元城油田油井腐蝕原因分析及防腐工藝技術研究

長清油田有限公司的元城油田是依靠自然能量開發的邊境地區儲水油藏，總含水量為80%。在油井井筒中,除了烴以外,還有含不同組份的水體,同時,由于地質構造環境物理化學條件的不同,硫化氫、二氧化碳等溶解氣腐蝕,氯離子、碳酸氫根離子等有害離子腐蝕及硫酸鹽還原菌、鐵細菌等菌類腐蝕,構成了不同的腐蝕體系。由于油井腐蝕嚴重,新更換的油管桿在生產3~4個月后又出現抽油桿斷或油管腐蝕穿孔現象,使檢泵周期大大縮短,不僅增加了資金投入,而且嚴重影響了油井正常生產。1元城油田開采機制1.1碳酸鈣腐蝕過程CO2的腐蝕主要表現為電化學腐蝕,即CO2溶解于水中生成碳酸,使流體PH值降低,呈弱酸性,碳酸對鋼材發生極化腐蝕,并隨著碳酸的增多,溶液中酸性增強,加快了鐵的腐蝕速度。其化學反應式主要為:當地層水中混入空氣時,使二氧化碳腐蝕復雜化。如果含有一定量的硫化氫,則腐蝕體系將更加復雜。1.2混合水中不同部位的hsH2S由于儲層地質構造不同,在不同地帶有不同的含量,對元城油田水質分析結果表明,一些混合水中不同程度的含有H2S。H2S的腐蝕主要表現為電化學腐蝕,且H2S與鐵的腐蝕產物硫化亞鐵因結構疏松,易產生垢下腐蝕。其化學反應式主要為:當地層水中混入空氣時,使硫化氫腐蝕復雜化。1.3氧化細菌—細菌腐蝕元城油田腐蝕油井采出液中含有大量的SRB、TGB等菌種,這些菌種潛伏在地層水和巖石中,當開采生成的新環境有利于細菌生長時,菌種就會大量繁殖。當水中含有硫酸鹽時,在缺氧的情況下,一種厭氧性細菌—硫酸鹽還原菌(SRB)就會繁殖起來。它們代謝過程中需要氫或某些還原物質,將硫酸鹽還原成為硫化物,利用反應的能量而繁殖。當水中含有亞鐵離子時,就很容易產生鐵細菌,鐵細菌依靠鐵和氧生存繁殖,依靠亞鐵離子氧化為高鐵離子所釋放出的能量維持生命,使金屬腐蝕。1.4電化學腐蝕元城油田油井井筒偏磨和腐蝕相互作用、相互促進,二者結合破壞性更大。由于受到偏磨的金屬井下設備表面被活化,成為電化學腐蝕的陽極,從而形成了大陰極小陽極的電化學腐蝕,而產出液是強電解質,對電化學腐蝕起催化作用,更加劇了腐蝕,陽極被犧牲,即偏磨處優先被腐蝕。由于腐蝕使桿、管偏磨表面更粗糙,從而磨損更嚴重。1.5相滲流井結垢發生情況油田用水結垢在油田長期開發過程中是不可避免的,而通常結垢與腐蝕是緊密伴生的。油井結垢常發生的是CaCO3垢,出現在含水偏高的井,結垢部位在井下油管內壁、篩管、抽油泵及套管內壁等部位。結垢嚴重的井,可使抽油桿被拉斷,甚至因結垢堵死無法處理而報廢,其主要原因一方面是垢卡,另一方面就是垢下腐蝕。2原油長距離開采技術2.1化學法的腐敗方法2.1.1ks-l型緩蝕劑KS-l型緩蝕劑適用于含H2S濃度為30~150mg/k的高含水開發油田,其主要成分為咪唑啉的衍生物,它利用分子中的N、C原子與金屬結合作用,在金屬表面形成一層致密的保護膜,阻止水介質與金屬接觸,達到金屬防腐的效果,但對H2S、CO2共存的腐蝕環境,緩蝕效果欠佳。室內試驗效果表明,KS-l型緩蝕劑還具有一定的殺菌、阻垢作用。