安塞油田塞152區塊井筒防腐工藝研究

馬延風羅慶梅

1.西安石油大學 （陜西 西安 710065）

2.長慶油田分公司 第一采油廠 （陜西 延安 716000）

安塞油田塞152區塊井筒防腐工藝研究

馬延風1,2羅慶梅2

1.西安石油大學 （陜西 西安 710065）

2.長慶油田分公司 第一采油廠 （陜西 延安 716000）

安塞油田塞152區塊開采長2油層，由于產出液腐蝕性強，致使井筒內油管穿孔、油桿斷裂等現象時有發生，井下維護性作業頻繁，嚴重影響油井的正常生產。研究認為硫化氫與二氧化碳共同作用引起的局部腐蝕是該區塊井筒腐蝕的主要原因。通過篩選適合長2流體性質的緩蝕劑和采用從套管環空人工定期投加的工藝，井筒腐蝕得到有效控制，延長了油管桿的使用壽命，大幅減少了油井維護性作業井次。

長2層 井筒防腐工藝 安塞油田

塞152區塊位于安塞縣境內，開采油層為三疊系延長組長2層，油藏厚度約為15m，底水發育。區塊所轄油井40口，油井動態表現為高液量、高含水、高沉沒度，單井日產液10.7m3，綜合含水76.0%，平均沉沒度375m。

由于長2層產出液腐蝕性強，井筒腐蝕嚴重，抽油桿斷裂現象頻繁發生，油管使用不到5a就發生穿孔，造成該區塊因腐蝕作業井次占區塊維護性作業的20%以上，嚴重制約油井采油效率的提高。2004年至2005年修井記錄表明：抽油桿斷裂40井次，油管腐蝕穿孔5井次，更換抽油桿1 477m，更換油管714m。

腐蝕原因分析

1 流體性質分析

通過對塞152區塊所轄油井產出液水型分析，水型均屬于NaHCO3型，HCO3-含量很高 （表1），pH值在8～9之間。說明地層中有大量的二氧化碳氣體產生；水的顏色大都呈現綠色，說明含有一定量微生物存在。在賀一轉除油罐出口采出水樣的硫酸鹽還原菌為104～105個/mL，水樣具有較濃烈的硫化氫氣味。塞152區塊3口油井套管氣經過現場檢測，H2S含量超過0.015%。

表1 塞152區塊長2地層水水型分析

2 外觀檢查

現場觀察腐蝕后抽油桿、油管表面呈點狀、坑狀、片狀等，抽油桿腐蝕后使桿體部位變細如圖1所示，部分油管出現應力開裂的現象如圖2所示。

3 腐蝕產物分析

圖1 抽油桿腐蝕情況

對腐蝕斷裂抽油桿的腐蝕產物進行 X射線衍射和能譜聯合分析。由腐蝕產物的主要成分，來確定該區塊腐蝕的主要原因。最外層腐蝕產物的顏色為黑綠色，厚度只有1～2mm，底層為紅色和棕色。通過分析，主要腐蝕產物是硫化鐵和氧化鐵。

圖2 油管腐蝕情況

4 腐蝕原因分析

（1）CO2腐蝕機理

CO2溶入水后對金屬材料有較強的腐蝕性。研究表明，CO2腐蝕最典型的特征是呈現局部的點蝕、輪癬狀腐蝕和臺面狀坑蝕，極易造成腐蝕穿孔現象。

CO2腐蝕是一種錯綜復雜的電化學過程。由于腐蝕產物FeCO3及結垢物CaCO3或不同的生成物膜在鋼鐵表面不同區域的覆蓋度不同，不同覆蓋度的區域之間形成了具有很強自催化特性的腐蝕電偶，CO2的局部腐蝕正是這種腐蝕電偶作用的結果。

CO2電化學腐蝕基本化學反應為：

（2）H2S腐蝕機理

產出液中H2S對碳鋼的抗蝕性有很大的破壞作用，可使其發生嚴重的局部腐蝕，甚至應力腐蝕開裂。反應產物FeS在管桿金屬表面沉積時與未沉積FeS的管桿表面構成電位差達0.2～0.4V的強電偶，加速促進金屬鐵的腐蝕。

（3）氫脆

當腐蝕反應中形成氫原子時，原子氫會彼此結合，在金屬表面形成氫分子，硫化物對這種反應起到負催化劑的作用。由于阻礙了分子氫的形成，這些氫原子能在主力區內滲透到管桿的表層里。一旦原子氫滲透到抽油桿里，就不再與硫化物的沉積物接觸，而是原子氫的原子彼此結合形成分子氫。這種金屬內部的分子氫可相互結合，能產生巨大的斥力，在拉力的疊加協和作用下，造成抽油桿氫脆斷裂或油管開裂。

井筒防腐工藝試驗

目前國內外可采取防止或延緩產出液井筒內腐蝕的主要措施有：選用優質的耐蝕合金鋼管材、采用管桿表面涂鍍層保護或投加化學緩蝕藥劑等。采用投加化學緩蝕藥劑法是最簡單、最經濟的常用方法之一，能夠起到長期防護井筒的作用。

1 抗硫緩蝕劑原理

緩蝕劑防腐技術是依靠緩蝕劑在金屬表面生成了一種吸附膜，同時緩蝕劑對電解過程起到了阻止作用，這些反應均能使金屬的腐蝕減慢，起到防腐的作用。

CQ-GFH抗硫緩蝕劑是利用咪唑啉與季銨鹽吸附離子，與金屬發生化學吸附，在金屬表面形成致密的膜，以隔離腐蝕介質，同時又能起中和反應，將S2-變成穩定的硫化物，起到減緩腐蝕的目的。同時咪唑啉類緩蝕劑對抑制CO2腐蝕有很好的作用。室內研究表明（表2），長2流體介質中，CQ-GFH抗硫緩蝕劑加藥濃度為60～100mg/L，抗硫緩蝕劑緩蝕率≥80%。

