高酸性油气田环空腐蚀控制

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1、154第十三届全国缓蚀剂学术讨论会论文集高酸性油气田环空腐蚀控制霍绍全唐永帆黄红兵杨仲熙（西南油气田分公司天然气研究院，成都华阳，610215）摘要：油套管环形空间是油气井体系内一个流动死角，因此C02、H2S、地层水、完井液的残余物、细菌等在油套管环空中形成了特殊的腐蚀介质，严重腐蚀油管和套管，影响油套管的使用寿命。目前采用加注环空保护液对高酸性油气田环空腐蚀进行控制。关键词：油气田，腐蚀，环空保护液1前言在高酸性油气田的完井工艺中，一般采用永久式封隔器、套管（尾管）射孔完井方式，以保护套管免受酸性气体腐蚀。但由于提喷、泄漏等，使得含C0

2、2、H2S的腐蚀介质进入环空。为了延长油套管的使用寿命，油套管全部采用抗腐蚀材料是目前国内外油气井防腐的重要方法之一,但不是最经济的，现在采用的经济有效的方法是使用封隔器完井，封隔器下套管使用抗腐蚀材料，封隔器上套管使用一般抗腐蚀材料并在环空中加注环空保护液。因此在油套管环空中加注环空保护液正日益成为高含酸性油气田开发过程中油套管腐蚀防护的重要手段。2腐蚀因素分析在油套环空中，主要的腐蚀介质为完井液（修井液）、C02、H2S、高矿化度地层水，以及滋生的细菌等。-1、Cl的影响--Cl的存在对金属的破坏作用表现为：1）Cl能通过金属表面保护膜

3、的细孔或缺陷渗入其--内，使其保护膜发生显微开裂，形成孔蚀核，Cl还能阻止其钝化，从而导致孔蚀。2)Cl带-负电荷，可比缓蚀剂分子中OH等优先吸附金属表面或被破损的阳极表面，可干扰缓蚀剂的-保护效果；3）Cl一旦与金属表面接触，就会加速铁离子溶解，或者生成易水解的氯化铁，-从而加速腐蚀；4）通常随着Cl浓度的增大，水的电解度增大，有利于电化学反应，从而加-速金属腐蚀速度，特别是促进金属的局部腐蚀（孔蚀、坑蚀）；5）高温条件下，Cl还会导致不锈钢氯化物应力腐蚀开裂。2、H2S的影响高酸性油气田环空腐蚀控制155H2S引起碳钢的腐蚀，随H2S浓

4、度增加而增大。同时含H2S和CO2时，引起的腐蚀比单纯含H2S大得多。硫化物引起高强度钢应力腐蚀破裂的危险性也随H2S浓度的升高而增大。在湿环境中，H2S分压在0.001atm，就有硫化物应力腐蚀破裂的危险。这对承受大应力的油田设备来说，是个严重问题。井下环境条件下，H2S与地层水同时存在，引发电化学反应：+-H2S→H+HS-+2-HS→H+S2-电离后的S与钢材表面金属发生电子传递，造成金属离子的解析，使金属表面形成针孔、斑点坑蚀，在生产过程中造成设备与管线的局部减薄，穿孔破坏。这类腐蚀为电化学失重腐蚀。其反应机理如下：2+阳极反应：F

5、e→Fe+2e2+2-Fe+S→FeS+阴极反应：2H+2e→2H→H23、CO2的影响CO2是低硫井腐蚀的主要原因。CO2溶于水形成碳酸，降低了水的pH值，从而增大水的腐蚀性。当水的pH值降到6.6以下时，它就变得具有腐蚀性。控制水中CO2溶解的主要因素是压力、温度和水的组成。降低压力，溶解度减少；温度升高，溶解度下降；许多溶解性的矿物质可以缓冲水，防止pH值降低。CO2腐蚀的特点是深而带尖梭的圆坑。CO2腐蚀在紊流区内发生特别明显。CO2在水中溶解度较高，形成H2CO3，与H2S相似，是电离度低的弱酸，但其氢离子可不断向金属表面迁移，满

6、足阳极反应的消耗量，因此其比相同pH值的完全电离的酸有更大的腐蚀性，其基本反应如下：CO2+H2O→H2CO3H2CO3+Fe→FeCO3+H2↑2+阳极反应为Fe→Fe+2e+-阴极反应为H2CO3→H+HCO3+2H+2e→H2↑4、氧的影响在油田上，产生腐蚀最讨厌的物质是溶于水中的氧气。通常，当水中含氧量大约为饱和度的5%时，它就变的具有腐蚀性。在高含盐水中腐蚀与水中溶解氧的含量成正比。然而氧的溶解度又取决于盐度，当盐度增加时，氧的溶解度下降。氧通常引起坑蚀。5、细菌的影响细菌对材质的影响有几种：a）阴极去极化，其实质是细菌从铁表面（

7、阴极）上除去氢后，有利于铁转变成二价铁离子，然后二价铁离子分别与二价硫离子和氢氧根离子反应生成二次腐蚀产物FeS和Fe（OH）2，致使其上下方形成浓差电池，从而加速腐蚀。b）局部电池156第十三届全国缓蚀剂学术讨论会论文集作用机理，细菌的腐蚀产物吸附在Fe表面形成阴极,阴极去极化主要在析氢电位较低的FeS表面进行；或是由于FeS在金属表面形成浓差电池而产生的。c）代谢产物腐蚀机理，SRB的厌气腐蚀是由于代谢产物磷化物作用的结果，认为在厌氧条件下，SRB生成具有较高活性及挥发性的磷化物，它与基体铁反应生成磷化铁。当然，由于SRB产生的硫化氢与

8、无机磷化物、磷酸盐、亚磷酸盐、次磷酸盐作用也可以产生磷化物。有铁存在时，硫化氢与次磷酸盐作用也可以产生磷化铁，这些作用加速了基体铁的腐蚀。3油气井的环空防腐方案目前环空保护液防腐