输油管道腐蚀原因及防腐措施

2014-03-08李亚光中原石化工程有限公司

油气田地面工程 2014年2期

李亚光中原石化工程有限公司

1 腐蚀原因

油管是注水管柱的重要组成部分，注水管柱的腐蚀主要是井下油管的腐蚀以及分层注水管柱工具的腐蚀。如果油管发生腐蚀将使注水管柱失去正常的功能。不同的油田、不同的油井由于地质条件不同，其腐蚀程度也不同。部分油田的注水管采用普通注水管，其腐蚀现象比较严重。在井口至井深2 000m的范围内，油管的腐蚀程度按照从上到下的顺序逐渐减轻。油管发生腐蚀时产生瘤状或块状结构，部分油管腐蚀严重时会导致油管本身和丝扣发生穿孔现象。一般在2 500m井深处管柱开始出现结垢现象，严重时积垢甚至能够将管柱底部的尾管和十字架堵住。油管的腐蚀原因主要有：

（1）从化学因素分析，只要存在电解质、导体、阳极、阴极就能够发生电化学反应。随着油田开采时间的加长，油井中水的含量不断上升，这些水往往含有KCl、NaCl、H2S等化合物，这些物质在水中容易形成比较强的电解质溶液。由于油管是由不同的金属和非金属组成的合金钢管，当油管在强电解质溶液中工作时，因不同离子的活性不同，从而在油管的表面形成了许多微小的电池，其中铁元素成为阳极，比铁元素地位高的离子成为阴极，形成了一个化学电池，在电解液的腐蚀下铁原子被氧化成为铁离子。

（2）在油水混合物中含有大量的细菌微生物，对金属有腐蚀性的细菌能够对油管产生严重的腐蚀作用。根据研究发现，油管细菌的腐蚀绝大部分都是由硫酸盐细菌引起的。尽管在施工的过程中已经对回注水进行了杀菌处理，但是效果并不好，在注水管、油管以及套管的空间中仍然存在一定数量的细菌。此外，在回注水中还含有一定数量的铁细菌，铁细菌在氧化亚铁的催化作用下，能够形成大量的氢氧化铁附着在管道的内部，影响了油管的正常使用。

（3）氧气也容易对油管产生腐蚀作用。当油管的内、外表面都裸露在含有氧气的介质中，在金属介质的表面就会发生吸氧反应，最终形成铁的氢氧化物，这些氢氧化物不断地堆积而形成鼓泡，最终导致鼓泡下的金属形成坑蚀。

（4）在油井中还存在着大量的CO2，CO2溶于水后对油管具有强烈的腐蚀作用，在酸碱度相同的水溶液中，CO2的腐蚀程度超过了盐酸。CO2形成的腐蚀和结垢产物堆积在油管的表面形成腐蚀产物膜，它能够阻止反应的进一步进行，对油管具有一定的保护作用。但是在冲刷的环境中腐蚀产物膜难以依附于油管表面，而且暴露出了油管的金属基体，导致腐蚀速度加快。

2 防腐措施

2.1 采用缓蚀剂防腐

对于含有H2S、CO2的油气井，主要采用添加缓蚀剂的方法来控制腐蚀。将缓蚀剂加入到井液中，从而在油管的表面形成了一层具有密封性的薄膜，将金属原子和腐蚀介质有效地隔离开来，以达到防止油管腐蚀的目的；同时缓蚀剂加入到油井中，在油管内部所形成的保护膜还能够起到润滑的作用，减轻了油管的磨损。缓蚀剂主要使用的是仲、叔胺的衍生物，伯、仲、叔胺以及季胺类盐，同时还有以多元醇有机磷酸酯为主的缓蚀剂。例如中科院研制的IMC—80—ZS型缓蚀剂可以使油管的使用寿命平均延长2倍以上，对于CO2含量比较高的油井，该缓释剂可以使油管的寿命延长4~5倍；IMC—80—N型缓蚀剂可以有效地控制H2S所引起的腐蚀，而且对于局部防腐具有良好的效果。

液态类的缓蚀剂在使用过程中存在很多问题，而固体缓蚀剂由于具有一系列良好的特性，如不容易被气体、液体带出，施工方便，费用低，逐渐地取代了液体缓蚀剂。此外，固体缓蚀剂不仅能够有效地防止油管腐蚀，同时还对抽油泵等井下金属工具起到良好的保护作用。虽然固体缓蚀剂的投资成本比较低，但是有效期也比较短，即便是效果最好的固体缓蚀剂其有效期也只有10个月左右。如果要长期使用，其投资成本比较高。

2.2 采用有内衬层和有机涂层的油管防腐

采用内衬层是抑制钢质管道内壁腐蚀的主要方法，通过内涂内衬所产生的覆盖层将金属原子和腐蚀性介质有效地隔离开来，从而达到防腐蚀的作用。可以应用的内衬层和有机涂层的油管主要有以下几种：

（1）玻璃钢油管。主要通过对油气井下的钢管内壁的保护来提高其抗腐蚀的能力。这种油管的使用寿命长，而且对环境具有良好的适应能力，耐高温效果好，最高可以达到120℃。此外其介质的流动性好，不结蜡、不结垢，不容易发生堵塞现象。该油管在使用时需专用的接头。

（2）高压玻璃钢油管。采用连续玻璃纤维浸入树脂的方法，缠绕到一定厚度，再经过一系列的处理后而形成的油管，这种油管具有良好的抗腐蚀作用和抗结垢能力。该油管材料强度低，对高温没有抵抗能力，损坏之后无法修复；同时油管内径小，使用要求高，价格比普通的油管高，这些因素都限制了其使用范围。

（3）不锈钢内衬油管。在普通的油管内部焊接一层0.5mm不锈钢作为内衬，内衬是将不锈钢材料卷成筒状后焊接而成的。在焊缝密封的条件下，不锈钢内衬油管的防腐效果比较好。

2.3 控制CO2腐蚀的方法

在大涝坝凝析气田的生产中存在CO2等腐蚀介质。为了解决油管的腐蚀问题，特别是控制CO2和其他流体的冲刷腐蚀，可以考虑采用环空保护液、封隔器以及13CrFOX螺纹油管相互配合的方法，这种方法在防腐蚀方面效果特别好。但是由于13CrFOX油管的价格比较高，如果全部采用会增加采气的成本。因此可以在腐蚀环境比较严重的600~2 500m井段使用13CrFOX油管，在其余井段使用P110EUE油管。采用此方法不仅满足了油管的防腐蚀要求，同时也降低了采气的成本。