延长油田油井管柱腐蚀原因分析及防腐措施研究*

庞 静，郭振华，李 鑫，于昕东

（延长油田股份有限公司 七里村采油厂，陕西 延安 717111）

在各大油田生产开发的中后期阶段，油井的采出液含水率一般都会出现快速升高的现象，这就会导致采出液的腐蚀性增强，油井管柱长期与此类采出液接触，不可避免的会产生一定的腐蚀现象[1-4]。随着腐蚀环境的逐渐恶化，油井管柱会出现腐蚀穿孔，甚至断裂的情况，这不仅严重影响油井的生产效率，而且缩短了油井的检修周期，增大了安全隐患，大大增加了油田的整体生产成本[5-9]。因此，针对此类油田油井管柱的腐蚀原因进行分析，找出影响管柱腐蚀的主要因素，有针对性的提出相应的防腐蚀措施建议，具有十分重要的现实意义。

延长油田某采油厂经过长期的注水开发后，目前，已经进入中高含水期开发阶段，部分油井含水率高达80%以上，并且井筒采出液中含有一定量的CO2等酸性气体，对井下管柱、套管、抽油杆、抽油泵以及其他井下工具都具有较强的腐蚀性，由此而引起的油井管柱腐蚀问题逐渐增大[10-15]。近年来，该采油厂部分油井检修周期逐渐缩短，每年由于腐蚀问题而导致的套管穿孔、油管漏失、泵漏失以及活塞断裂等问题频繁发生，这不仅严重制约了油井的正常生产开发，还带来了严重的安全隐患，造成了巨大的经济损失，严重影响延长油田的安全高效生产。因此，急需针对延长油田油井管柱腐蚀问题开展相关研究，提出有效的防腐蚀措施建议。本文以延长油田某采油厂油井管柱为研究对象，室内采用挂片失重法实验对油井管柱腐蚀的影响因素进行了评价，并优选出了合适的缓蚀剂，为提高延长油田油井的生产效率提供一定的技术支持。

1 延长油田油井管柱腐蚀原因分析

通过对延长油田现场油井管柱腐蚀情况调研分析，并结合相关室内实验结果，认为延长油田油井管柱腐蚀主要受采出液含水率、矿化度、pH值、CO2含量、温度以及流速等因素的影响。因此，室内采用静态挂片失重法实验评价了以上因素对延长油田油井管柱钢材腐蚀速率的影响，腐蚀介质采用延长油田现场采出液，实验用钢片采用现场油管加工而成，钢材材质为N80。

1.1 采出液含水率的影响

首先，评价了采出液含水率对延长油田油井管柱钢材腐蚀速率的影响，固定其他实验条件：采出液矿化度均为25000mg·L-1、pH值均为6、CO2分压均为0.5MPa、温度均为50℃、流速均为0.5m·s-1。实验结果见图1。

图1 采出液含水率对腐蚀速率的影响Fig.1 Effect of water content of produced fluid on corrosion rate

由图1可知，随着采出液中含水率的不断增大，延长油田油井管柱钢材的腐蚀速率呈现出逐渐增大的趋势，当采出液含水率增大至90%时，腐蚀速率可以达到0.872mm·a-1。这是由于采出液中含水率越高，腐蚀实验过程中钢片金属表面与水相接触的面积越大，从而增大了钢材的腐蚀速率。

1.2 采出液矿化度的影响

评价了采出液矿化度对延长油田油井管柱钢材腐蚀速率的影响，固定其他实验条件：采出液含水率均为80%、pH值均为6、CO2分压均为0.5MPa、温度均为50℃、流速均为0.5m·s-1。实验结果见图2。

图2 采出液矿化度对腐蚀速率的影响Fig.2 Effect of salinity of produced fluid on corrosion rate

由图2可知，随着采出液矿化度的逐渐升高，延长油田油井管柱钢材的腐蚀速率逐渐增大，当采出液矿化度升高至40000mg·L-1时，腐蚀速率可以达到0.719mm·a-1。这是由于采出液中矿化度越高，其带电离子的浓度就越高，使溶液的导电性能增强，从而可以使腐蚀电极反应的进程加快，导致腐蚀速率增大。

1.3 采出液pH值的影响

评价了采出液pH值对延长油田油井管柱钢材腐蚀速率的影响，固定其他实验条件：采出液含水率均为80%、矿化度均为25000mg·L-1、CO2分压均为0.5MPa、温度均为50℃、流速均为0.5m·s-1。实验结果见图3。

图3 采出液pH值对腐蚀速率的影响Fig.3 Effect of pH value of produced fluid on corrosion rate

由图3可知，随着采出液pH值的逐渐升高，延长油田油井管柱钢材的腐蚀速率呈现出逐渐降低的趋势，当采出液pH值升高至10时，腐蚀速率可以降低至0.319mm·a-1，与采出液pH值为3时的腐蚀速率相比，降低幅度较大。这是由于pH值的增大一般会使溶液中的H+含量减少，从而降低H+去极化的电化学反应速率，进而使金属表面的腐蚀速率降低。

