油井生产管柱腐蚀对维护性作业井次影响与对策

丁秀英

（中国石化江汉油田分公司江汉采油厂，湖北 潜江433123）

马王庙油田马36井区于1992年投入开发。随着开发的深入，大部分油井都处于高含水阶段，油井生产管柱的腐蚀越来越严重。2008年在马36井区有9口井、18井次在作业时发现杆、管、泵存在严重腐蚀，而2009年在马36井区有16口井、19井次作业时发现存在腐蚀现象。因此，了解油井生产管柱腐蚀原因，有效控制油井生产管柱腐蚀是非常必要的。

1 生产管柱腐蚀影响及原因分析

井下生产管柱的腐蚀形式一般表现为:油管腐蚀穿孔、丝扣腐蚀漏失；抽油杆本体腐蚀造成疲劳拉断、接箍腐蚀断或脱；球阀腐蚀导致泵的渗漏等。同时，有些油井是在偏磨腐蚀共同作用下造成生产管柱失效的。

1.1 腐蚀对生产管柱的影响

随着开发的深入，地层压力降低。加上地层的敏感性反应，地层孔隙和结构发生变化，各种水处理药剂进入地层，导致产出水的水性酸碱度由中性偏碱性变为偏酸性，个别井的pH值甚至只有5.5，油井腐蚀日趋严重，因腐蚀失效的油井也日益增多。腐蚀基本上都发生在高含水井中，腐蚀产物与垢、杂质结合后形成更复杂的结垢产物，从而导致作业井次增加，采油时率降低。

2008－2009年对马36井区腐蚀油井情况的作了统计（见表1）。从表中可以看出:2008年马36井区油井作业时发现有腐蚀现象，到2009年存在腐蚀现象的油井由2008年的18井次上升至19井次。从2008年开始，对马36井区存在腐蚀现象的油井开始采取了防腐措施进行治理。部分腐蚀严重井通过治理，腐蚀情况有所减缓，严重腐蚀的井次也有所下降。但是，马36井区管、杆、泵的腐蚀仍然是造成维护性作业的主要原因之一。

1.1.1 油管腐蚀

油管在自重、外部压力和其它因素作用下处于复杂的应力状态，拉应力是导致腐蚀的重要因素。加上油管长期浸泡在腐蚀介质中，容易引起油管本体及丝扣的腐蚀；作业过程中如果丝扣上得不紧有缝隙，腐蚀液便容易进入缝隙内，使丝扣从边缘开始腐蚀；起下油管作业过程中的擦伤部位，将会先被腐蚀。据统计2009年因腐蚀造成丝扣腐蚀漏的有4井次。

1.1.2 抽油杆腐蚀

由于抽油杆长期浸泡在高含水的腐蚀介质中，工作在循环变化的载荷下，经常发生腐蚀、疲劳甚至断裂使其失效，导致维护性作业井次增加。在偏磨井中，偏磨进一步加剧了抽油杆及接箍的腐蚀。2009年因腐蚀（同时存在偏磨）造成杆断的有10井次。

1.1.3 抽油泵腐蚀

马36井区37口油井均采用管式泵。管式泵失效的原因除了质量问题外，腐蚀导致凡尔座不严、泵渗漏也是抽油泵失效的一个重要原因。

表1 2008－2009年马36腐蚀油井情况统计表

1.2 腐蚀原因分析

在有杆泵抽油井生产中，抽油杆在井筒中的连续往返运动，抽油杆接箍与油管在同一个位置的连续摩擦，都会造成抽油杆和油管的磨损，使检泵周期变短，采油时率下降，生产成本增高。抽油井偏磨现象是抽油杆在往复运动中抽油杆或接箍对油管的磨蚀，单纯看只是一种金属受力产生的摩擦，但仔细分析可以看出:同样生产状态的油井含水低或不含水生产时没有偏磨现象，含水升高后偏磨现象严重；在偏磨的同一个位置，抽油杆接箍磨蚀严重而油管磨蚀较轻；抽油杆杆体和接箍材质相同的井偏磨较轻，而更换新接箍的井接箍的磨蚀速度反而加快；很多井身斜度不大的井高含水后，偏磨程度增加。

