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机械采油井井筒防腐蚀方法研究

发布时间:2019-03-07 10:28:00 点击:
   1引言 
  井筒腐蚀严重影响了油井的正常生产,人们尝试过很多方法,但只能暂时缓解一下腐蚀速度,且费用高、效果差。随着油田开发时间的增长,井筒腐蚀问题变的越来越严重,投入成本也会逐年提高,井筒防腐目前已成为各大油田急需解决的重要攻关技术之一。 
  2井筒腐蚀机理分析 
  机械采油井的井筒内套管、油管、抽油杆及其它井下工具腐蚀来源主要有三个方面:空气、地层产出物(如硫化氢、二氧化碳、)及水腐蚀。 
  2.1空气和水的氧腐蚀 
  在机械采油过程中,由于低压动态监测和压力?#33014;?#30340;需要,要经常开启套管闸门,空气便进入到油管、套管的环形空间,从而腐蚀整个井筒。在潮湿的环境下(含H2O),套管内壁、油管外壁不断被腐蚀,生成的钝化膜等保护膜又在交变和振动载荷以及频繁作业中脱落,腐蚀又继续进行,如此循环,使得管壁不断变薄。其抗拉、抗外挤、抗内压强度会逐渐降低直至变形破损,由此造成的油管漏失检泵、取、换套管等修井作业给油田造成巨大的损失。 
  水与氧气锈蚀生成Fe(OH)地层水?#26800;?#28342;解氧主要生成铁锈Fe2O3,和真铁矿铁FeO(OH),FeO(OH)还可以与Fe2+结合生成Fe3O4。井筒的腐蚀的样品中主要存在Fe2O3FeO(OH)以及Fe3O4。 
  2.2二氧化碳腐蚀 
  空气中含CO2,井筒水中也溶解少量的CO2,CO2与Fe2结合生成FeCO3溶液中HCO32-与金属Fe?#20174;?#21518;生成FeHCO3和Fe3O4导致腐蚀。 
  2.3硫化氢腐蚀 
  采出液体中常常存在着少量的H2s,H2S在水中会游离出H+、HS-和s2-,与Fe2+结合成FeS,H在铁的表面发生氢去极化腐蚀。 
  3室内实验原理 
  (1)利用高压物性资料在实验室内模拟井筒(包括流速、温度等)地层原?#32487;?#20214;,在密闭条件下加入1块相同体积的与井筒内壁形同成分的钢?#27169;?#20063;可用A3钢代替)进行腐蚀(精准)实验: 
  第一支:隔绝空气观察7天; 
  第二支?#21644;?#20837;一倍于样品体积的惰性气体,观察7天; 
  第三支?#21644;?#20837;二倍于样品体积的惰性气体,观察7天; 
  直到确定不腐蚀?#32784;?#20837;惰性气体的量。 
  (2)在没有高压物性取样?#20445;?#20174;井口取样或通过洗井的办法取井筒样品数支,在化验室内模拟井筒(包括流速、温度等)情况,各加入1块相同体积的与井筒内壁相同成分的钢?#27169;?#20063;可用A3钢代替)进行腐蚀(?#33268;裕?#23454;验: 
  第一支:隔绝空气观察7天; 
  第二支?#21644;?#20837;一倍于样品体积的惰性气体,观察7天; 
  第三支?#21644;?#20837;二倍于样品体积的惰性气体,观察7天; 
  直到确定不腐蚀?#32784;?#20837;惰性气体的量(?#23548;?#26045;工时要大于此量1倍以上,根据油管出口的化验结果,逐步减少或增加注入量)。 
  实验室实验结果: 
  (1)在含二氧化碳溶液中,随着含氧量增大,二氧化碳腐蚀速度也随之增大; 
  (2)在含硫化氢溶液中,通入少量氧气就会导致腐蚀速度明显上升。室内试验表明:若有氧存在,其腐蚀速度与无氧状态的腐蚀速度相比高15倍; 
  (3)三种腐蚀介质:硫化氢、二氧化碳、氧气在溶解度及其它相同的条件下,其腐蚀速度存在如下关系:氧气腐蚀速度>二氧化碳腐蚀速度>硫化氢腐蚀速度; 
  (4)在做地层水的各项离子化验?#20445;?#21516;一瓶水样,敞口在大气中放置2小时后,碳酸根的含量增加,PH?#21040;?#20302;(酸性增加); 
  (5)干燥的硫化氢、二氧化碳气体没有腐蚀性,只有临界湿度达到大约65%以上时腐蚀性气体对铁的腐蚀速率迅速增大; 
  (6)当硫化氢的浓度大于10毫升/1立方米、分压大于0.05psi(LMPa=145psi)?#20445;?#25165;可能产生硫化氢腐蚀,在硫化氢存在的前提下,出现的主要问题是氢穿透金属的氢脆现象。 
  4现场实验及效果 
  机械采油是通过井筒内的抽油泵和抽油杆将地层产液从井下举升到地面(见图1),经油管闸门控?#22378;?#36827;入地面输送管线中,在这个过程中油管和套管之间环形空间地层液的液面是波动的,空气不断经套管闸门混入高矿化度的地层产液中,使地层液具有腐蚀性,含有硫化氢、二氧化碳等腐蚀性气体地层液加速了潮湿的套管内壁、油管外壁的腐蚀速度。因此,井筒内金属部件的腐蚀程度与进入井筒套筒内的空气?#26800;?#27687;气含量有直接关系。 
  通过注入惰性气体,将空气与井筒隔绝、或者对井筒内的腐蚀性气体进行稀释和干燥的方式进行防腐,可降低或阻止井筒腐蚀。 
  本次在大港油田选取2口井做注入氮气实验,操作如下: 
  (1)取油管出口产出物(含气体)化验其的性质和含量,在实验室确定其中腐蚀性气体的不腐蚀量。 
  (2)用管?#26041;?#24816;性气体容器与套管连接管连接,套管连接管与油管与套管的环形空间连通(惰性气体优选氮气,容器包括气体罐或气体车等,)。 
  (3)通过控制套管闸门的开关,向油管与套管的环形空间中注入惰性气体。 
  实验结果:油井边生产边向油管与套管的环形空间中注入氮气,注入氮气逐渐稀释直至替换出井筒内腐蚀性气体,经过长时间跟踪检测没有发现井筒腐蚀现象,因此确定,该方法能?#34892;?#30340;控制井筒腐蚀。(其注入量以实验室确定的腐蚀气体的不腐蚀量和井口取出样无腐蚀残物为准) 
  5结论 
  用氮气替除井筒内空气的防腐方法是一种成本低且简单易?#26800;?#38450;腐蚀方法,该方法?#34892;?#22320;阻止了井筒腐蚀,使油管、套管腐蚀现象得到根本改变,其成果推广前景广阔。
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