油田硫化氢腐蚀机理及防护的研究现状及进展

邵春林 肖莹娜

【摘要】油田硫化氢的腐蚀不仅对人们的安全造成威胁和损害，而且开发的过程中，亦会对管道、各种油田开采以及地面造成相当程度的破坏，从而导致一些安全事故的发生，因此，有必要加强对油田硫化氢腐蚀机理及防护的研究。

【关键词】油田硫化氢，腐蚀机理，防护，现状，发展

中图分类号：R142文献标识码： A

一、前言

油田硫化氢的腐蚀已经对人们的生活造成了一定程度的破坏，如何对油田进行安全且合理的开采，已成为专业人士所重视的课题。

二、油田硫化氢腐蚀概况

油气井开发过程中，从钻杆到套管、油管、井口装置、井下工具、输气管道，都存在不同情况的腐蚀。研究如何安全高效地防止硫化氢腐蚀成为勘探和开发硫化氢气藏的一个重要课题。

1.对金属的腐蚀

在绝大多数油田井腐蚀中，产出液含水量及其组成对腐蚀起着决定性作用。油田开发初期含水率较低，腐蚀并不严重。但随着含水率的升高，井下管柱的腐蚀变得日益严重。

2.对水泥环的腐蚀

硫化氢能破坏水泥石的所有成分，水泥石所有水化产物都呈碱性，硫化氢与水泥石水化产物反应生成CaS、FeS、Al2S3，硫化氢 含量大时生成Ca（HS）2，其中FeS、Al2S3等是没有胶结性的物质。如果水泥环耐硫化氢腐蚀，则可以阻挡硫化氢对套管的腐蚀。而溶于潮气中的硫化氢腐蚀性更强。

三、防硫化氢完井工艺现状

1.选择耐腐蚀材质

井下管柱、井下工具以及井口装置,是油井生产的关键设备,若出现腐蚀破坏会危害油井安全生产,不同腐蚀介质对不同材质的腐蚀程度存在很大差异,为了延长设备的使用寿命,保证生产和作业安全,节约成本,需要合理选择材质。井口装置、井下工具及完井工具配套设备的材质选用抗硫材质；油套管可选用防硫或既抗硫化氢又抗CO2腐蚀的管材或内衬油管；井下油管柱包括入井工具的连接,丝扣宜采用金属对金属密封扣。主要还是应根据油井腐蚀环境,确定合适的管材。但在耐腐蚀的材质选择上还存在一些不足。

井口装置、井下工具及完井工具配套设备的材质选用抗硫材质,如使用35CrMo、13Cr、AISI4140(18-22Cr)等或合金钢;油套管可选用防硫或既抗H2S又抗CO2腐蚀的管材或内衬油管,在管柱结构上,为保证井口安全、减缓套管、油管的腐蚀,一般多采用了封隔器完井。井下油管柱包括入井工具的连接,丝扣宜采用金属对金属密封扣,如FOX 、3SB等气密封性较好的特殊密封扣,以保证气密封性;根据安全开采期投资收益的高低选择适当的抗硫管材。

2.涂层防腐

涂层在金属表面形成一层牢固的薄膜,使金属与腐蚀介质和腐蚀环境隔离,从而达到防腐的目的。此方法简便易行,因此在油田防腐中广泛应用。保护性涂层分为金属涂层与非金属涂层,大多数金属涂层采用电镀或热镀的方法实现,非金属涂层绝大多数是隔离性涂层,其主要作用是把金属材料与腐蚀介质隔开,非金属涂层可分为无机涂层与有机涂层。

为获得良好的涂层防腐效果,一方面金属表面在敷涂层之前应进行处理,达到一定要求;另外涂层材料应具有必要的物理、化学性能,在金属表面应有较强的附着力;具有一定的机械强度,耐磨、耐撞击、耐冲刷和具有一定疲劳强度;涂层对环境的温度、湿度、酸碱度应有一定的耐受性,从而具有优良的防腐性能。使用防腐涂层可以极大提高油管的抗腐蚀性,目前由于油气井作业的复杂性,涂层使用还存在较大的限制。