上述现象说明:抽油井偏磨不仅仅是两种金属因摩擦产生的磨损，还包含有许多电化学腐蚀的原因，特别在含水较高的抽油井中由于地层产出水矿化度高，使油管和抽油杆处于一种强电解质中。油管、抽油杆、抽油杆接箍等不同材料的金属在地层液的强电解质中，产生电化学腐蚀。由于抽油杆接箍的材料相对抽油杆、油管不同，使抽油杆接箍成为电化学腐蚀的阳极被腐蚀，其机械性能大幅度下降，而使磨蚀速度加快。

为了找出腐蚀原因，有效防治生产管柱腐蚀，对部分油井产出液进行了取样分析。从化验分析结果可以看出:产出液水型主要为CaCl2型，总矿化度为（7.369～14.879）×104mg／L。阳离子主要是:Ca2＋、Na＋、Mg2＋，阴离子主要是:Cl－、SO42－、HCO3－，PH值在5.5～7之间。此外，对腐蚀严重的马36－4－6井和马36－3－7井进行了取垢样分析（见表2）。

表2 垢样分析表

从垢样的成分分析看，以前的结垢产物主要是白色致密的CaCO3，含量达到了70%～90%，而现在的垢样增加了50% 左右的腐蚀产物，腐蚀产物中有80% 左右的是FeS，垢样致密，颜色也变深，呈褐红色。

由上面的化验结果可见，所取水中的有害成分有CO2、O2、Fe2＋、Cl－，且 pH 值偏低，产出水变得呈酸性，腐蚀产物中Fe2＋含量偏高，因此，油井的产出液具有高含水、高矿化度、含有有害离子、溶液呈弱酸性等特点。生产管柱长期浸泡在这种强电解质中势必被腐蚀，造成油井失效，从而影响正常生产。

另外，马36井区的油井中，斜井占总油井的79%，普遍存在偏磨现象。在生产过程中，偏磨会加剧生产管柱的腐蚀，使油井免修期缩短。

2 防腐方法及效果分析

2.1 防腐方法

马36井区油井生产管柱的腐蚀与油井产出液的特征有着密切关系，生产管柱的腐蚀是金属与腐蚀介质的化学或电化学作用，使金属表面被破坏。针对马王庙油田自身特点，在马36井区采取的防腐方法主要有:添加腐蚀抑制剂法（加缓蚀剂 ）、防腐涂层法（下防腐抽油杆 ）和阴极保护法。

2.1.1 添加腐蚀抑制剂法

该方法是往井筒里投加缓蚀剂来抑制生产管柱的腐蚀。缓蚀剂的极性基团能通过化学法，在金属表面形成保护层，改变金属表面的电荷状态。非极性基团由金属表面向水中排列并形成疏水膜，阻止水中的Cl－、CO2和O2等腐蚀介质与金属表面接触，以达到抑制腐蚀的目的。

2.1.2 防腐涂层法

在金属表面涂层可以提高金属本身的抗腐蚀能力。涂层能限制或阻止腐蚀介质与其里面的金属接触，延缓金属腐蚀。在普通抽油杆基体上喷涂一层耐腐蚀、高强度的复合材料，经过喷丸、高分子喷涂、加热固化等工艺，在杆体表面牢固地附着一层0.08mm～0.14mm厚的耐高温和耐各种介质腐蚀的高分子防腐涂层，以达到防止抽油杆腐蚀的目的。

2.1.3 阴极保护法

阴极保护是一种用于防止金属在电介质（海水、淡水及土壤等介质）中腐蚀的电化学保护技术。该技术的基本原理是对被保护的金属表面施加一定的直流电流，使其产生阴极极化，当金属的电位负于某一电位值时，腐蚀的阳极溶解过程就会得到有效抑制。

2.2 效果分析

2.2.1 缓蚀剂防腐效果

2009年，对部分腐蚀严重的油井进行了缓蚀剂药剂调整、增加浓度、改变添加方式的现场试验。例如，在马36－3－7井现场试验中，将药剂同缓蚀剂SB－9806改为石大一号，浓度由30ppm增加至300ppm（见表3）。

