抽油機井二氧化碳防腐技術的應用

劉奎

摘 要 隨著油田開發(fā)進入中后期，綜合含水率不斷上升，抽油機井井下工具、油管、抽油桿、套管等都存在不同程度的腐蝕，腐蝕治理難度大，控躺治躺矛盾突出。本文介紹了油井防腐蝕技術現(xiàn)狀，在腐蝕影響因素研究的基礎上，闡述了二氧化碳防腐工藝技術研究的方法和應用效果。

關鍵詞 抽油機井 二氧化碳 防腐技術 應用

中圖分類號：TE933 文獻標識碼：A

1抽油機井防腐蝕技術現(xiàn)狀

1.1抽油機井腐蝕現(xiàn)狀

油井高含水開發(fā)期是腐蝕的高發(fā)期，尤其是高含水大泵井的腐蝕。通過對馬廠、橋口、徐集、三春四個油田大量的資料統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，腐蝕嚴重的主要發(fā)生馬廠、徐集兩個油田，主要表現(xiàn)為坑蝕，穿孔。

1.2現(xiàn)有的防腐蝕措施及不足

目前采用油套環(huán)空大劑量投加防腐蝕劑，主要有周期加藥和點滴連續(xù)加藥方式，取得了一定的效果。但同時也存在成本較高、工作量大、針對性不強等問題。

采用犧牲陽極油管防腐短節(jié)，該方法通過犧牲陽極保護陰極，能夠解決電化學腐蝕問題，但動液面以上的管柱未形成電流回路，無法進行保護。

2腐蝕影響因素研究

二氧化碳腐蝕鋼材（油套管）主要是二氧化碳溶于水生成碳酸而引起電化學腐蝕所致。腐蝕過程中有腐蝕電流，在鋼鐵金屬表面形成許多微電池，引起鋼鐵腐蝕。二氧化碳腐蝕主要考慮以下影響因素：

2.1二氧化碳分壓的影響

目前，在油氣工業(yè)中根據(jù)二氧化碳分壓來判斷二氧化碳腐蝕性經(jīng)驗規(guī)律（臨界判據(jù)）如下：二氧化碳分壓小于0.021MPa不產(chǎn)生腐蝕；在0.021～0.21MPa間為中等腐蝕；大于0.21MPa產(chǎn)生嚴重腐蝕。

2.2礦化度的影響

溶液中Cl-、HCO3-、Ca2+、Mg2+ 及其它離子可影響鋼鐵表面腐蝕產(chǎn)物膜的形成和特性，從而影響腐蝕速度。溶液中以Cl-的影響最為突出，Cl-濃度越高，腐蝕速度越大，特別是當Cl-濃度大于3000mg/L 時腐蝕速度尤為明顯。這種現(xiàn)象是由于金屬表面吸附Cl-延緩了FeCO3 保護膜的形成所致。

2.3流速的影響

一般認為隨流速的增大，H2CO3和H+等去極化劑能更快地擴散到電極表面，使陰極

去極化增強，消除擴散控制，同時使腐蝕產(chǎn)生的Fe2+迅速離開腐蝕金屬的表面，因而腐蝕速率增大，實際經(jīng)驗和實驗室研究表明，流速對鋼的腐蝕有較大的影響。腐蝕速率隨流速增加有驚人的增大，并導致嚴重的局部腐蝕。在大量的試驗數(shù)據(jù)基礎上，得出腐蝕速率隨流速增大的經(jīng)驗公式：

Vc=BVn 式中：Vc為腐蝕速率，B，n為常數(shù)， V為流速，在大多數(shù)情況下n取0.8。

2.4 PH值的影響

液體的PH值是影響腐蝕的一個重要因素。當二氧化碳分壓固定時，增大PH值將降低FeCO3的溶解度，有利于生成FeCO3保護膜。pH 值對腐蝕速度的影響表現(xiàn)在兩個方面：（1）PH值的增加改變了水的相平衡，使保護膜更容易形成；（2）PH值的增加改善了FeCO3保護膜的特性，使其保護作用增加。

