高酸性油氣田環(huán)空腐蝕控制

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1、154第十三屆全國(guó)緩蝕劑學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集高酸性油氣田環(huán)空腐蝕控制霍紹全唐永帆黃紅兵楊仲熙（西南油氣田分公司天然氣研究院，成都華陽(yáng)，610215）摘要：油套管環(huán)形空間是油氣井體系內(nèi)一個(gè)流動(dòng)死角，因此C02、H2S、地層水、完井液的殘余物、細(xì)菌等在油套管環(huán)空中形成了特殊的腐蝕介質(zhì)，嚴(yán)重腐蝕油管和套管，影響油套管的使用壽命。目前采用加注環(huán)空保護(hù)液對(duì)高酸性油氣田環(huán)空腐蝕進(jìn)行控制。關(guān)鍵詞：油氣田，腐蝕，環(huán)空保護(hù)液1前言在高酸性油氣田的完井工藝中，一般采用永久式封隔器、套管（尾管）射孔完井方式，以保護(hù)套管免受酸性氣體腐蝕。但由于提噴、泄漏等，使得含C0

2、2、H2S的腐蝕介質(zhì)進(jìn)入環(huán)空。為了延長(zhǎng)油套管的使用壽命，油套管全部采用抗腐蝕材料是目前國(guó)內(nèi)外油氣井防腐的重要方法之一,但不是最經(jīng)濟(jì)的，現(xiàn)在采用的經(jīng)濟(jì)有效的方法是使用封隔器完井，封隔器下套管使用抗腐蝕材料，封隔器上套管使用一般抗腐蝕材料并在環(huán)空中加注環(huán)空保護(hù)液。因此在油套管環(huán)空中加注環(huán)空保護(hù)液正日益成為高含酸性油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中油套管腐蝕防護(hù)的重要手段。2腐蝕因素分析在油套環(huán)空中，主要的腐蝕介質(zhì)為完井液（修井液）、C02、H2S、高礦化度地層水，以及滋生的細(xì)菌等。-1、Cl的影響--Cl的存在對(duì)金屬的破壞作用表現(xiàn)為：1）Cl能通過(guò)金屬表面保護(hù)膜

3、的細(xì)孔或缺陷滲入其--內(nèi)，使其保護(hù)膜發(fā)生顯微開(kāi)裂，形成孔蝕核，Cl還能阻止其鈍化，從而導(dǎo)致孔蝕。2)Cl帶-負(fù)電荷，可比緩蝕劑分子中OH等優(yōu)先吸附金屬表面或被破損的陽(yáng)極表面，可干擾緩蝕劑的-保護(hù)效果；3）Cl一旦與金屬表面接觸，就會(huì)加速鐵離子溶解，或者生成易水解的氯化鐵，-從而加速腐蝕；4）通常隨著Cl濃度的增大，水的電解度增大，有利于電化學(xué)反應(yīng)，從而加-速金屬腐蝕速度，特別是促進(jìn)金屬的局部腐蝕（孔蝕、坑蝕）；5）高溫條件下，Cl還會(huì)導(dǎo)致不銹鋼氯化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。2、H2S的影響高酸性油氣田環(huán)空腐蝕控制155H2S引起碳鋼的腐蝕，隨H2S濃

4、度增加而增大。同時(shí)含H2S和CO2時(shí)，引起的腐蝕比單純含H2S大得多。硫化物引起高強(qiáng)度鋼應(yīng)力腐蝕破裂的危險(xiǎn)性也隨H2S濃度的升高而增大。在濕環(huán)境中，H2S分壓在0.001atm，就有硫化物應(yīng)力腐蝕破裂的危險(xiǎn)。這對(duì)承受大應(yīng)力的油田設(shè)備來(lái)說(shuō)，是個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題。井下環(huán)境條件下，H2S與地層水同時(shí)存在，引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)：+-H2S→H+HS-+2-HS→H+S2-電離后的S與鋼材表面金屬發(fā)生電子傳遞，造成金屬離子的解析，使金屬表面形成針孔、斑點(diǎn)坑蝕，在生產(chǎn)過(guò)程中造成設(shè)備與管線(xiàn)的局部減薄，穿孔破壞。這類(lèi)腐蝕為電化學(xué)失重腐蝕。其反應(yīng)機(jī)理如下：2+陽(yáng)極反應(yīng)：F

