抽油机井二氧化碳防腐技术的应用

刘奎

摘 要 随着油田开发进入中后期，综合含水率不断上升，抽油机井井下工具、油管、抽油杆、套管等都存在不同程度的腐蚀，腐蚀治理难度大，控躺治躺矛盾突出。本文介绍了油井防腐蚀技术现状，在腐蚀影响因素研究的基础上，阐述了二氧化碳防腐工艺技术研究的方法和应用效果。

关键词 抽油机井 二氧化碳 防腐技术 应用

中图分类号：TE933 文献标识码：A

1抽油机井防腐蚀技术现状

1.1抽油机井腐蚀现状

油井高含水开发期是腐蚀的高发期，尤其是高含水大泵井的腐蚀。通过对马厂、桥口、徐集、三春四个油田大量的资料统计发现，腐蚀严重的主要发生马厂、徐集两个油田，主要表现为坑蚀，穿孔。

1.2现有的防腐蚀措施及不足

目前采用油套环空大剂量投加防腐蚀剂，主要有周期加药和点滴连续加药方式，取得了一定的效果。但同时也存在成本较高、工作量大、针对性不强等问题。

采用牺牲阳极油管防腐短节，该方法通过牺牲阳极保护阴极，能够解决电化学腐蚀问题，但动液面以上的管柱未形成电流回路，无法进行保护。

2腐蚀影响因素研究

二氧化碳腐蚀钢材（油套管）主要是二氧化碳溶于水生成碳酸而引起电化学腐蚀所致。腐蚀过程中有腐蚀电流，在钢铁金属表面形成许多微电池，引起钢铁腐蚀。二氧化碳腐蚀主要考虑以下影响因素：

2.1二氧化碳分压的影响

目前，在油气工业中根据二氧化碳分压来判断二氧化碳腐蚀性经验规律（临界判据）如下：二氧化碳分压小于0.021MPa不产生腐蚀；在0.021～0.21MPa间为中等腐蚀；大于0.21MPa产生严重腐蚀。

2.2矿化度的影响

溶液中Cl-、HCO3-、Ca2+、Mg2+ 及其它离子可影响钢铁表面腐蚀产物膜的形成和特性，从而影响腐蚀速度。溶液中以Cl-的影響最为突出，Cl-浓度越高，腐蚀速度越大，特别是当Cl-浓度大于3000mg/L 时腐蚀速度尤为明显。这种现象是由于金属表面吸附Cl-延缓了FeCO3 保护膜的形成所致。

2.3流速的影响

一般认为随流速的增大，H2CO3和H+等去极化剂能更快地扩散到电极表面，使阴极

去极化增强，消除扩散控制，同时使腐蚀产生的Fe2+迅速离开腐蚀金属的表面，因而腐蚀速率增大，实际经验和实验室研究表明，流速对钢的腐蚀有较大的影响。腐蚀速率随流速增加有惊人的增大，并导致严重的局部腐蚀。在大量的试验数据基础上，得出腐蚀速率随流速增大的经验公式：

Vc=BVn 式中：Vc为腐蚀速率，B，n为常数， V为流速，在大多数情况下n取0.8。

2.4 PH值的影响

液体的PH值是影响腐蚀的一个重要因素。当二氧化碳分压固定时，增大PH值将降低FeCO3的溶解度，有利于生成FeCO3保护膜。pH 值对腐蚀速度的影响表现在两个方面：（1）PH值的增加改变了水的相平衡，使保护膜更容易形成；（2）PH值的增加改善了FeCO3保护膜的特性，使其保护作用增加。

2.5腐蚀影响因素认识

通过腐蚀因素的实验分析，可以得出造成油井腐蚀的主要原因是：

（1）油井含水率高，平均含水94.5%，介质的矿化度较高，Cl-、HCO3-等强腐蚀性离子含量高，溶液的PH值介于5.5～6.0之间，呈弱酸性，势必会造成油管、杆的电化学腐蚀。

（2）伴生气中二氧化碳含量较多，平均含量为1.78%，最高达4.68%，通过计算，34.6%油井的二氧化碳分压都大于0.2MPa，因此二氧化碳是造成腐蚀的重要因素。

（3）93%以上油井产出水中检测到硫酸盐还原菌（SRB），SRB引起腐蚀形成的协同效应也是造成油管、杆腐蚀的不容忽视的因素。

3二氧化碳防腐工艺技术研究

3.1技术路线

调查发现该类油井产出液的二氧化碳分压较高，促进了碳酸的电离和H+浓度的升高，因H+的去极化作用而使腐蚀加速。二氧化碳分压对油井和生产系统产生中、重度腐蚀，通过分离井筒中产出液中的二氧化碳含量，降低液体中的二氧化碳含量，减缓H+的去极化作用，从而减轻二氧化碳造成的腐蚀。解决思路：井下配套防气技术，将二氧化碳分离并通过环套排出，减少泵筒内产出液中二氧化碳的浓度，以此削弱二氧化碳腐蚀；同时由于进入环空的二氧化碳流速大大降低，减缓二氧化碳的腐蚀，在液面以上，二氧化碳呈气态，没有了H+的去极化作用，二氧化碳腐蚀大大降低。

3.2配套工艺

井下的气液分离主要采用高效气液分离器，其原理如下：

产出液由进液孔进入高效防气装置，通过防气滤网顺着环形空间下行进入螺旋分离机构部分，气液混合物在螺旋机构内部螺旋向下流动，在离心力的作用下，气体因密度较小沿着螺旋片的内侧经过螺旋片上部的小孔上行，浮到锚体环形空间顶部时，经排气孔排到油套环形空间，而液体因密度较大，就沿着螺旋片外侧下行，下行至锚体的下部，经气敏网进入中心管内部经抽油泵排出，液体经过气敏网时，液体内部所含的细小气泡被过滤在外，沿锚体的环形空间上行至顶部排气孔排出（图1）。

4现场应用及效果

2016年以来，我们对腐蚀井进行了全方位的跟踪分析，针对二氧化碳腐蚀进行了深入研究，应用高效防气技术有针对性的治理工作，取得了明显的效果。

针对腐蚀较为严重的8口油井综合分析，定性为典型二氧化碳腐蚀，措施前8口井的平均免修周期为104天，措施后的4口井平均免修周期延长的276天，延长了196天，远远超过了措施前的免修期，另外4口井持续正常生产，效果十分显著。

5结论及认识

（1）对以二氧化碳腐蚀为主因的油井配套防气技术，将二氧化碳分离并通过环套排出，减少泵筒内产出液中二氧化碳的浓度，减轻二氧化碳腐蚀，从实践结果来看是可行的。

（2）目前我们针对二氧化碳分压和流速的影响加以控制，取得了良好的效果，为进一步提高防腐效果，下步针对二氧化碳腐蚀协同的其它方面不断加以优化。

参考文献

[1] 郑观辉.二氧化碳采油井筒防腐技术实验研究[J].中国化工贸易，2015，7（32）.