表3 马36－3－7井现场试验情况统计

马36－3－7井曾因腐蚀在2008年成为马36井区高频次作业井（2008年维护作业5次），生产管柱腐蚀严重（见图1，2）。

图1 3／4"杆腐蚀图

图2 泵筒外部腐蚀图

从2008年开始，通过不断调整加药制度，对该井进行腐蚀治理。在2009年初，结合调整加药制度同时下防腐杆，该井的腐蚀现象有所减缓，免修期从81天延长至652天。但在2011年年初，因套管在上部438.0m～452.874m处有漏点挤堵后效果不好，含水没恢复到作业前水平，所以在2011年2月对该井下封卡漏。鉴于下封隔器，该井没法实施加药制度，在作业时下入了防腐杆以减缓腐蚀；2011年8月24日，检泵起出管腐蚀严重，作业后更换内衬管，并配套使用防腐杆和油管阴极保护器，检泵周期由103天延长至228天；2012年5月23日，该井解封合采，恢复加药制度。目前，该井生产稳定，免修期已经达到566天，缓蚀剂防腐取得了较好的效果。

现场试验结果证明，使用石大一号（缓蚀剂），浓度为300mg／L时，效果比较明显。根据试验结果，对其余存在腐蚀现象的油井，制定了相应的加药方案，并采取套管定期加入的方式，防止生产管柱的腐蚀。马36井区有15口油井使用缓蚀剂防腐（14口井使用石大一号、1口井使用KD－H03），油井平均免修期由307天延长至370天。由此可见，投加缓蚀剂对油管和抽油杆能同时起到有效的保护作用，在防腐工作中具有较大的发展潜力。

2.2.2 防腐抽油杆防腐效果

2009年，在马36井区3口高频次作业油井使用防腐抽油杆。截至目前，这3口井的免修期都有不同程度的延长（见表4）。

表4 防腐杆使用情况统计

从表4可以看出，这3口高频次作业井使用防腐杆后，效果非常明显，免修期明显延长，维护性作业井次大幅下降。

2.2.3 阴极保护器防腐效果

2009年在腐蚀比较严重的马36－3－71井上使用了阴极保护器。马36－3－71井2009年1月29日作业起出尾管腐蚀严重（见图3），作业后该井管理制度进行了修订，将石大一号浓度由100ppm调至300ppm，并使用抽油杆阴极保护器3件，检泵周期由94天延长至172天，见到了较好的成效。

图3 尾管腐蚀图

2009年7月23日作业起出管杆腐蚀现象有所减轻（见图4），阴极保护器消耗完，作业后全井更换新防腐杆1 400m。

图4 阴极保护器防腐效果图

2.3 注意事项

1）防腐杆适用范围较小。由于防腐杆的防腐层易被破坏，因此它适用于不偏磨或偏磨较轻、腐蚀程度不严重的油井，其适用范围较小。

2）缓蚀剂管壁上形成的保护膜导致部分油井回压较高，且使用成本较高。

3）阴极保护器的有效期有限，而且保护器必须下在液面以下，对于马36井区平均沉没度小于50m的油井而言实用性不强。

3 结论与建议

1）目前，马36井区防腐技术使用效果比较好的是加缓蚀剂和下防腐杆技术。对于腐蚀比较严重的油井，尝试使用新的井下工艺时，应该与加缓蚀剂配套使用，效果会更加明显。

2）对于腐蚀偏磨共同存在的油井，在防腐的同时，要加强偏磨的治理。防腐与偏磨的有机结合，才能防止腐蚀的恶化。

3）投加缓蚀剂是比较经济实用的一种防腐技术，需要进一步研究、摸索，以确定最佳的缓蚀剂药剂、浓度和加药制度。

4）加强作业监督的管理，尽量做到丝扣上紧，或采用密封脂密封，避免产生缝隙，降低腐蚀液及一些有害离子的侵入而造成的丝扣腐蚀。

5）提高产出液的pH值，使其接近中性，从而控制注入水的水质，以达到降低腐蚀的目的。

6）随着科学技术的不断进步，目前已有很多成熟的防腐技术可以应用，如采用非金属材料防腐等。

［1］罗英俊，万仁溥.采油技术手册（下册）［M］.北京:石油工业出版社，2005:1343－1344.