在元城油田現場應用中主要采用油套環空投加和井下智能點滴投加兩種方式進行,其中油套環空投加73口井,藥品濃度由100PPm提高至200PPm;井下智能點滴投加6口井。通過現場實踐應用,油管桿腐蝕程度得到減緩,檢泵周期延長128天,年維修作業頻次降低60井次。2.1.2密度地層緩蝕。在進行YB-192型緩蝕劑主要是以抗H2S腐蝕為主,是有機胺與有機酸縮合物,經過非離子表面活性劑、水等組分復合而成,具有很強的界面活性,能夠迅速在金屬表面形成致密的屏蔽保護層,從而達到防護的作用。室內試驗表明,對以H2S腐蝕為主的井,緩釋效率達85%以上,但對H2S、CO2共存的腐蝕環境,緩蝕效果欠佳。YB-192與IMC-80BHH型緩蝕劑以4∶1比例復配,同條件下進行失重緩蝕率室內評價結果顯示,對H2S腐蝕及H2S、CO2共存的腐蝕環境緩蝕效果均較好。通過油套環空投加的18口井現場試驗表明,油管桿腐蝕速率得到減緩,腐蝕程度得到抑制。2.2物理法的腐敗方法2.2.1東南角聚乙烯管HDPE防腐蝕耐偏磨油管是在鋼級為J55的普通油管內,襯入4.5mm主要成份為高密度聚乙烯的HDPE內襯管,該材料滲透性極低,僅為低密度聚乙烯的1/5,具有惰性,對酸、堿、鹽等眾多物質具有很好的耐腐蝕性,且由于避免了抽油桿與油管的直接摩擦,防偏磨效果較好。適用于H2S、CO2及偏磨、結垢引起的油井腐蝕。在元城油田應用了13口井6510米,檢泵周期延長131天,油管壽命是普通油管壽命的3~5倍。2.2.3耐蝕性能及基礎新型防偏磨耐蝕內涂層油管是采用具有自潤滑、高抗磨和超強耐蝕等性能的涂料涂敷生產,可以顯著增加油管內壁的耐磨損和抗腐蝕性能。經過40萬次不同材質對磨試驗,結果表明新型防偏磨耐蝕內涂層具有優良抗磨特性,耐磨性顯著優于N80、J55和氮化油管。新型防偏磨耐蝕內涂層在井筒腐蝕介質下,經過120h高溫高壓試驗后,涂層外觀觀察無變化。用挑撥法測試附著力,可以達到行業標準的1級要求。說明該涂層具有良好的耐腐蝕性能和較高的結合強度。在元城油田應用5口井2000米,因油管腐蝕、穿孔造成維修作業頻次明顯降低,油管防腐、防偏磨效果較好。2.3腐蝕材料的應用KD級防腐抽油桿是23CrNiMoV鋼通過正火、回火工藝處理后,并在表面噴涂一層耐腐蝕材料而成,不但具有D級抽油桿的抗拉強度,還兼具耐腐蝕性。現場應用10口井5400米KD級防腐抽油桿,因抽油桿腐蝕故障由同期的19井次降至9井次。2.4長井產菌耐垢處理長效陽極油管保護器是通過犧牲陽極的陰極保護法,使犧牲陽極優先溶解,而油井油管桿作為陰極被保護起來。采用犧牲陽極的陰極保護對油井油管桿因Cl-、SO4-等陰離子引起的孔蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕破裂等局部腐蝕具有抑制作用。同時,在成垢無機鹽中,腐蝕產物如FeO、Fe3O4、FeS等的生成量大大降低,由于此管壁的保護膜光潔度較高,成垢無機鹽在管壁沉積也較困難,垢下腐蝕的可能性降低。因此,長效陽極油管保護器具有防H2S腐蝕及垢下腐蝕的作用。現場應用9口井,油管桿腐蝕程度得到明顯改善。3施工“五防”結合,進行油氣藏水回收除垢防除鹽工