我國許多主力油田已進(jìn)入中、高含水開發(fā)期，隨著綜合含水的不斷上升，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.由于原油中有大量侵蝕性物質(zhì)存在，如CO2、H2S、Cl-、少量溶解氧和細(xì)菌等，受所有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，油田安全生產(chǎn)受到嚴(yán)重的威脅。
1 油井防腐、防垢原理
1.1 防垢原理
防垢其原理是：阻垢藥劑吸附在微晶體表面，破壞了晶體的晶格結(jié)構(gòu)，造成晶格扭曲，不能形成穩(wěn)定的晶形結(jié)構(gòu)，阻礙了微晶的長大。另外阻垢劑對Ca2+、Mg2+等陽離子的絡(luò)合增溶作用，減少了與陰離子的接觸，從而起到防垢作用?；瘜W(xué)藥劑防垢是目前應(yīng)用最多，技術(shù)最為成熟的阻垢方法之一。
1.2 防腐蝕原理
材料和周圍介質(zhì)相作用，使材料遭受破壞或性能惡化的過程稱為腐蝕。金屬在油田水中的腐蝕過程并不是獨(dú)立進(jìn)行的，腐蝕過程與結(jié)垢過程、細(xì)菌繁殖和沉積物形成過程密切相關(guān)，油田水中的溶解鹽類對金屬腐蝕有很大影響，其中最主要的是氯化物。另一類最常見的引起金屬腐蝕的物質(zhì)是水中溶解的氧氣、二氧化碳和硫化氫氣體。此外，油田水中存在的硫酸鹽還原菌等微生物也會導(dǎo)致嚴(yán)重腐蝕。
防腐蝕就是減緩油井的腐蝕速度和除去已經(jīng)產(chǎn)生的腐蝕成分，從而達(dá)到延長油管使用壽命，減少作業(yè)周期的效果。
控制腐蝕的主要途徑有：
?。?）選用耐蝕金屬材料或非金屬材料；
?。?）選用耐蝕防腐涂層或陰極保護(hù)；
（3）選擇和投加針對性強(qiáng)的緩蝕劑、阻垢劑和殺菌劑等化學(xué)藥劑，設(shè)法去除水中會引起腐蝕的成分；
（4）選用耐蝕金屬或非金屬材料是解決油田腐蝕最徹底的方法，但由于投資高，一次性投入大，需根據(jù)經(jīng)濟(jì)評價來確定。
耐蝕防腐涂層主要集中在兩個方面：一是管道內(nèi)涂層，二是管道內(nèi)襯塑技術(shù)。襯塑比涂層有如下優(yōu)點(diǎn)：①襯塑對管道內(nèi)表面凈化要求，不像涂層與其凈化處理質(zhì)量具有直接的相關(guān)性；②半塑對金屬是完全均勻的覆蓋；③襯塑對管道的振動、沖擊比涂層敏感性小，不斷裂或剝落。
對于已建好的油田，加入化學(xué)緩蝕劑是行之有效的方法，對于集輸系統(tǒng)而言，主要投加在油井環(huán)空、計(jì)量站、管匯間、注水井口。
油田用緩蝕劑按形成膜的種類可分為：鈍化膜型（鉻酸鹽、亞硝酸鹽、鉬酸鹽等）、沉淀膜型（聚磷酸鹽、硅酸鹽、苯駢三氮唑等）及吸附膜型（有機(jī)胺、硫醇類、木質(zhì)素類、葡萄糖酸鹽類等），現(xiàn)油田主要使用聚磷酸鹽及有機(jī)胺類（吸附膜型）緩蝕劑。
2 常用的防腐方法及其特點(diǎn)
2.1 定期更換普通碳鋼管材
井下的腐蝕環(huán)境造成的油管腐蝕可能使油氣井的壽命大大低于設(shè)計(jì)壽命。CO2溶于水生成酸性較弱，但腐蝕性強(qiáng)的碳酸（H2CO3），對鐵基體的腐蝕十分嚴(yán)重。二氧化碳和硫化氫引起鋼鐵迅速的全面腐蝕和嚴(yán)重的局部腐蝕，使得管道和設(shè)備發(fā)生早期腐蝕失效。因此使用普通碳鋼管材，首先要根據(jù)井下的腐蝕環(huán)境，應(yīng)用腐蝕預(yù)測模型，對管材的失效期限進(jìn)行合理預(yù)測，然后必須在其壽命期限內(nèi)更換油管管柱。
2.2 使用耐蝕合金管材
目前在油氣田應(yīng)用的抗二氧化碳腐蝕鋼材，多數(shù)都含有Cr。通常使用的抗二氧化碳腐蝕鋼材有1Cr，9Cr，13Cr等耐蝕合金鋼，其中13Cr馬氏體不銹鋼的使用量最大。
