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長慶油田油井井筒腐蝕機(jī)理與防護(hù)措施研析

文檔作者：葛守凱姚偉文檔來源：長慶油田		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月15日
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2014 年10 月
長慶油田油井井筒腐蝕機(jī)理與防護(hù)措施研析
葛守凱姚偉（長慶油田第三采油廠718600）
摘要:油氣資源作為當(dāng)今世界應(yīng)用范圍最廣的不可再生資
源，對人類來說有著相當(dāng)重要的意義。作為中國第一大油氣田
——長慶油田，對中國的資源供應(yīng)有著不可忽視的作用。針對長
慶油田油井井筒的腐蝕情況，我們在此進(jìn)行探討，提出有關(guān)井筒
腐蝕的綜合治理方案，提供指導(dǎo)和借鑒作用。
關(guān)鍵詞：長慶油田；油井井筒腐蝕；防護(hù)措施
長慶油田勘探區(qū)域主要分布在陜、甘、寧、蒙、晉五省區(qū)的15
個地市61 個縣（旗），呈分散狀，完全不集中；勘探主體在鄂爾多
斯盆地（又稱陜甘寧盆地）。勘探總面積約37 萬平方公里。油田
總部位于陜西省西安市。擁有石油總資源量85.88 億噸，天然氣
總資源量10.7 萬億立方米，同時還蘊藏著豐富的煤炭、巖鹽、煤
層氣、鈾等資源。作為中國石油增長幅度最快的油氣田，它承擔(dān)
著向北京、天津、石家莊、西安、銀川、呼和浩特等十多個大中城市
安全穩(wěn)定供氣的重任。油井井筒腐蝕這一問題會造成大量寶貴
的油氣等自然資源的流失，對我國的經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)安全造成重大損
失；同時也會在一定程度上無法保證油氣供應(yīng)地區(qū)可以準(zhǔn)確接收
到天然氣，最終會耽誤經(jīng)濟(jì)的正常發(fā)展。因此，我們需要知道造
成油井井筒腐蝕的原因及進(jìn)行相應(yīng)的防護(hù)措施。
一、造成油井井筒腐蝕原因
我們可以通過下面兩個表進(jìn)行了解：
檢泵跟蹤腐蝕情況
表一：
時間
2006
2007
2008（1~11）
檢泵
井?dāng)?shù)
（井
次）
307
287
258
發(fā)現(xiàn)
腐蝕
井?dāng)?shù)
37
30
64
占檢
泵井
比例
（%）
12.1
10.5
24.8
腐蝕
井免
修期
（d）
364
368
382
液
（t）
25.8
24
25
油（t）
1.7
1.9
2.4
含水
（%）
93.5
91.9
90.5
表二：
深度（m）
井次
比例（%）
0—500
3
4.69
500—1000
10
15.62
1000 以下
51
79.69
合計
64
100
1.礦化度的影響
當(dāng)?shù)V化度在6～8mg/L 之間時，井筒的腐蝕速率達(dá)到一個最
高點（接近0.44，但未到達(dá)）。礦化度與平均腐蝕率呈負(fù)相關(guān)：隨
著礦化度升高，平均腐蝕率下降。
2.氯離子含量的影響
介質(zhì)中的氯離子會促進(jìn)碳鋼、不銹鋼等金屬或合金的局部腐
蝕，在陽極區(qū)導(dǎo)致一般坑蝕的蔓延；由于氯離子半徑較小，易穿透
保護(hù)膜，使腐蝕加劇，產(chǎn)生局部腐蝕。隨著氯離子濃度增加，點蝕
電位負(fù)移，這就意味著隨著侵蝕性離子濃度的增加，鋼鐵表面鈍
化膜穩(wěn)定性下降。同時還要注意PH 值造成的腐蝕：酸度越大，
造成的平均腐蝕率越高（PH 值在4.5 左右，造成的平均腐蝕率達(dá)
