气井防腐 - 图文

气井防腐

气井腐蚀现状（重要性）

随着我国石油天然气工业勘探的发展，含多种腐蚀介质的油气田相继出现，腐蚀问题越来越引起人我们的关注。

在国内的较大的油气田中，四川气田的开发一直伴随着腐蚀与防腐的问题，而腐蚀的发生大多是由于气井中还有H2S、CO2、Cl-、元素硫、细菌及水等介质，特别是在以上三种腐蚀因素同时存在的情况下，腐蚀原因更难以分析。经过前人的多年探索，我们对于气井的腐蚀原因、机理、条件、特征、影响以及防腐措施都有了一定的认识，为了更好地开发利用这些资源，我们还会做更多进一步的研究。

气井腐蚀机理

一、 CO2 凝析气藏气井油套管腐蚀

1983年在苏北—南黄海盆地南部黄桥背斜带上钻探苏174井发现的黄桥CO2气田(为CO2 凝析气藏)，现已探明地质储量达261.48×108 m3 , 为国内最大的CO2气田。由于CO2 腐蚀的影响, 黄桥CO2气田在开采过程中经常发生气井油套管腐蚀穿孔、油管落井及采气树泄漏和地表泄漏等问题,使气田安全生产受到威胁,极大地影响了气田的开发效益,为此开展了有关研究工作。对黄桥CO2凝析气藏气井油套管的腐蚀特征及腐蚀原因进行了分析, 并且对3种目前油套管常用的钢材进行了室内动态腐蚀评价试验;在此基础上,提出了CO2 凝析气藏气井油套管应选用9Cr管材的建议。

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黄桥CO2凝析气藏气井油套管腐蚀主要表现为坑点腐蚀,其典型特征是呈现局部性的坑蚀、轮藓状腐蚀和台面状腐蚀,其中台面状腐蚀最为普遍。

CO2只有与水共存时才会发生电化学腐蚀。通常, CO2 凝析气藏流体是由CO2、烃类和水组成的凝析气混合物。图1显示了凝析气混合物从井底流入井口时在油套管内不同位置的相态变化情况。凝析气混合物在从井底流入井口的过程中,在未达到水露点之前,凝析液不会析出,此时油套管为CO2润湿,不会发生腐蚀。随着压力和温度的进一步降低,凝析油或凝析水会反凝析出来,从而使凝析气混合物在井筒内呈现两相流动;当凝析水吸附在油套管内表面时, 便会形成有利于CO2 腐蚀的环境。

二、富含CO2凝析气井的腐蚀 腐蚀机理：

混合气体中的二氧化碳与水形成弱酸,在高温高压条件下对生产

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系统(包括设备和管线)产生酸性腐蚀。CO2溶于水生成碳酸:

CO2+H2O→H2CO3

在这种酸性环境中,在铁的表面上形成微电池,其电池反应为:H2CO3+Fe→FeCO3+H2↑

如果腐蚀产物碳酸亚铁能形成连续而致密的膜,则可保护铁不受腐,但是在大多数情况下,此附着层是多孔而疏松的,它易脱落使管壁变薄,或者在碳酸亚铁的缝隙之间产生点蚀。腐蚀程度与温度、水质情况、CO2分压等因素有关,据著名的De waard 预测模型可计算出CO2 腐蚀速率,其数学表达式为:

㏒ rc= 0.67㏒ PC+ C

式中,rC为腐蚀速率,mm/a；Pc为CO2分压值,kPa；C为常数。 CO2的腐蚀机理还如图2所示。由于碳酸具有相对较高的pH值, 增大了铁的腐蚀速度；另一方面，H2CO3吸附在金属表面之后,未离解的H2CO3分子可直接被还原,随后原子H以很快的速度结合成分子H2。随着H+从电解质溶液扩散到金属表面时,则有助于与HCO3-再化合形H2CO3。由此表明,CO2溶于水生成的碳酸能完全电离的酸(相同pH值时)有更高的腐蚀性。

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图2 CO2的腐蚀机理示意图

上述腐蚀机理是对裸露的金属表面而言。而在含CO2油气环境中, 钢铁表面在腐蚀初期可视为裸露表面,随后腐蚀产物FeCO3和Fe3O4等将在金属表面形成保护膜。然而由于膜生成的不均匀或破损,则常常出现局部的(无膜)台面状腐蚀。实际上,CO2腐蚀往往表现为全面腐蚀和一种典型的沉积物下方的局部腐蚀共同出现。腐蚀产物( FeCO3)及结垢产物(CaCO3)或不同的生成物膜在钢铁表面不同区域的覆盖度不同,不同覆盖度的区域之间形成了具有很强自催化特性的腐蚀电偶, CO2 局部腐蚀就是这种腐蚀电偶作用的结果。

三、 高含硫气井井下油管腐蚀

在天然气开采过程中，井下管串对控制生产、保护井下系统起着非常重要的作用。在近几年的修井作业中，川东高含硫气田所属卧龙河、大池干、张家场等气田的气井相继发现普遍存在油管被腐蚀破坏的现象，有的是轻微的失重腐蚀，有的是局部较严重腐蚀，而最为严重的是油管腐蚀穿孔、断落入井。这些腐蚀现象给气田开发和修井作

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业带来了巨大的困难，严重影响和制约气田的生产，甚至造成重大的经济损失。

针对川东高含硫气田井下油管所处腐蚀环境、腐蚀现象和特点开展综合分析，其主要特征有：

（1）井下管串腐蚀引起的穿孔或断落会改变天然气流动通道，使产水气井不能正常带液生产，严重的会造成产水气井被地层水淹死，导致气井永久停产。如池6井因气井井下管串腐蚀穿孔，气田水不能有效带出。

（2）井下管串腐蚀引起的穿孔或断落导致井下压力计等工具不能正常入井，气井的动态资料不能正常录取。如池18井2002年5月下通井规在井下1049m遇阻，2003年修井发现油管从250m开始已腐蚀孔，在701m处腐蚀断落。

（3）井下管串腐蚀引起的穿孔或断落使加注的井下缓蚀剂、泡排剂等入井液不能按设计到达井底位置，不能有效地保护生产油管。 （4）井下管串腐蚀引起的穿孔或断落会使压井液不能按正常通道到达井底。同时因腐蚀的油管强度变得非常低，在修井作业过程中，入井工具对油管不能加压、造扣，稍有不慎，可能造成井下油管在套管内错断成几段，加大了油管的打捞难度，甚至有些气井因此而报废。如池18井因井下管串腐蚀严重，油管在井内成脆块，无法打捞，导致气井报废。 腐蚀机理：

造成川东高含硫气田井下管串腐蚀的主要因素是流体性质、气井井底

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