鈍化膜的作用，不僅會(huì)阻礙鈍化膜的形成，并且加速鈍化膜的破壞，進(jìn)而造成局部腐蝕。另一方面，是比較積極的方面，Cl-的存在會(huì)降低CO2在水溶液溶解度，會(huì)減緩腐蝕。

鈣鎂離子對(duì)管材的腐蝕也分兩個(gè)方面。一方面，鈣鎂離子的存在會(huì)增大溶液的離子強(qiáng)度。另一方面，鈣鎂離子含量增加會(huì)加速結(jié)垢腐蝕以及產(chǎn)物膜與暴露金屬間的電偶腐蝕。

5）細(xì)菌腐蝕

油田注污水采油過(guò)程中，引起管柱腐蝕的主要微生物有：好氧的鐵細(xì)菌、厭氧的硫酸鹽還原菌（SRB）以及腐生菌（TGB）等。這些微生物的存在嚴(yán)重影響水質(zhì)，造成管柱腐蝕。

2 防腐技術(shù)對(duì)策

注水管柱腐蝕將給油田開(kāi)發(fā)帶來(lái)巨大的危害，不僅增加石油開(kāi)發(fā)成本，而且影響石油開(kāi)發(fā)進(jìn)度，迫切地需要采取有效的技術(shù)措施來(lái)阻止或延緩注水管柱腐蝕。

目前主要的管柱防腐技術(shù)有：金屬材料選用、表面處理技術(shù)、改變環(huán)境介質(zhì)條件等。

1）耐腐蝕金屬材料的選用

根據(jù)注水管柱的工作環(huán)境，對(duì)管材表面的性質(zhì)做特殊處理，增加金屬的耐腐蝕性或者選用特殊合金管材。通常，耐腐蝕性材料成本較高，選擇管材的原則是要同時(shí)兼顧注水系統(tǒng)限制條件與經(jīng)濟(jì)成本。采用表面滲透技術(shù)改變碳鋼和低合金鋼的性質(zhì)，讓其具備良好的耐腐蝕能力，如滲鋁鋼、鋁鑰共滲鋼。滲鋁鋼是一種相對(duì)價(jià)格比較低廉的材料，具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，價(jià)格也僅為普通碳鋼的兩倍。綜合考慮經(jīng)濟(jì)因素、耐腐蝕性以及機(jī)械性能，使其成為油氣田井下腐蝕條件下的理想選擇。低鉻合金鋼的抗腐蝕能力約為普通碳鋼的4 倍，而價(jià)格僅約為其的1.5倍，機(jī)械性能也足以滿足工程需要。所以，在低滲透油田中應(yīng)用極其廣泛，既能保證安全生產(chǎn)，又可減少投資，降低成本。

2）表面處理技術(shù)

表面處理技術(shù)的機(jī)理是在金屬管材表面增加一層特殊材料以盡量隔絕管材與腐蝕介質(zhì)的接觸，從而達(dá)到抗腐蝕的目的。通常，表面處理技術(shù)分為兩類，即鍍層技術(shù)與涂層技術(shù)。鍍層技術(shù)是利用材料的物理化學(xué)吸附作用，通過(guò)電鍍或化學(xué)鍍工藝是鍍液中的耐腐蝕離子依附到本體金屬表面，從而獲得防腐能力。相對(duì)于軟氮化、鍍鉻、高頻淬火等處理工藝技術(shù)，化學(xué)鍍具有系列優(yōu)點(diǎn)，如成本地低、操作簡(jiǎn)單、可回收利用、具有可修復(fù)性。所以，化學(xué)鍍是低滲油田注水管柱選擇中經(jīng)濟(jì)效益較好的一種。涂層技術(shù)是指采用特殊工藝將有機(jī)防腐材料噴涂到注水管柱表面，以起到隔離作用，實(shí)現(xiàn)防腐目的。該技術(shù)的缺點(diǎn)為不適合于外壁涂層防腐，但卻是最經(jīng)濟(jì)、最直接的技術(shù)。

3）改變環(huán)境介質(zhì)條件

另一種用于注水管柱防腐的工藝技術(shù)為改變金屬的環(huán)境介質(zhì)，目前，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用并不是很廣泛，它分為物理方法和化學(xué)方法。物理方法是指改變腐蝕性微生物生存環(huán)境，抑制該類細(xì)菌的生長(zhǎng)，或者使用紫外線照射直接殺死細(xì)菌。紫外線殺死該類細(xì)菌的原因有兩個(gè)，一是影響細(xì)菌的DNA 改變形成胸腺嘧啶二聚體，二是利用該過(guò)程中形成臭氧氧化細(xì)菌活性，使之失去活力而死亡。再配合以上述兩種工藝共同抵抗管柱腐蝕?；瘜W(xué)方法是指通過(guò)在注入水中加入殺菌劑、緩蝕劑來(lái)殺滅、或抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)，以達(dá)到的管柱腐蝕的有效控制。該方法簡(jiǎn)單有效，油田注水中應(yīng)用廣泛。緩蝕劑顧名思義即為緩解腐蝕的作用，只需要添加少量，即可在腐蝕介質(zhì)與管柱接觸面上發(fā)生作用，有效緩解管柱腐蝕。殺菌劑是直接與細(xì)菌發(fā)生作用，破壞或抑制細(xì)菌生長(zhǎng)，造成細(xì)菌死亡。

3 防腐工藝技術(shù)比較

注水應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如何使注水經(jīng)濟(jì)高效是當(dāng)前備受關(guān)注的課題，其中防腐工藝技術(shù)極其關(guān)鍵，可以大幅度降低注水成本[3]。所以，通過(guò)對(duì)比選擇合理的防腐工藝技術(shù)顯得尤為重要。

使用普通碳鋼管柱，雖然初期投入較低，但抗腐蝕性較差，隨著采油周期的加長(zhǎng)，時(shí)常需要更換套管。這樣不僅增加成本投入，而且會(huì)影響油田注水開(kāi)發(fā)的水驅(qū)效果?？垢g性合金管柱抗腐蝕性能好，通常無(wú)需使用其他配套措施，工藝簡(jiǎn)單，且不會(huì)影響基本注水效果，但該類型管柱價(jià)格昂貴，資金投入要求高，不建議在低滲油田使用。滲鋁鋼和化學(xué)鍍具有工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好、防護(hù)效果佳等系列優(yōu)點(diǎn)，所以，通常會(huì)在低滲油田中廣泛使用。緩蝕劑和殺菌劑使用之所以應(yīng)用不夠廣泛的重要原因是其有效期段、累計(jì)投入高、適應(yīng)性也較差。通常情況下，還得根據(jù)油田具體實(shí)際來(lái)研制防腐藥劑，并且需要大量的投藥裝置，管理困難。

4 結(jié)論

本文從管柱腐蝕原因出發(fā)，研究了各類防腐技術(shù)，并比較了相互之間的優(yōu)缺點(diǎn)，為油田注水開(kāi)發(fā)防腐實(shí)踐提供了重要指導(dǎo)。

[1]李榮強(qiáng).勝利油田注水管柱腐蝕機(jī)理與防治技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù)，2008，4:64-66.

[2]張勇.水平井注水工藝技術(shù)研究與應(yīng)用[D].東北石油大學(xué)，2012.