到最高點：接近0.4）；當(dāng)靠近堿性值時，隨著堿性增強(qiáng)，腐蝕率也
相應(yīng)降低。
3.溫度值的影響
由于長慶油田分布不集中，氣候也有所差異。這里就以油田
總部——陜西省為例。陜西省地跨北溫帶和亞熱帶,整體屬于大
陸季風(fēng)性氣候。由于南北延伸長，省內(nèi)南北之間的氣候差異十分
明顯：長城沿線以北為溫帶干旱半干旱氣候、陜西其余地區(qū)和關(guān)
中平原是暖溫帶干旱或半濕潤氣候，陜南盆地為北亞熱帶濕潤氣
候，山地大部分為暖溫帶濕潤氣候。由此可以看出，油田的氣候
不一致，對油井井筒的影響也有大小之分。在溫度小于60 攝氏
度的情況下，腐蝕產(chǎn)物膜FeCO3軟而無附著力，金屬表面光滑，均
勻腐蝕；當(dāng)溫度在100 攝氏度左右時，會造成腐蝕速率加快，局部
腐蝕嚴(yán)重（深孔），形成的腐蝕產(chǎn)物層較厚且松散，可以很容易用
手碰碎；溫度達(dá)到150 攝氏度以上，油井井筒表面會形成附著力
強(qiáng)的FeCO3和Fe3O4膜，特點是細(xì)致、緊密。在這樣的溫度下，對
油井井筒的腐蝕速率會有所降低。
4.細(xì)菌腐蝕
腐蝕嚴(yán)重的生產(chǎn)井會有以下幾個特點：含水率明顯高于正常
情況，產(chǎn)液量不高，油水比例相差懸殊；采出液呈弱酸性，硫酸鹽
還原菌、礦化度、氯離子濃度明顯偏高，并且有少量溶解氧可以檢
測出來；含硫化合物在腐蝕垢物中的含量較高。細(xì)菌腐蝕主要有
兩種：直接腐蝕和應(yīng)力開裂。影響這種腐蝕的因素主要有三個：
產(chǎn)出液中氯離子直徑較小，可以直接進(jìn)入吸附膜破壞防護(hù)連續(xù)
性；井筒中硫酸鹽還原菌數(shù)量多造成產(chǎn)生的H2S 腐蝕可能性大；
二氧化碳含量越高腐蝕性越強(qiáng)。SRB 菌腐蝕是最具代表性的。
在高溫、高壓、高礦化度下會限制此類菌的生長，同時在缺少有機(jī)
營養(yǎng)的地層中無法進(jìn)行大量繁殖。因為適宜SRB 生長的溫度是
28~30 度，井深不大的井因為井溫低，在一定程度上給SRB 的生
長創(chuàng)造了條件。同時隨著采出液的提升，環(huán)境、溫度發(fā)生變化，更
是刺激了SRB，大量繁殖，數(shù)量激增。應(yīng)對此種情況，我們需要考
慮是否需要增強(qiáng)緩蝕劑的殺菌性能（根據(jù)實際情況進(jìn)行判斷分
析）,同時可以選擇增強(qiáng)表面光滑度來減少侵蝕。
5.電偶腐蝕
兩種不同金屬或材質(zhì)有差異材料在同一介質(zhì)中相接觸，腐蝕
電位差異大，產(chǎn)生腐蝕。由于采出液含鹽量較高，井筒的腐蝕不
容忽視，可將其腐蝕看作是微電池腐蝕和宏觀電池腐蝕的結(jié)合。
目前井筒內(nèi)桿管泵及工具同屬一種金屬，金屬表面分布著許多雜
質(zhì)，當(dāng)它與電解質(zhì)溶液接觸時，在其表面會同時存在大量微小的
陰極與陽極。微電池形成初期主要是由于材質(zhì)不均勻或表面保
護(hù)膜被破壞。井筒不同部位的含鹽量不同，其各段的電極電位不
同。但是由于金屬材質(zhì)上存在較大差異，因此接觸時同樣形成電
偶腐蝕。同時也有其他的原因：電位差、電子通道、電解質(zhì)。
6.局部腐蝕
局部腐蝕以坑蝕或孔蝕最具代表性。在金屬表面的局部地
區(qū)，出現(xiàn)向深處擴(kuò)散的腐蝕小孔或坑，而其余地區(qū)不腐蝕或腐蝕
輕微。小孔初期僅幾個微米，但是具備深挖能力，逐步擴(kuò)大或加
深。機(jī)理為蝕孔內(nèi)金屬表面處于活態(tài)，電位較負(fù)，形成大陰極小
陽極面比結(jié)構(gòu)，孔內(nèi)易發(fā)生氯化物水解，溶液酸性增加，加快陽極