1.4 采出液中CO2含量的影响

评价了采出液CO2含量对延长油田油井管柱钢材腐蚀速率的影响，固定其他实验条件：采出液含水率均为80%、矿化度均为25000mg·L-1、pH值均为6、温度均为50℃、流速均为0.5m·s-1。实验结果见图4。

图4 采出液中CO2含量对腐蚀速率的影响Fig.4 Effect of CO2 content in produced fluid on corrosion rate

由图4可知，随着采出液中CO2含量的逐渐升高，延长油田油井管柱钢材的腐蚀速率逐渐增大，当采出液中CO2含量达到1MPa时，腐蚀速率可以增大至1.542mm·a-1，与不含CO2时相比显著增大。这是由于采出液中CO2含量越高，游离的CO2会与水分子形成H2CO3，降低了采出液pH值的同时，还会在金属钢材表面形成腐蚀电池反应，从而增大了腐蚀反应的速率。

1.5 温度的影响

评价了实验温度对延长油田油井管柱钢材腐蚀速率的影响，固定其他实验条件：采出液含水率均为80%、矿化度均为25000mg·L-1、pH值均为6、CO2分压均为0.5MPa、流速均为0.5m·s-1。实验结果见图5。

由图5可知，随着实验温度的不断升高，延长油田油井管柱钢材的腐蚀速率呈现出逐渐增大的趋势，当温度升高至70℃时，腐蚀速率可以增大至1.154mm·a-1。这是由于当腐蚀实验的温度逐渐增大时，采出液中的水相对金属钢材表面的电极化腐蚀速率逐渐加快，并且温度越高，采出液中氧的扩散速率就越快，从而使腐蚀反应的速率增大。

图5 实验温度对腐蚀速率的影响Fig.5 Effect of experimental temperature on corrosion rate

1.6 流速的影响

评价了实验流速对延长油田油井管柱钢材腐蚀速率的影响，固定其他实验条件：采出液含水率均为80%、矿化度均为25000mg·L-1、pH值均为6、CO2分压均为0.5MPa、温度均为50℃。实验结果见图6。

图6 实验流速对腐蚀速率的影响Fig.6 Effect of experimental flow rate on corrosion rate

由图6可知，随着实验流速的不断增大，延长油田油井管柱钢材的腐蚀速率逐渐增大，当实验流速达到1m·s-1时，腐蚀速率可以达到0.872mm·a-1，与流速为0m·s-1时相比显著增大。这是由于实验流速越大，金属钢材表面越不易形成紧密的腐蚀产物膜，从而使金属表面一直暴露在腐蚀介质中，导致腐蚀速率逐渐增大。

综合上述实验结果可以看出，随着采出液含水率、矿化度、CO2含量、实验温度和流速的逐渐升高，延长油田油井管柱钢材的腐蚀速率均逐渐增大，而随着采出液pH值的逐渐升高，延长油田油井管柱钢材的腐蚀速率逐渐降低。

2 防腐措施研究

通过上述实验结果，并结合延长油田现场实际情况，拟采用在油井管柱中添加缓蚀剂的措施来降低腐蚀速率，从而延长油井管柱的使用寿命。根据项目组前期研究结果，咪唑啉类缓蚀剂在延长油田油井管柱防腐中的效果较好，并且具有良好的适应性，咪唑啉类缓蚀剂还具有较低的生物毒性，能够满足当前的环保要求。

因此，室内采取挂片失重实验法对几种咪唑啉类缓蚀剂的性能进行了评价，评价方法参照石油天然气行业标准SY/T 5273-2014《油田采出水处理用缓蚀剂性能指标及评价方法》中的相关规定进行，以缓蚀率评价缓蚀剂的性能，实验用钢片使用延长油田油井管柱加工而成，实验温度选择为50℃，实验时间为7d，实验结果见图7。

图7 不同类型缓蚀剂的缓蚀效率Fig.7 Inhibition efficiency of different types of inhibitors

由图7可知，随着缓蚀剂加量的不断增大，3种不同类型的缓蚀剂对延长油田油井管柱钢材的缓蚀效率均呈现出逐渐增大的趋势，其中缓蚀剂ND-F的缓蚀效率最高，当其加量为900mg·L-1时，缓蚀效率即可以达到95%以上，继续增大缓蚀剂的加量，缓蚀效率基本不再增大，因此，综合考虑经济因素等，推荐缓蚀剂ND-F的最佳使用量为900mg·L-1。缓蚀剂ND-F的加入能够有效降低延长油田油井管柱的腐蚀速率，延长其使用寿命，为提高油井的生产效率提供良好的保障。

3 结论

（1）延长油田油井管柱腐蚀主要受采出液含水率、矿化度、pH值、CO2含量、温度以及流速等因素的影响，随着采出液含水率、矿化度、CO2含量、实验温度和流速的逐渐升高，腐蚀速率均逐渐增大，而随着采出液pH值的逐渐升高，腐蚀速率则逐渐降低。

（2）咪唑啉类缓蚀剂ND-F能够对延长油田油井管柱钢材起到良好的防腐蚀效果，当其加量为900mg·L-1时，缓蚀效率可以达到95%以上，可以有效降低油井管柱的腐蚀速率，延长其使用寿命，为综合提高延长油田油井的生产效率提供保障。