近年来,随着油井采出液的增多,含水随之越来越高,油井的腐蚀结垢问题表现得日趋突出,使得卡泵漏失、管杆腐蚀磨损等现象越来越严重,影响了原油的正常生产,增加了检泵工作量及小修作业的难度。给油田带来巨大经济损失。
一、管柱腐蚀结垢特点
经过长期的修井现场观察与取样分析,油田井下腐蚀主要是采出液腐蚀。通过检泵等修井作业现场发现,井下管柱腐蚀结垢表现的特点有以下几点:
①固定凡尔罩内积垢较多,垢呈黑色,颗粒状,进入泵内卡泵。取样于阳光下暴晒,会变为暗红色粉末。
②抽油杆本体与接箍油管内壁均粘附较厚的黑色片状垢层。
③部分抽油井发现油管内壁呈点坑状腐蚀及蜂窝状腐蚀,甚至腐蚀出孔洞,抽油杆限位器旁出现细脖子状腐蚀断。
④抽油杆无偏磨迹象而发生硫化氢脆断。
⑤管柱结垢。井下腐蚀的FeS、CaCO3等产物大量依附在油管壁或抽油杆上,缩小井下油管液体流动空间,严重的堵塞油管通道,抽油井甚至造成卡泵。
二、腐蚀结垢对管柱的危害
经过现场分析,油井井下管柱腐蚀结垢的危害分类有以下几方面。
1、管柱应力腐蚀疲劳
抽油杆工作时由于外加磨擦应力、交变应力与腐蚀相互作用力,使抽油杆短时间磨损断油管磨破,抽油杆断裂沿杆圆周主向发生且垂直于杆体轴线。
2、硫化物腐蚀应力开裂
抽油杆在硫化物液体中,特别是在硫化氢的环境中产生应力腐蚀断裂,无明显腐蚀痕迹,断口平整,断裂时间很短。
3、坑点腐蚀
井下管柱在CO2、盐类等腐蚀介质作用下产生点或坑状的腐蚀,且从管杆的表面向内部扩展,后使管柱失效。一般开口处直径小于点穴,也称孔腐蚀。
4、微生物腐蚀
由于硫酸盐还原菌使无机硫酸盐还原成硫化氢,使套管、油管、抽油杆发生硫化氢应力开裂与腐蚀。在氧气充分的液体中,好氧使水中硫离子氧化成硫酸,加速管柱腐蚀,引起的腐蚀表现形态往往是腐蚀瘤和蜂窝状腐蚀。
三、油井中腐蚀结垢原因分析
1、油管材质的影响
在相同情况下,油管管材不同,所受腐蚀的严重程度也会不同。油管材质中增加了铬和钼含量,铬含量的增加会增加油管表面钝化膜的稳定性;钼含量的增加,会减少Cl-的破坏作用,因而使油管的耐点蚀性能增强。
2、硫化物、硫绮交及硫化氢的影响
硫化氢在常温常压下是难溶于水的气体,油井采出液中含有的硫化氢一方面来自油田伴生气在水中的溶解,另一方面是硫酸盐还原菌分解。
硫化氢对钢材腐蚀力,不仅使金属锈蚀,硫化氢产生的氢离子极易渗透到钢的深部使钢材破裂,甚至在很低的应力下井下管柱都可能发生破坏。硫化氢的腐蚀产物是硫化铁,是一种难溶沉淀物,含有大量悬浮的硫化铁称为“黑水”。
H+、S2-等离子的腐蚀能力,致使油管、抽油杆及套管表面被腐蚀破坏,腐蚀产物及析出的垢质进入泵筒,导致抽油泵失效而检泵。
3、SRR的影响
油井产出液中一般存在着硫化物、硫酸及SRB等含硫物质成分。硫酸盐中的硫酸根离子常存在于地层水中,通常情况下,地层中SRB菌含量一般较低,但是随着产出液被提升,由于温度、压力、流速的变化,SRB菌的生长环境发生了变化。使得SRB菌繁殖,含量急剧升高。在硫酸盐还原菌(SRB)的作用下对钢铁产生腐蚀作用,并产生硫化物垢类物质(FeS)。硫化亚铁(FeS)稳定性,与其它垢污结合常附着于泵筒和管壁上,使其与管壁之间形成 适于SRB生长的封闭区,进一步加剧油管和泵筒的腐蚀,在管壁上形成严重的坑蚀或局部腐蚀。
4、CO2二氧化碳对井下管柱的腐蚀影响
CO2在石油中的溶解度 ,约为甲烷溶解度的7~9倍,溶解在油水混合液中的CO2和水反应生成碳酸,碳酸和铁反应生成不稳定的Fe(HCO3)2,并在高温下分解为FeCO3,从而表现为一种典型的局部腐蚀。
游离CO2在水中产生的弱酸性反应为CO2+H2O→H++HCO3-,由于水中H+离子的增多,就会产生氢极腐蚀。当水中同时含有O2和CO2时,由于CO2使水呈酸性,破坏氧化物所形成的保护膜,井下管柱腐蚀速度加快。