油井管常見(jiàn)的腐蝕原因及防護(hù)方法

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1、油井管常見(jiàn)的腐蝕原因及防護(hù)方法李哲鋒大慶石油管理局供水公司163451王佩紅大慶石油管理局基建管理中心163453摘要:本文介紹了油井管常見(jiàn)的溶解的C02、H2S、C1-、SRB(硫酸鹽還原菌)、02對(duì)油井管的腐蝕原因和機(jī)理,同時(shí)介紹了目前防止油管腐蝕采用的定期更換普通碳鋼管材、使用耐蝕合金管材、添加緩蝕劑、使用金屬鍍層和使用有機(jī)涂層等常用方法。關(guān)鍵詞:油井管腐蝕涂層.1引言隨著石油的開(kāi)采,我國(guó)許多油田已進(jìn)入中、高含水開(kāi)發(fā)期,隨著含水率的不斷上升,油氣采集系統(tǒng)的腐蝕日趨嚴(yán)重,腐蝕成為影響管道系統(tǒng)可靠性及使用壽命的關(guān)鍵因素,是造成管道事故的最主要原因。由于原油中含有大量腐蝕性物質(zhì)存在,如C02、

2、H2S、C1。、少量溶解氧和硫酸鹽還原菌等,受這些因素及其交互作用的影響,油管必然遭受嚴(yán)重的腐蝕,油井安全生產(chǎn)受到嚴(yán)重的威脅。油井管由專用螺紋連接成數(shù)千米長(zhǎng)的管柱,包括鉆柱、套管柱、油管柱。鉆柱由方鉆桿、鉆桿、鉆鋌、轉(zhuǎn)換接頭等組成,是鉆井的重要工具和手段。套管柱下入鉆成井眼,用于防止地層流體流動(dòng)及地層擠毀。油管柱下入生產(chǎn)套管柱內(nèi),構(gòu)成井下油氣層與地面的通道,控制原油和天然氣的流動(dòng),套管柱、油管柱在油井中的位置如圖1所示。(a)正常壓力井(b)異常壓力井圖1套管柱、油管柱在油井中的位置石油管在石油工業(yè)中占有很重要的地位,其用量大、費(fèi)用高,因此,節(jié)約開(kāi)支、降低成本的155潛力巨大。油井管的消耗量可

3、按鉆井進(jìn)尺量推算,根據(jù)我國(guó)具體情況,大體上每鉆進(jìn)1m需要油井管62Kg,其中套管48Kg、油管10Kg、鉆桿3Kg、鉆鋌lKg。近年來(lái),我國(guó)每年消耗油管約90萬(wàn)噸,耗資達(dá)75億元人民幣。油管失效的70%和腐蝕有關(guān),根據(jù)中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)、中國(guó)石油學(xué)會(huì)、中國(guó)化工學(xué)會(huì)發(fā)布的資料,在石油與石化行業(yè),腐蝕所造成的損失占行業(yè)總產(chǎn)值的6%。如果防腐蝕技術(shù)得到充分應(yīng)用,腐蝕損失的30%一40%可以挽回,同時(shí)可以降低安全事故的發(fā)生,可見(jiàn)加強(qiáng)油管的腐蝕與防護(hù)技術(shù)研究,可以為石油工業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。2油管的腐蝕原因油管的腐蝕主要是因?yàn)樵椭腥芙獾腃02、H2S、C1一、SRB(硫酸鹽還原菌)、oz等

4、腐蝕性物質(zhì)引起的,這些腐蝕物質(zhì)在油井工作時(shí)與油管接觸對(duì)油管的腐蝕各不相同,主要如下:1)溶解的C02腐蝕機(jī)理為:C02+H20=H2C03H2C03=H++HC031HC03--}r+C03}陽(yáng)極反應(yīng)為:Fe=Fe2++2e陰極反應(yīng)為:21f+2e=H:t總反應(yīng)為:C02+H20+Fe=FeC03+H2fCOz溶于水中生成碳酸,引起水的pH值降低而使鋼材腐蝕性增大。碳酸與鋼材接觸反應(yīng)生成的碳酸鐵就是腐蝕產(chǎn)物。一般來(lái)說(shuō),C0。在水中的溶解度是大氣中C02分壓的函數(shù)。分壓愈大,溶解度愈大,因此腐蝕速度隨C02分壓的增大而加快。在含有碳酸氫根的注入水系統(tǒng)中,能引起腐蝕的C02量是pH值的函數(shù)。反應(yīng)式

5、為COz+也O:H。CO。=}r+HC吁,當(dāng)pH值降低即礦數(shù)量增加時(shí),使腐蝕趨勢(shì)增強(qiáng)。C02的腐蝕速度是隨溫度的升高而增加的,C0。在無(wú)水的環(huán)境中是不會(huì)發(fā)生腐蝕的,而在有水的環(huán)境中,C02極易溶于水形成碳酸,降低了pH值,增加酸度,使油管發(fā)生腐蝕,腐蝕產(chǎn)物為FeC0。,當(dāng)溫度低于60℃時(shí),F(xiàn)eC0s膜結(jié)合力和保護(hù)力差,鋼材表面為均勻腐蝕,在60~110"C之間,腐蝕速率高,腐蝕產(chǎn)物為粗晶的FeC0s,這種產(chǎn)物厚而松,以局部腐蝕為主,將產(chǎn)生嚴(yán)重的坑蝕,點(diǎn)腐蝕和潰瘍狀腐蝕。當(dāng)溫度超過(guò)150℃時(shí)由于形成致密的FeCOs保護(hù)膜而抗蝕。2)溶解的H。S硫化氫溶于水后成為氫硫酸,通常引起局部腐蝕,尤其是點(diǎn)

6、腐蝕。主要是鐵與硫化氫反應(yīng)生成硫化亞鐵,其反應(yīng)式為腐蝕機(jī)理為:H2S=H++HS—HS一=盯+S2。陽(yáng)極反應(yīng):Fe=Fe2++2e156陰極反應(yīng):21f+2e=Hzf總反應(yīng)為:xFe+yH2S=Fe,S,+y}12f硫化亞鐵就是腐蝕產(chǎn)物,特別是當(dāng)H2S和C02共存時(shí),比單一的也S及C02氣體腐蝕性更強(qiáng)。井下涂料油管浸泡于井液中,會(huì)和H¨S和C0:接觸使腐蝕性更加增強(qiáng)。地S引起腐蝕的另一個(gè)原因是,陰極上的某些H+會(huì)進(jìn)入鋼鐵內(nèi)部,導(dǎo)致低強(qiáng)度鋼的HIC(氫致腐蝕開(kāi)裂)和高強(qiáng)度鋼的SSCC(硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂)。3)C1一對(duì)油管的腐蝕C1l主要使油管發(fā)生點(diǎn)蝕,這是由于凝析液、地層水、殘酸中的Cli破壞

7、油管壁上的保護(hù)膜,導(dǎo)致點(diǎn)蝕核的產(chǎn)生,在被C1一擊穿的地方成為陽(yáng)極,未被擊穿的地方成為陰極,由此形成了活化—鈍化腐蝕電池。由于陽(yáng)極面積比陰極面積小得多,陽(yáng)極電流密度很大,因此,油管壁很快腐蝕成小孔。同時(shí),溶液中的Cl一隨著電流的流通,向小孔里面遷移,使小孔被進(jìn)一步腐蝕加深致穿。C1‘的腐蝕速度隨其濃度增大而增大,H2S,C(h的存在起了加速作用,因此,油管內(nèi)壁的坑蝕及內(nèi)穿孔,可認(rèn)為主要是殘酸和地層水

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