3.缓蚀剂保护技术

缓蚀剂是用于腐蚀环境中抑制金属腐蚀的添加剂,又称腐蚀抑制剂。主要是防止电化学失重腐蚀,对氢脆和硫化物应力腐蚀破裂也有一定的减缓作用。使用缓蚀剂有以下明显的优点:基本上不改变腐蚀环境,就可获得良好的防腐蚀效果;基本不增加设备投资,操作简便,见效快;对于腐蚀环境的变化,可以通过相应改变缓蚀剂的种类或浓度来保证防腐蚀效果;同一配方的缓蚀组分有时可以同时防止多种金属在不同腐蚀环境中的腐蚀破坏。

4.电化学方法防腐

电化学保护就是利用外部电流使金属电位发生改变从而达到减缓或防止金属腐蚀的一种方法。保护法包括阴极保护和阳极保护。阴极保护主要是对套管柱的保护,对于超深井,需要进一步的探讨。阳极保护法是通过控制电压,使阳极电位达到钝化电位,最终达到保护金属的目的,阳极保护作为防腐措施在油气田应用较少

四、油田硫化氢腐蚀及防护重要性及危害

在钻井作业中，硫化氢主要来自于地层。原始有机质转化为石油和天然气的过程中会产生硫化氢。硫化氢贮藏在地层中，当我们进行钻井作业时将地层打开，地层内的硫化氢气体释放出来，进入井眼内，对井眼内的钻头、钻具和套管产生很强的腐蚀作用。同时硫化氢向上运移到达地面，如果没有预防措施或突然发生?喷失控，大量硫化氢从井里喷出，势必造成严重的灾难性事故。因此钻井现场必须有硫化氢预警装置，有预防设施，并且每一位现场职工都清楚硫化氢的危害性及紧急逃生路线，以防发生事故时，能够快速离开危险区域，杜绝事故的发生。

硫化氢的职业危害大部分是由硫化氢对设备腐蚀造成泄漏而引发的，在钻井作业中，硫化氢对油气田设备的腐蚀主要包括电化学腐蚀和硫化物的腐蚀破裂。钻具暴露在空气中或在井内钻井液中，受到硫化氢的腐蚀，发生电化学反应，放了出氢气，渗入钢材内部，体积增大，在金属内部产生很大应力，致使低强度钢和软钢发生鼓泡，高强度钢产生裂纹，使钢材变脆，再受外力断裂，产生“氢脆”现象。硫化氢腐蚀会造成钻具发生氢脆断裂而无法压井，被迫完钻。尤其在含硫油气田钻井中，硫化氢对油管、套管、钻杆腐蚀比较严重，其中由于钻杆受到拉、压、挤、扭、冲等复杂载荷的作用，且工作环境十分恶劣，造成钻杆的硫化氢腐蚀最为严重。

五、控制油田硫化氢腐蚀及防护的措施

目前，我国已开发的油气田均不同程度含有硫化氢气体，其中部分油气田含量较高一些。由于现场员工对于其特性及危害性认识程度不高，再加之现场的管理和防范措施不到位，曾经引发了多起硫化氢中毒事故，对职工的生命安全构成了很大威胁。因此，为确保人身安全，杜绝硫化氢中毒事故的发生，加强防硫化氢中毒的这项工作就显得越发重要。因此需要采取有效措施，做好防范工作

1.“培训”：在上岗前首先要接受硫化氢防护技术的培训。对可能接触硫化氢气体的所有作业人员应经过专门机构的培训，使其明确硫化氢的特性及其危害，明确硫化氢存在的地区应采取的安全措施，以及推荐的应急预案和急救程序。另外对于工作人员进行现有防护设备的使用和训练，最终经考试合格后，取得有资质的机构颁发的相应证书后方可上岗。

2.“准入”：培训考核合格取得上岗资质才能够进入含硫化氢现场。对于涉及接触含硫化氢环境作业的本岗位人员和外来人员都要办理准入手续。使其明确自身工作环境中的风险以及遇到该风险时应该采取的安全措施以及推荐的应急救护程序，从而最大限度的避免人身伤亡事件。

3.“防护”：在进入含硫化氢环境作业之前一定要采取防护措施。施工单位应按规定为现场作业人员配备足够数量的正压式空气呼吸器；并且要放在作业人员能迅速取用的方便位置。

4.“警示”：在可能遇有硫化氢的作业井场必须要在井场的入口处设置上明显、清晰的警示标志。

5.“警报”：当空气中硫化氢含量超过阈限值时，现场所有的监测设备应能自动报警。

6.“预案”：制定应急预案，是保证作业安全进行的前提