溶解。溶解氧腐蝕與二氧化碳腐蝕是這種現(xiàn)象的兩個具有代表
性的腐蝕原因。溶解氧腐蝕是指在油層水中，少量的溶解氧可引
起腐蝕。其造成的腐蝕產(chǎn)物是鐵銹或針鐵礦，在腐蝕產(chǎn)物內(nèi)部，
一些物質(zhì)可以與Fe2+結(jié)合，形成Fe3O4.二氧化碳腐蝕是指采出液
中有溶解的少量二氧化碳和其他離子，在一定條件下生成碳酸鈣
設(shè)備管理
119
2014 年10 月
封罐--余鍋--水封罐--煙氣脫硫--煙囪，改造后對水封罐的
設(shè)置增加了復(fù)雜性。煙氣脫硫設(shè)施和余鍋系統(tǒng)在工藝流程上為
串聯(lián)，均需要考慮煙氣脫硫和余鍋的故障和檢修，將其從煙道切
除。圖3 以兩臺余鍋帶煙氣脫硫為例，單臺余鍋帶煙氣脫硫的參
考本例。
圖3 含煙氣脫硫設(shè)施的煙氣水封罐設(shè)置
（1）兩臺鍋爐正常運行時，關(guān)閉余鍋旁路和余鍋尾部去煙囪
的水封罐V-102 和V-104。其他水封罐投用，煙氣正常通過兩
臺余鍋。
（2）當(dāng)煙氣脫硫設(shè)施故障檢修時，投用余鍋尾部的水封罐V-
104，煙氣排向煙囪。關(guān)閉余鍋尾部的水封罐V-103 和V-106，
切斷去煙氣脫硫設(shè)施的煙道。
（3）當(dāng)余鍋B 檢修時，關(guān)閉余鍋B 前后水封罐V-105、V-106
和前蝶閥，切斷進(jìn)入余鍋B 的煙氣和防止余鍋B 尾部煙氣反串。
投用余鍋旁路水封罐V-102，并調(diào)節(jié)蝶閥分擔(dān)部分煙氣直接進(jìn)入
煙囪。
（4）當(dāng)余鍋和煙氣脫硫同時故障檢修時，投用煙氣旁路水封
罐V-102，關(guān)閉其他水封罐，再生煙氣經(jīng)過旁路直接送至煙囪。
四、煙氣水封罐的失效
煙氣水封罐運行穩(wěn)定，但是也要預(yù)防運行過程中水封罐的失
效，失效形式就是水封被擊穿造成煙氣泄漏。正常
能發(fā)生擊穿的只有余鍋旁路水封罐。如果余鍋旁路蝶閥不
關(guān)閉的話，此水封能起到安全閥的作用。在余鍋入口蝶閥、出口
擋板突然出現(xiàn)故障關(guān)閉時。煙氣可以擊穿旁路水封，泄放煙氣。
避免再生器超壓，主風(fēng)機(jī)喘振逆流的發(fā)生。在緊急情況下是要求
它能夠發(fā)生擊穿的。
余鍋入口水封由于有入口蝶閥的作用不會發(fā)生擊穿現(xiàn)象。
它的設(shè)置是避免檢修時，入口蝶閥不嚴(yán)而泄漏煙氣的。余鍋尾部
去煙氣脫硫設(shè)施的水封罐的操作壓力比余鍋前水封罐壓力低，更
不會被擊穿。
余鍋出口水封后是煙囪，一般情況下是負(fù)壓，發(fā)生擊穿可能
很小。
水封罐投用時應(yīng)撤大水封，建立小水封，此時水封罐只是作
為煙氣通道，水封罐運行時間長了可能會出現(xiàn)小水封煙氣外泄，
小水封的內(nèi)插管被煙氣中的二氧化硫腐蝕，導(dǎo)致小水封水柱高度
不夠，煙氣從小水封泄漏。若小水封故障造成泄漏煙氣，可在小
水封排地漏出口管加一閥門，關(guān)閉閥門即可防止煙氣外泄，待停
工檢修時修復(fù)。但水封在壓力超出范圍后可以擊穿的，閥門是無
法做到的。從安全角度考慮，水封安全，可以保護(hù)設(shè)備。
結(jié)論
水封罐雖然是催化裂化裝置中的一個輔助設(shè)備，但是水封罐
的正確設(shè)置和運行對于催化裂化裝置的安全穩(wěn)定運行起著關(guān)鍵
的作用。在催化裂化裝置的設(shè)計和運行階段都必須清楚的認(rèn)識
到水封罐的重要性。
參考文獻(xiàn)：
[1] 楊青祁魯海催化裂化煙氣輪機(jī)入口管道的設(shè)計化工設(shè)
計2004,14（3）.
