高酸性油气田环空腐蚀控制.pdf

第十三届全国缓蚀剂学术讨论会论文集 154 高酸性油气田环空腐蚀控制 霍绍全 唐永帆 黄红兵 杨仲熙 （西南油气田分公司天然气研究院，成都华阳，610215） 摘摘 要要油套管环形空间是油气井体系内一个流动死角，因此C02、H2S、地层水、完井液 的残余物、细菌等在油套管环空中形成了特殊的腐蚀介质，严重腐蚀油管和套管，影响油套 管的使用寿命。目前采用加注环空保护液对高酸性油气田环空腐蚀进行控制。 关键词关键词油气田，腐蚀，环空保护液 1 前言 在高酸性油气田的完井工艺中，一般采用永久式封隔器、套管（尾管）射孔完井方式， 以保护套管免受酸性气体腐蚀。但由于提喷、泄漏等，使得含C02、H2S的腐蚀介质进入环空。 为了延长油套管的使用寿命， 油套管全部采用抗腐蚀材料是目前国内外油气井防腐的重要方 法之一,但不是最经济的，现在采用的经济有效的方法是使用封隔器完井，封隔器下套管使 用抗腐蚀材料， 封隔器上套管使用一般抗腐蚀材料并在环空中加注环空保护液。 因此在油套 管环空中加注环空保护液正日益成为高含酸性油气田开发过程中油套管腐蚀防护的重要手 段。 2 腐蚀因素分析 在油套环空中，主要的腐蚀介质为完井液（修井液） 、C02、H2S、高矿化度地层水，以 及滋生的细菌等。 1、Cl-的影响 Cl-的存在对金属的破坏作用表现为1）Cl-能通过金属表面保护膜的细孔或缺陷渗入其 内，使其保护膜发生显微开裂，形成孔蚀核，Cl-还能阻止其钝化，从而导致孔蚀。2Cl-带 负电荷，可比缓蚀剂分子中OH-等优先吸附金属表面或被破损的阳极表面，可干扰缓蚀剂的 保护效果；3）Cl-一旦与金属表面接触，就会加速铁离子溶解，或者生成易水解的氯化铁， 从而加速腐蚀；4）通常随着Cl-浓度的增大，水的电解度增大，有利于电化学反应，从而加 速金属腐蚀速度，特别是促进金属的局部腐蚀（孔蚀、坑蚀） ；5）高温条件下，Cl-还会导 致不锈钢氯化物应力腐蚀开裂。 2、 H2S的影响 高酸性油气田环空腐蚀控制 155 H2S引起碳钢的腐蚀，随H2S浓度增加而增大。同时含H2S和CO2时，引起的腐蚀比单纯 含H2S大得多。硫化物引起高强度钢应力腐蚀破裂的危险性也随H2S浓度的升高而增大。在 湿环境中，H2S分压在 0.001atm ，就有硫化物应力腐蚀破裂的危险。这对承受大应力的油 田设备来说，是个严重问题。 井下环境条件下，H2S与地层水同时存在，引发电化学反应 H2S→HHS- HS-→HS2- 电离后的S2-与钢材表面金属发生电子传递，造成金属离子的解析，使金属表面形成针 孔、斑点坑蚀，在生产过程中造成设备与管线的局部减薄，穿孔破坏。这类腐蚀为电化学失 重腐蚀。其反应机理如下 阳极反应Fe→Fe22e Fe2S2-→FeS 阴极反应2H2e→2H→H2 3、CO2的影响 CO2是低硫井腐蚀的主要原因。CO2溶于水形成碳酸，降低了水的pH值，从而增大水的 腐蚀性。当水的pH值降到 6.6 以下时，它就变得具有腐蚀性。控制水中CO2溶解的主要因素 是压力、温度和水的组成。降低压力，溶解度减少；温度升高，溶解度下降；许多溶解性的 矿物质可以缓冲水，防止pH值降低。 CO2腐蚀的特点是深而带尖梭的圆坑。CO2腐蚀在紊流区内发生特别明显。 