從全球范圍來看，由于油田開發(fā)難度增大，使總投資增加，投資者不愿因油井管發(fā)生故障使價值上千萬的油井報廢，因此多采用保險系數(shù)大的高級油井管。高性能的非API油井管在俄羅斯、美國、英國、挪威及中東、南美等國家和地區(qū)使用相當(dāng)普遍。如中東一些油田的井壓高，每口井日單產(chǎn)高達(dá)上千噸，這些油田使用的是價格昂貴的不銹鋼油井管。
2.3 注入緩蝕劑
將少量物質(zhì)加入腐蝕環(huán)境中，借助該物質(zhì)在金屬表面上發(fā)生的物理、化學(xué)作用，降低金屬材料溶解速度的方法稱為緩蝕劑防腐，所加物質(zhì)即緩蝕劑。緩蝕劑一般為長鏈化合物，如一些含氮化合物，有機(jī)磷酸鹽等。常用的緩蝕劑有重鉻酸鹽、磷酸鹽、有機(jī)胺類等。針對腐蝕油氣井介質(zhì)的不同，緩蝕劑種類大致可分為油溶性緩蝕劑、水溶性緩蝕劑、分散型緩蝕劑及氣相緩蝕劑。在腐蝕環(huán)境中加入少量緩蝕劑，就能和金屬表面發(fā)生物理與化學(xué)作用，從而顯著降低金屬的腐蝕。注入緩蝕劑進(jìn)行防腐，不需要改變金屬構(gòu)件的性質(zhì)，因而具有經(jīng)濟(jì)，適應(yīng)性強(qiáng)，效率高等優(yōu)點(diǎn)。對于油管內(nèi)表面腐蝕，可在不更換現(xiàn)有管材的情況下使用專用緩蝕劑來控制腐蝕。通常選用油溶性水分分散的表面活性劑類，如磷酸酯與烷基胺的反應(yīng)產(chǎn)物，咪唑啉，多胺類及咪唑啉與硫脲的復(fù)配物等。緩蝕劑的防腐效果主要與井況（如溫度、壓力）、緩蝕劑類型、注入周期、注入量有關(guān)，如果使用得當(dāng)，緩蝕效率將在85%以上。
2.4 使用涂鍍層油管
通過相應(yīng)的工藝處理，在金屬表面形成抑制腐蝕的覆蓋層，可直接將金屬與腐蝕介質(zhì)分離開來。主要為金屬涂層和非金屬涂層兩大類，大多數(shù)金屬涂層采用電鍍或熱鍍的方法實(shí)現(xiàn)，非金屬涂層大多是隔離性涂層。目前針對油管防腐所采用的涂鍍層技術(shù)主要有金屬涂層，有機(jī)材料涂層，化學(xué)鍍層等。
2.4.1 金屬涂層
根據(jù)電化學(xué)防護(hù)原理，只有當(dāng)金屬涂層的電極電位比油管基體的電極電位負(fù)時，才能起到陰極保護(hù)作用，即犧牲陽極（涂層），保護(hù)陰極（油管）。當(dāng)油井的油管處于電介質(zhì)中，將產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，即油管中的雜質(zhì)成為陰極，鐵為陽極。鐵釋放電子，以水化離子（nH2O）的形式溶解于水中，因而鐵很快被腐蝕。如果鋼鐵表面覆蓋有鋅、鋁等合金涂層，則情況就發(fā)生了變化。因鋅、鋁合金涂層相對鋼鐵電位更負(fù)，在構(gòu)成腐蝕電池時成為陽極，鋼鐵為陰極，這樣陽極區(qū)（鋅、鋁合金）釋放電子而溶解于水，產(chǎn)生腐蝕。陰極區(qū)（油、套管的基體）則在表面吸收電子與氧發(fā)生還原反應(yīng)，受到保護(hù)。
2.4.2 有機(jī)材料涂層
對于油管的內(nèi)腐蝕，可在其內(nèi)表面涂覆有機(jī)材料防腐層。常用的涂料有：環(huán)氧型，改性環(huán)氧型，酚醛環(huán)氧型樹脂或尼龍等。要求涂層厚薄均勻，且整個涂覆表面100%無針孔。目前，油管防腐涂料大多數(shù)為環(huán)氧粉末。環(huán)氧粉末防腐主要有以下特點(diǎn)：熔融性好，針孔少，涂膜光滑；施工容易，可用靜電噴涂、流化床浸涂等；管壁不易結(jié)垢，同時還降低了注水能耗。
2.4.3 化學(xué)鍍層
