1引言
井筒腐蝕嚴(yán)重影響了油井的正常生產(chǎn)，人們嘗試過很多方法，但只能暫時緩解一下腐蝕速度，且費(fèi)用高、效果差。隨著油田開發(fā)時間的增長，井筒腐蝕問題變的越來越嚴(yán)重，投入成本也會逐年提高，井筒防腐目前已成為各大油田急需解決的重要攻關(guān)技術(shù)之一。
2井筒腐蝕機(jī)理分析
機(jī)械采油井的井筒內(nèi)套管、油管、抽油桿及其它井下工具腐蝕來源主要有三個方面：空氣、地層產(chǎn)出物（如硫化氫、二氧化碳、）及水腐蝕。
2.1空氣和水的氧腐蝕
在機(jī)械采油過程中，由于低壓動態(tài)監(jiān)測和壓力平衡的需要，要經(jīng)常開啟套管閘門，空氣便進(jìn)入到油管、套管的環(huán)形空間，從而腐蝕整個井筒。在潮濕的環(huán)境下（含H2O），套管內(nèi)壁、油管外壁不斷被腐蝕，生成的鈍化膜等保護(hù)膜又在交變和振動載荷以及頻繁作業(yè)中脫落，腐蝕又繼續(xù)進(jìn)行，如此循環(huán)，使得管壁不斷變薄。其抗拉、抗外擠、抗內(nèi)壓強(qiáng)度會逐漸降低直至變形破損，由此造成的油管漏失檢泵、取、換套管等修井作業(yè)給油田造成巨大的損失。
水與氧氣銹蝕生成Fe（OH）地層水中的溶解氧主要生成鐵銹Fe2O3，和真鐵礦鐵FeO（OH），F(xiàn)eO（OH）還可以與Fe2+結(jié)合生成Fe3O4。井筒的腐蝕的樣品中主要存在Fe2O3FeO（OH）以及Fe3O4。
2.2二氧化碳腐蝕
空氣中含CO2，井筒水中也溶解少量的CO2，CO2與Fe2結(jié)合生成FeCO3溶液中HCO32-與金屬Fe反應(yīng)后生成FeHCO3和Fe3O4導(dǎo)致腐蝕。
2.3硫化氫腐蝕
采出液體中常常存在著少量的H2s，H2S在水中會游離出H+、HS-和s2-，與Fe2+結(jié)合成FeS，H在鐵的表面發(fā)生氫去極化腐蝕。
3室內(nèi)實驗原理
?。?）利用高壓物性資料在實驗室內(nèi)模擬井筒（包括流速、溫度等）地層原始條件，在密閉條件下加入1塊相同體積的與井筒內(nèi)壁形同成分的鋼材（也可用A3鋼代替）進(jìn)行腐蝕（精準(zhǔn)）實驗：
第一支：隔絕空氣觀察7天；
第二支：通入一倍于樣品體積的惰性氣體，觀察7天；
第三支：通入二倍于樣品體積的惰性氣體，觀察7天；
直到確定不腐蝕的通入惰性氣體的量。
（2）在沒有高壓物性取樣時，從井口取樣或通過洗井的辦法取井筒樣品數(shù)支，在化驗室內(nèi)模擬井筒（包括流速、溫度等）情況，各加入1塊相同體積的與井筒內(nèi)壁相同成分的鋼材（也可用A3鋼代替）進(jìn)行腐蝕（粗略）實驗：
第一支：隔絕空氣觀察7天；
第二支：通入一倍于樣品體積的惰性氣體，觀察7天；
第三支：通入二倍于樣品體積的惰性氣體，觀察7天；
直到確定不腐蝕的通入惰性氣體的量（實際施工時要大于此量1倍以上，根據(jù)油管出口的化驗結(jié)果，逐步減少或增加注入量）。
實驗室實驗結(jié)果：
（1）在含二氧化碳溶液中，隨著含氧量增大，二氧化碳腐蝕速度也隨之增大；
（2）在含硫化氫溶液中，通入少量氧氣就會導(dǎo)致腐蝕速度明顯上升。室內(nèi)試驗表明：若有氧存在，其腐蝕速度與無氧狀態(tài)的腐蝕速度相比高15倍；
（3）三種腐蝕介質(zhì)：硫化氫、二氧化碳、氧氣在溶解度及其它相同的條件下，其腐蝕速度存在如下關(guān)系：氧氣腐蝕速度>二氧化碳腐蝕速度>硫化氫腐蝕速度；
?。?）在做地層水的各項離子化驗時，同一瓶水樣，敞口在大氣中放置2小時后，碳酸根的含量增加，PH值降低（酸性增加）；
?。?）干燥的硫化氫、二氧化碳?xì)怏w沒有腐蝕性，只有臨界濕度達(dá)到大約65%以上時腐蝕性氣體對鐵的腐蝕速率迅速增大；
?。?）當(dāng)硫化氫的濃度大于10毫升/1立方米、分壓大于0.05psi（LMPa=145psi）時，才可能產(chǎn)生硫化氫腐蝕，在硫化氫存在的前提下，出現(xiàn)的主要問題是氫穿透金屬的氫脆現(xiàn)象。
4現(xiàn)場實驗及效果
機(jī)械采油是通過井筒內(nèi)的抽油泵和抽油桿將地層產(chǎn)液從井下舉升到地面（見圖1），經(jīng)油管閘門控制后進(jìn)入地面輸送管線中，在這個過程中油管和套管之間環(huán)形空間地層液的液面是波動的，空氣不斷經(jīng)套管閘門混入高礦化度的地層產(chǎn)液中，使地層液具有腐蝕性，含有硫化氫、二氧化碳等腐蝕性氣體地層液加速了潮濕的套管內(nèi)壁、油管外壁的腐蝕速度。因此，井筒內(nèi)金屬部件的腐蝕程度與進(jìn)入井筒套筒內(nèi)的空氣中的氧氣含量有直接關(guān)系。
通過注入惰性氣體，將空氣與井筒隔絕、或者對井筒內(nèi)的腐蝕性氣體進(jìn)行稀釋和干燥的方式進(jìn)行防腐，可降低或阻止井筒腐蝕。
本次在大港油田選取2口井做注入氮?dú)鈱嶒?，操作如下?nbsp;
（1）取油管出口產(chǎn)出物（含氣體）化驗其的性質(zhì)和含量，在實驗室確定其中腐蝕性氣體的不腐蝕量。
?。?）用管路將惰性氣體容器與套管連接管連接，套管連接管與油管與套管的環(huán)形空間連通（惰性氣體優(yōu)選氮?dú)?，容器包括氣體罐或氣體車等，）。
?。?）通過控制套管閘門的開關(guān)，向油管與套管的環(huán)形空間中注入惰性氣體。
實驗結(jié)果：油井邊生產(chǎn)邊向油管與套管的環(huán)形空間中注入氮?dú)?，注入氮?dú)庵饾u稀釋直至替換出井筒內(nèi)腐蝕性氣體，經(jīng)過長時間跟蹤檢測沒有發(fā)現(xiàn)井筒腐蝕現(xiàn)象，因此確定，該方法能有效的控制井筒腐蝕。（其注入量以實驗室確定的腐蝕氣體的不腐蝕量和井口取出樣無腐蝕殘物為準(zhǔn)）
5結(jié)論
用氮?dú)馓娉矁?nèi)空氣的防腐方法是一種成本低且簡單易行的防腐蝕方法，該方法有效地阻止了井筒腐蝕，使油管、套管腐蝕現(xiàn)象得到根本改變，其成果推廣前景廣闊。
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