[2] 程高峰，王偉，曹俊，周云博。低壓降水封閥的開發(fā)和應(yīng)
用石油化工設(shè)備技術(shù)2011 32（4）17.
(上接第118頁)
和其他物質(zhì)，形成腐蝕垢物，導(dǎo)致垢下腐蝕。二氧化碳含量越高，
腐蝕越強(qiáng)。在采出液中，當(dāng)一些離子的濃度達(dá)到一定程度時，會
形成M 鹽晶核，隨著晶核的長大，石蠟、瀝青質(zhì)加上沉積下來的雜
物，以及各種菌種的粘液和腐蝕產(chǎn)物，逐漸在井筒內(nèi)壁形成垢
層。垢下菌的大量活動會使分泌粘液增多，使得結(jié)垢更為嚴(yán)重。
另外在疏松的垢下也會形成各種濃差電池腐蝕，加劇了腐蝕速
率。
二、防護(hù)措施
1.井筒工藝完善
選用耐蝕材料。Cr、Mo 含量高而S、P 雜質(zhì)含量低的耐腐蝕
合金油套管可以提高井筒的抗腐蝕能力（Cr 含量增加可以加強(qiáng)
鈍化膜的穩(wěn)定性，Mo 含量增加，減少氯離子的破壞作用）。小配
件質(zhì)量管理。像壓帽、抽油桿節(jié)箍等配件，必須嚴(yán)格選材，首先考
慮抗腐蝕材質(zhì)的產(chǎn)品，防止出現(xiàn)材質(zhì)差異過大造成電偶腐蝕。桿
管質(zhì)量管理。對目前抽油桿的主要成分及處理工藝進(jìn)行深入了
解分析；通過對材質(zhì)分選，集中使用并逐步淘汰D 級桿，同時注意
修復(fù)產(chǎn)品質(zhì)量管理。
2.添加化學(xué)藥劑
用化學(xué)方法除掉腐蝕介質(zhì)或者改變環(huán)境性質(zhì)以期達(dá)到防腐
的目的。應(yīng)用范圍最大的屬于緩蝕劑。按照保護(hù)膜類型分類，可
以把緩蝕劑分為氧化膜型、吸附膜型、沉淀膜型三種。緩蝕劑的
機(jī)理是在金屬表面形成吸附膜。應(yīng)用緩蝕劑要注意加藥周期不
宜過長，要考慮到井筒內(nèi)吸附膜的延續(xù)性，加藥周期可定為5~10
天。加藥濃度根據(jù)實際情況酌情設(shè)置（井筒性質(zhì)與緩蝕劑之間是
否互斥）。
三、完善管理對策
1.進(jìn)行周期性檢查化驗
對油井井筒的周期性化驗，也是一種跟蹤性的對井筒質(zhì)量的
分析。運用這樣的方法我們可以根據(jù)檢驗到的數(shù)據(jù)分析造成井
筒腐蝕的原因，在一定程度上減少了資料收集的工作量。
2.進(jìn)行有效評價
對各個井的產(chǎn)出量進(jìn)行統(tǒng)計，對于出現(xiàn)不正常情況的井進(jìn)行
重點觀察，排除隱患，減少財產(chǎn)損失。可以運用曲線圖來記錄油
井產(chǎn)量，這樣可以更直接的觀察到油量產(chǎn)出趨勢，對預(yù)測起到輔
助作用。
3.建立完善的腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)，加強(qiáng)防腐管理
有效的檢測系統(tǒng)可以幫助我們及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中出現(xiàn)的腐蝕
問題，及時采取科學(xué)的防腐措施，盡量減少損失。
結(jié)語
油井井筒腐蝕是一個重要問題，防腐是一個長效應(yīng)措施，各
個單位都要提高井筒防腐的認(rèn)識；同時防腐材料需要根據(jù)科技的
進(jìn)步及時進(jìn)行更新。找到預(yù)防與根治油井井筒腐蝕的方法，會對
整個社會產(chǎn)生不可估量的效益。
參考文獻(xiàn)：
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設(shè)備管理
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