2.5腐蝕影響因素認識

通過腐蝕因素的實驗分析，可以得出造成油井腐蝕的主要原因是：

（1）油井含水率高，平均含水94.5%，介質(zhì)的礦化度較高，Cl-、HCO3-等強腐蝕性離子含量高，溶液的PH值介于5.5～6.0之間，呈弱酸性，勢必會造成油管、桿的電化學腐蝕。

（2）伴生氣中二氧化碳含量較多，平均含量為1.78%，最高達4.68%，通過計算，34.6%油井的二氧化碳分壓都大于0.2MPa，因此二氧化碳是造成腐蝕的重要因素。

（3）93%以上油井產(chǎn)出水中檢測到硫酸鹽還原菌（SRB），SRB引起腐蝕形成的協(xié)同效應也是造成油管、桿腐蝕的不容忽視的因素。

3二氧化碳防腐工藝技術研究

3.1技術路線

調(diào)查發(fā)現(xiàn)該類油井產(chǎn)出液的二氧化碳分壓較高，促進了碳酸的電離和H+濃度的升高，因H+的去極化作用而使腐蝕加速。二氧化碳分壓對油井和生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生中、重度腐蝕，通過分離井筒中產(chǎn)出液中的二氧化碳含量，降低液體中的二氧化碳含量，減緩H+的去極化作用，從而減輕二氧化碳造成的腐蝕。解決思路：井下配套防氣技術，將二氧化碳分離并通過環(huán)套排出，減少泵筒內(nèi)產(chǎn)出液中二氧化碳的濃度，以此削弱二氧化碳腐蝕；同時由于進入環(huán)空的二氧化碳流速大大降低，減緩二氧化碳的腐蝕，在液面以上，二氧化碳呈氣態(tài)，沒有了H+的去極化作用，二氧化碳腐蝕大大降低。

3.2配套工藝

井下的氣液分離主要采用高效氣液分離器，其原理如下：

產(chǎn)出液由進液孔進入高效防氣裝置，通過防氣濾網(wǎng)順著環(huán)形空間下行進入螺旋分離機構部分，氣液混合物在螺旋機構內(nèi)部螺旋向下流動，在離心力的作用下，氣體因密度較小沿著螺旋片的內(nèi)側(cè)經(jīng)過螺旋片上部的小孔上行，浮到錨體環(huán)形空間頂部時，經(jīng)排氣孔排到油套環(huán)形空間，而液體因密度較大，就沿著螺旋片外側(cè)下行，下行至錨體的下部，經(jīng)氣敏網(wǎng)進入中心管內(nèi)部經(jīng)抽油泵排出，液體經(jīng)過氣敏網(wǎng)時，液體內(nèi)部所含的細小氣泡被過濾在外，沿錨體的環(huán)形空間上行至頂部排氣孔排出（圖1）。

4現(xiàn)場應用及效果

2016年以來，我們對腐蝕井進行了全方位的跟蹤分析，針對二氧化碳腐蝕進行了深入研究，應用高效防氣技術有針對性的治理工作，取得了明顯的效果。

針對腐蝕較為嚴重的8口油井綜合分析，定性為典型二氧化碳腐蝕，措施前8口井的平均免修周期為104天，措施后的4口井平均免修周期延長的276天，延長了196天，遠遠超過了措施前的免修期，另外4口井持續(xù)正常生產(chǎn)，效果十分顯著。

5結(jié)論及認識

（1）對以二氧化碳腐蝕為主因的油井配套防氣技術，將二氧化碳分離并通過環(huán)套排出，減少泵筒內(nèi)產(chǎn)出液中二氧化碳的濃度，減輕二氧化碳腐蝕，從實踐結(jié)果來看是可行的。

（2）目前我們針對二氧化碳分壓和流速的影響加以控制，取得了良好的效果，為進一步提高防腐效果，下步針對二氧化碳腐蝕協(xié)同的其它方面不斷加以優(yōu)化。

參考文獻

[1] 鄭觀輝.二氧化碳采油井筒防腐技術實驗研究[J].中國化工貿(mào)易，2015，7（32）.