表2 CQ-GFH緩蝕劑濃度對J55套管鋼腐蝕速率及緩蝕率的影響(25℃)

2 投加方式

綜合考慮油井生產性質和生產井周圍的氣候環境，投加緩蝕劑考慮間歇投加。如果采用連續投加，雖然效果可能會更好，但是當冬季氣溫過低，會使連續加入的緩蝕劑凍結造成加注中斷。采用間歇式加注緩蝕劑時,由于塞152區塊油井井口壓力低,因此采用人工加藥最經濟、最可行。根據油井生產性質,采用從油井套管環形空間人工投加緩蝕劑,利用緩蝕劑自重沉入井底,隨采出液返出,使流經的管柱受到保護,從而延長油、套管以及井下工具的使用壽命。

3 加藥制度

在正常加注維護前，需要加大緩蝕劑的劑量，對整個系統進行預膜處理，使之在金屬表面形成均勻的保護膜（理論計算膜厚可達76μm），隨后轉入正常加注，以維護緩蝕劑膜的完整性。初次投加藥量為正常投加量的2～3倍。

（1）加藥比例

與產出液含水存在較大差異，既有油包水（低含水原油）又有水包油（高含水原油），因此抗硫緩蝕劑分為油溶性和水溶性2種，必須根據油井含水率fw情況確定2種抗硫緩蝕劑的加藥比例。

當fw＜40%，油基和水基比例為2∶1；

當40%＜fw＜60%，油基和水基比例為1∶1；

當fw＞60%，油基和水基比例為1∶2。

（2）加藥周期

為方便現場操作，單井每次加藥量固定為25kg，加藥濃度為100mg/L，根據油井日產液量q確定不同的加藥周期。

周期天數(d)=加藥量Q(kg)÷[q(m3/d)×濃度(ppm) ×10-3]

當q＜5m3，投加抗硫緩蝕劑周期為50d；

當5m3＜q＜10m3，投加抗硫緩蝕劑周期為30d；

當10m3＜q＜15m3，投加抗硫緩蝕劑周期為20d；

當q＞15m3，投加抗硫緩蝕劑周期為12d。

4 試驗情況

選取24口井進行現場試驗，采用油套環空定期加注抗硫化氫緩蝕劑，試驗后這些井平均檢泵周期由加藥前的138d延長到了316d，延長178d，年油桿斷裂次數由6次下降到3次，防腐效果明顯。

Fe2＋含量分析是簡便的檢測腐蝕狀況的方法。根據現場測試數據作圖（見圖3）。由圖3可以看出試驗井中 Fe2＋含量從初始時的 0.002 27%降至0.000 13%，含鐵量減少率達94.3%，充分說明抗硫緩蝕劑有效抑制了井筒腐蝕的發生。

效果評價

2006年開始在塞152區塊全面推廣應用井口投加抗硫緩蝕劑技術，井筒腐蝕得到有效控制，由于腐蝕而造成的維護性作業井次明顯降低。2008年發生桿柱斷裂3井次，僅占小修井比例為4%，桿柱故障率0.098次/(口·a)，和2005年相比桿柱故障率降低了0.402次/(口·a)，平均檢泵周期由剛加藥時的316d延長到了454d，延長138d，達到了控制井筒腐蝕的目的。

認識與建議

（1）塞152區塊油井井筒腐蝕的原因是長2層產出液中硫化氫、二氧化碳等共同作用引起的局部腐蝕，尤其是點蝕最為突出。

（2）通過套管環空周期性投加抗硫緩蝕劑可以在金屬表面形成1層保護膜，減緩了井筒內流體對金屬的腐蝕，對井筒有良好的保護效果。

（3）抗硫緩蝕劑初次投加藥量為正常投加量的2～3倍，對整個系統進行預膜處理，隨后轉入正常加注，根據油井產液量確定加藥周期，以維護緩蝕劑膜的完整性。

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[2]張志川,唐和清.鄭家染油田腐蝕實例及腐蝕機理解析與控制技術[J].材料保護,2003(10).

[3]陳濤.淺議井下油管的腐蝕機理及防腐措施[J].油氣田環境保護, 2009(1).

[4]萬里平,孟英峰.西部油田油管腐蝕結垢機理研究[J].中國腐蝕與防護學報,2007(4).

When Chang 2 oil layer was exploited in Sai Block 152 of Ansai Oilfield,the strong corrosion of produced liquid made the oil pipe in the wellbore punched and the oil rod fractured,which results in the frequent operation of down-hole maintenance and seriously affects the regular production of oil well.The study indicates that main reason of wellbore corrosion in the block is the partial corrosion caused by mutual function of hydrogen sulfide and carbon dioxide.Through the selection of corrosion inhibitor that is suitable for the liquid property of Chang 2,and the application of human injecting technology from the hole of casing pipe ring,the corrosion of wellbore has been controlled effectively,together with the service life of oil rod being lengthened and the times of oil well maintenance being reduced.

Chang 2 oil layer;anti-corrosion technology;Ansai Oilfields

馬延風（1974-），男，1994年畢業于西安石油大學，工程師，從事油氣田的開發與技術管理工作。

2010-09-15