5、e→Fe+2e2+2-Fe+S→FeS+陰極反應(yīng)：2H+2e→2H→H23、CO2的影響CO2是低硫井腐蝕的主要原因。CO2溶于水形成碳酸，降低了水的pH值，從而增大水的腐蝕性。當(dāng)水的pH值降到6.6以下時(shí)，它就變得具有腐蝕性?？刂扑蠧O2溶解的主要因素是壓力、溫度和水的組成。降低壓力，溶解度減少；溫度升高，溶解度下降；許多溶解性的礦物質(zhì)可以緩沖水，防止pH值降低。CO2腐蝕的特點(diǎn)是深而帶尖梭的圓坑。CO2腐蝕在紊流區(qū)內(nèi)發(fā)生特別明顯。CO2在水中溶解度較高，形成H2CO3，與H2S相似，是電離度低的弱酸，但其氫離子可不斷向金屬表面遷移，滿(mǎn)

6、足陽(yáng)極反應(yīng)的消耗量，因此其比相同pH值的完全電離的酸有更大的腐蝕性，其基本反應(yīng)如下：CO2+H2O→H2CO3H2CO3+Fe→FeCO3+H2↑2+陽(yáng)極反應(yīng)為Fe→Fe+2e+-陰極反應(yīng)為H2CO3→H+HCO3+2H+2e→H2↑4、氧的影響在油田上，產(chǎn)生腐蝕最討厭的物質(zhì)是溶于水中的氧氣。通常，當(dāng)水中含氧量大約為飽和度的5%時(shí)，它就變的具有腐蝕性。在高含鹽水中腐蝕與水中溶解氧的含量成正比。然而氧的溶解度又取決于鹽度，當(dāng)鹽度增加時(shí)，氧的溶解度下降。氧通常引起坑蝕。5、細(xì)菌的影響細(xì)菌對(duì)材質(zhì)的影響有幾種：a）陰極去極化，其實(shí)質(zhì)是細(xì)菌從鐵表面（

7、陰極）上除去氫后，有利于鐵轉(zhuǎn)變成二價(jià)鐵離子，然后二價(jià)鐵離子分別與二價(jià)硫離子和氫氧根離子反應(yīng)生成二次腐蝕產(chǎn)物FeS和Fe（OH）2，致使其上下方形成濃差電池，從而加速腐蝕。b）局部電池156第十三屆全國(guó)緩蝕劑學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集作用機(jī)理，細(xì)菌的腐蝕產(chǎn)物吸附在Fe表面形成陰極,陰極去極化主要在析氫電位較低的FeS表面進(jìn)行；或是由于FeS在金屬表面形成濃差電池而產(chǎn)生的。c）代謝產(chǎn)物腐蝕機(jī)理，SRB的厭氣腐蝕是由于代謝產(chǎn)物磷化物作用的結(jié)果，認(rèn)為在厭氧條件下，SRB生成具有較高活性及揮發(fā)性的磷化物，它與基體鐵反應(yīng)生成磷化鐵。當(dāng)然，由于SRB產(chǎn)生的硫化氫與

8、無(wú)機(jī)磷化物、磷酸鹽、亞磷酸鹽、次磷酸鹽作用也可以產(chǎn)生磷化物。有鐵存在時(shí)，硫化氫與次磷酸鹽作用也可以產(chǎn)生磷化鐵，這些作用加速了基體鐵的腐蝕。3油氣井的環(huán)空防腐方案目前環(huán)空保護(hù)液防腐