化學(xué)鍍層有結(jié)合力強(qiáng)，硬度高，耐磨性能好，耐蝕性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，在油管防腐中有一定的應(yīng)用。
3 各種防腐技術(shù)的比較
油氣田井下管材的腐蝕和結(jié)垢是世界石油工業(yè)中的一種常見的腐蝕類型，也是困擾我國油氣工業(yè)發(fā)展的一個極為突出的問題。采用經(jīng)濟(jì)高效的防腐技術(shù)是油田和油管生產(chǎn)廠家，一個急需解決的重要課題，為此本文對各種防腐方法作了比較。
使用普通碳鋼油管的成本較低，生產(chǎn)初期基本不增加附加防腐費(fèi)用，但需頻繁更換油管，對油氣井生產(chǎn)影響很大，且壓井作業(yè)對儲層傷害較大。另外，如何正確的預(yù)測普通碳鋼油管的使用壽命，也是這種防護(hù)方法的面臨的重大難題。
使用抗腐蝕合金管材的防腐效果好，在其有效期內(nèi)，無須其它配套措施，對油氣井生產(chǎn)作業(yè)無影響，且工藝最簡單，但合金鋼管材的價格較高，一般為普通碳鋼的幾倍，因此初期投資較大，不太適合我國的中低產(chǎn)油田。
注入緩蝕劑進(jìn)行防護(hù)，主要存在以下幾個主要問題：
?。?）緩蝕劑的有效濃度較低，有效保護(hù)期短；
?。?）初期投入較少，但累計(jì)投資成本高；
?。?）適應(yīng)性差.由于實(shí)際腐蝕環(huán)境的復(fù)雜，在一個油田適用的防腐藥劑，在另一個油田就未必具有良好的防護(hù)效果；
（4）投加緩蝕劑需要的加藥裝置過多，管理難度大，不利于安全生產(chǎn)使用普通碳鋼管材，對其進(jìn)行涂覆層保護(hù)，防腐效果好，對油氣井生產(chǎn)影響相對較小，工藝較簡單，而且成本一般不會很高。但容易出現(xiàn)點(diǎn)蝕，如果出現(xiàn)漏鍍現(xiàn)象，則會發(fā)生更為嚴(yán)重的局部腐蝕。
通過上述對各種防腐方法的比較，對普通碳鋼進(jìn)行涂覆層保護(hù)具有防護(hù)效果好，經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，工藝簡單，適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，如果能改善其工藝，并解決其漏鍍等問題，這種防護(hù)方法有望在石油天然氣工業(yè)中廣泛應(yīng)用。
4 總結(jié)
?。?）通過對井下油管腐蝕現(xiàn)狀的調(diào)查分析，可以看出CO2、H2S、溶解氧是主要的腐蝕因素，Cl-對腐蝕的發(fā)生具有強(qiáng)烈的催化作用，而原油或天然氣中的水是腐蝕劑的載體，溫度、pH值為腐蝕提供有利環(huán)境，受這些因素及其交互作用的影響，腐蝕已成為影響油氣田安全生產(chǎn)和阻礙經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)一步提高的重大不利因素。
（2）為做好油井防腐蝕工作，定期或在線監(jiān)測油管腐蝕與防護(hù)的參數(shù)，如CO2、H2S和水的含量，以利于現(xiàn)場指導(dǎo)緩蝕劑的加注、清管及修復(fù)等作業(yè)。
?。?）以上分析表明，針對油氣田井下的腐蝕環(huán)境中油管存在著嚴(yán)重的腐蝕問題，在實(shí)際生產(chǎn)過程中采用的各種防腐蝕方法，都有其優(yōu)點(diǎn)和不足之處，應(yīng)根據(jù)我國的油氣田的現(xiàn)狀，應(yīng)選擇防腐蝕效果好，經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，適應(yīng)面廣的防腐蝕技術(shù)。
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