CO2在水中溶解度较高，形成H2CO3，与H2S相似，是电离度低的弱酸，但其氢离子可 不断向金属表面迁移，满足阳极反应的消耗量，因此其比相同pH值的完全电离的酸有更大 的腐蚀性，其基本反应如下 CO2H2O→H2CO3 H2CO3Fe→FeCO3H2↑ 阳极反应为Fe→Fe22e 阴极反应为H2CO3→HHCO3- 2H2e→H2↑ 4、氧的影响 在油田上，产生腐蚀最讨厌的物质是溶于水中的氧气。通常，当水中含氧量大约为饱 和度的 5时，它就变的具有腐蚀性。在高含盐水中腐蚀与水中溶解氧的含量成正比。然而 氧的溶解度又取决于盐度，当盐度增加时，氧的溶解度下降。氧通常引起坑蚀。 5、细菌的影响 细菌对材质的影响有几种a）阴极去极化，其实质是细菌从铁表面（阴极）上除去氢 后， 有利于铁转变成二价铁离子， 然后二价铁离子分别与二价硫离子和氢氧根离子反应生成 二次腐蚀产物FeS和Fe（OH）2，致使其上下方形成浓差电池，从而加速腐蚀。b）局部电池 第十三届全国缓蚀剂学术讨论会论文集 156 作用机理， 细菌的腐蚀产物吸附在Fe表面形成阴极,阴极去极化主要在析氢电位较低的FeS表 面进行；或是由于FeS在金属表面形成浓差电池而产生的。c）代谢产物腐蚀机理， SRB的 厌气腐蚀是由于代谢产物磷化物作用的结果，认为在厌氧条件下，SRB生成具有较高活性及 挥发性的磷化物， 它与基体铁反应生成磷化铁。 当然， 由于SRB产生的硫化氢与无机磷化物、 磷酸盐、亚磷酸盐、次磷酸盐作用也可以产生磷化物。有铁存在时，硫化氢与次磷酸盐作用 也可以产生磷化铁，这些作用加速了基体铁的腐蚀。 3 油气井的环空防腐方案 目前环空保护液防腐方案主要有两种， 一是使用含缓蚀剂的水溶液， 二是使用含缓蚀剂 的柴油溶液。 制定防腐方案时需要考虑各种防腐方案的联合运用， 方能收到较好的防腐效果。 1、井况资料的调研 调研该气田的地质矿物组分及含量、地层温度、地层压力、地层孔隙度、粘土的含量、 井身结构、完井方式、油气以及地层水的初测资料等。这些参数将作为整体防腐方案研究的 基础数椐，作为腐蚀评价和方案制订的重要依据。 2、环空保护液的室内研究 a）环空保护液类型的选择 根据已确定的腐蚀因素、生产条件、针对环空保护液的适用范围及相溶性，确定适用于 生产井的环空保护液配方。 b）环空保护液的配伍性 针对油气田流体的特点推荐环空保护液的类型， 同时重点考察环空保护液的配伍性， 主 要包括与现场的油、气、水和地层的配伍性，尤其在油水混合介质中，不能发生乳化现象。 c）环空保护液配方的确定 根据上述试验选出来的环空保护液，模拟现场腐蚀条件，采用静态常压挂片失重法、高 温高压静态挂片失重法等方法进行腐蚀试验， 阻垢性能评价， 杀菌性能评价并最终确定环空 保护液配方。 4 现场应用经验 目前国内高酸性油气田油套环空的防腐方案为 采用永久封隔器完井， 全井油管采用不 锈钢，封隔器以下的油层套管使用不锈钢、封隔以上油层套管采用一般抗硫材质套管，同时 加注环空保护液的防腐方案。该方案已在现场得到广泛应用。如川东北罗家寨气田在罗家 1 井、罗家 6 井、罗家 7 井，罗家 8 井以及川东七里 51 井、天东 5-1 井等使用永久封隔器 完井，环空中加注环空保护液的防腐方案，目前均取得较好的防腐效果。 高酸性油气田环空腐蚀控制 157 5 结论 使用一般抗硫油套管并在环空中加注环空保护液能有效地控制高酸性油气田腐蚀介质 对环空油套管的腐蚀，该方案比其它防腐方案更加经济有效。 在加注环空保护液时应对加注工艺作进一步考察，使环空保护方案更加完善。 参考文献（略）