油田防腐防垢方案研究

张恒 毛冠华 汪双贵 宁子鑫

摘要：油田井下工具的腐蚀结垢原因有很多，碳酸亚铁、氧化亚铁、硫化亚铁、碳酸镁、硫酸钙、硫酸镁等都是导致工具结垢腐蚀的具体元素，针对这些情况，企业必须制定出合理的解决措施。应用发兰处理、镀铭、镍磷镀、离子渗氮技术、渗氮油管等办法改善现状，促进油田井下开发工作更好更快地进步。

关键词：油田;防腐;防垢方案

在进行油田井下工作的过程当中，油管作为一个输送工具，其作用是不容忽视的，同时油管也是容易被侵蚀结垢的工具，在对油管中的腐蚀物结垢物进行提取后发现，其中的腐蚀物质分别是碳酸亚铁、氧化亚铁、硫化亚铁等，而结垢物质则是碳酸镁、硫酸钙、硫酸镁等。在这些物质当中，碳酸亚铁和氧化亚铁都是二氧化碳在腐蚀之后形成的，对于工具的腐蚀性较强。

1、防腐防垢原理

1.1化学阻垢

化学药剂防垢是目前应用最多，技术最为成熟的阻垢方法之一。其原理是阻垢药剂吸附在微晶体表面，破坏了晶体的晶格结构，造成晶格扭曲，不能形成稳定的晶形结构，阻碍了微晶的长大。另外阻垢剂对Ca2+、Mg2+等阳离子的络合增溶作用，减少了与阴离子的接触，从而起到防垢作用。目前国内常用的阻垢剂有五种类型：①无机聚磷酸盐，以聚磷酸钠为代表，主要防止碳酸钙垢的形成;②含磷有机缓蚀阻垢剂，包括有机磷酸酯和有机多元膦酸盐，有机磷酸酯以聚氧乙烯基磷酸酯和聚氧乙烯基焦磷酸酯为代表，主要防止硫酸钙垢的形成;有机多元膦酸主要以ATMP、HEDP为代表，主要以防止碳酸钙为主，对硫酸钙有一定的阻垢效果，与其它药剂复配，具有好的协同效应。③低分子量聚合物，以PAA、HPMA为代表，对钙镁垢具有较好的阻垢效果，与其它缓蚀剂复合使用时可使垢层从硬垢转变为软垢而易于清洗。④天然阻垢剂，以丹宁、木质素为代表，主要防止碳酸钙垢的生成。⑤共聚物阻垢分散剂，如丙烯酸共聚物、马来酸共聚物、磺酸共聚物等。这五种类型的阻垢剂中含磷有机缓蚀阻垢剂、聚合物阻垢分散剂、共聚物阻垢分散剂因其热稳定性能好、不易降解和水解、用量低、可与其它药剂复合使用等特点而发展较快并成为主要的发展方向。

1.2缓蚀技术

材料和周围介质相作用，使材料遭受破坏或性能恶化的过程称为腐蚀。金属在油田水中的腐蚀过程并不是独立进行的，腐蚀过程与结垢过程、细菌繁殖和沉积物形成过程密切相关，油田水中的溶解盐类对金属腐蚀有很大影响，其中最主要的是氯化物。另一类最常见的引起金属腐蚀的物质是水中溶解的氧气、二氧化碳和硫化氢气体。此外，油田水中存在的硫酸盐还原菌等微生物也会导致严重腐蚀。

2油田井下工具防腐防垢技术的应用

2.1发兰处理、镀铭、镍磷镀的应用

我国油田井下工具防腐防垢技术中应用最多的就是电法保护制、衬里制、涂层制及缓蚀制等。对于油田井下工具而言，涂层是最有效的保护方法之一，操作比较简单，在专业领域也将其称之为表面处理技术，例如发兰处理、镀铭、镍磷镀。油田井下开发是一个长期的过程，而整个过程的顺利实施都离不开工具的帮助，而在工具防腐方面，则可以应用发兰和镀络等方法，这两种方法有着比较好的防腐蚀效果。然而，这两种方法也有缺点，就是在长期的高温环境之下，作用得不到充分的发挥，一般在油田井下工作了6个月以上的工具，就会出现不同程度的劣迹，而这也给腐蚀带来了一定的机会。相比之下，镍磷镀的防腐效果更好一些，在工具使用中應用镍磷镀8个月以上，工具的劣迹与发兰、镀铭6个月差不多，这足以看出镍磷镀的防腐蚀效果更好，更适合在油田井下工具中应用。

2.2离子渗氮技术的应用

近年来，相关企业意识到油田井下工具腐蚀结垢问题。为了解决这一现象，可以在防腐防垢中应用离子渗氮技术，这种技术主要是应用在油管等工具的防腐中，并取得了比较好的应用效果。在离子渗氮技术的使用上，在铜的表面将氮原子渗透进去，从而达到提升表面层硬度的目的，还可以有效地提升疲劳强度，让工具表层更为坚硬，拥有更强的抗腐蚀性。工作人员先把工具放在盐浴炉当中，注入一些会产生化学反应的原料，再将其一同加热，等到达一定温度的时候，再停留一段时间。这样做主要是为了让油田井下工具能够拥有一层化合物组成的保护层，预防外界对其带来的侵蚀，增强工具表面的疲劳强度和耐磨性。在经过低温渗氮处理之后，需要在工具的表层涂上一层2——20μm的氮原子，从而使得工具表面的钢更有耐腐蚀性，达到防腐的目的。

2.3渗氮油管的应用

可以选择应用涂料油管技术和渗氮油管技术。最开始的时候，涂料油管技术只能够在注水管的防腐上发挥作用，然而在后续的使用过程中却发现涂料出现不均匀、鼓包、脱离等问题，使得分层注水井的水嘴被堵住了，或者是在进行冲刷的时候操作有误，导致注水管局面被腐蚀了，给注水管实际运作带来了难度。除此之外，在实施涂料之后，随着时间的延伸，会出现局部的脱落，导致原本的抗腐蚀作用丧失了，注水管也因此极其容易遭到腐蚀。相比之下，渗氮油管有着更好的应用价值，在现场实施作业的过程当中，渗氮油管的表层坚硬度降低了，液压钳总是产生打滑等现象，如果一直持续下去，就会导致液压钳的钳片被损伤。相关部门曾经对此进行过统计，每5根油管进行连接之后，就需要更换一次液压钳铅片，这样的做法实则上会导致油田井下开发速度十分缓慢，而经常更新铅片也会花费一定的费用。在油田井下工具防腐防垢技术当中，已经开发出了SFG双金属复合防腐油管，这是一种将金属管道爆燃加衬融为一体的防腐技术，在制造的时候，将液压作为动力。在实际的工作过程当中应用该油管，可以将能量传输到称衬管之中，让基衬和管身密切相贴，实现复合。SFG双金属复合防腐油管的复合端使用了环焊衔接，拥有十分紧密的密封结构，避免了物质进入注水管，抵抗住了工具的侵蚀和结垢。

结束语

油田生产管线在产生腐蚀以及结垢问题后会对油田的正常生产作业产生严重的影响，因此，在油田实际防腐防垢过程中，必须要对油田生产管线具体的腐蚀结垢问题进行深入的研究，并充分结合地域因素来合理的采取相应的防腐防垢措施，这样才能充分保证油田生产作业的正常进行。

参考文献：

[1]李奕君。渤海水源井防砂管柱破坏机理及防护措施研究[D].中国石油大学（华东），2015.

[2]李岩。马岭油田南二区注水站采出水处理工艺前期配套研究[D].西安石油大学，2015.