油田防垢技术

1、 油田腐蚀与防腐技术油田腐蚀与防腐技术 2013.52013.5前言 在油气田开发过程中，从钻采、开采、集输到油气的水处理、储运等的生产环节中，腐蚀无处不在、无时不有，生产安全、人身安全和环境保护都受到严重的影响，因此腐蚀是制约和影响油气田生产的主要因素之一。克服、防护腐蚀是现在及未来必不缺少的一部分。目 录一、腐蚀的概述二、防腐的概述三、防腐的工艺介绍四、防腐的现有技术方案五、现有技术比较一、腐蚀的概述 1.1、 定义： 腐蚀是金属材料在周围环境的作用下引起的破坏或变质现象。在盐酸液体中浸泡的垢块1.2、石油天然气行生产中的腐蚀v石油天然气开采中的腐蚀是油田开发过程中对油水井石油天然气开采中

2、的腐蚀是油田开发过程中对油水井生产和井筒影响十分严重的现象，因油水井套管腐蚀生产和井筒影响十分严重的现象，因油水井套管腐蚀穿孔造成的油水井报废、各种管线穿孔造成的油水井报废、各种管线腐蚀穿孔腐蚀穿孔、生产设生产设备因腐蚀而频繁地更换和报废、井下管杆泵等因腐蚀备因腐蚀而频繁地更换和报废、井下管杆泵等因腐蚀损坏造成作业周期缩短等损坏造成作业周期缩短等，均给油田的生产带来巨大，均给油田的生产带来巨大的经济损失。的经济损失。v石油天然气开采中的腐蚀分为：石油天然气开采中的腐蚀分为： 化学腐蚀化学腐蚀 、硫化氢腐蚀、二氧化碳腐蚀、硫化氢腐蚀、二氧化碳腐蚀、 氧气氧气腐蚀腐蚀 、大气腐蚀、大气腐蚀 1.3

3、腐蚀的分类v1、按环境分为： 干腐蚀：包括失泽、高温氧化。 湿腐蚀：包括自然环境腐蚀：大气腐蚀、土壤腐蚀、海水腐蚀、微生物腐蚀。 工业介质腐蚀：酸、碱、盐溶液中的腐蚀、工业水中的腐蚀、高温高压水中的腐蚀。v2、按腐蚀机理分为： a、化学腐蚀：金属表面与非电解质直接发生纯化学作用引起的破坏。纯化学腐蚀的现象极少，主要为金属在无水有机液体中的腐蚀，如金属在卤代烃中的腐蚀、醇中的腐蚀。 b、 电化学腐蚀：金属表面与离子导电的介质（电解质）发生电化学反应引起的破坏，任何电化学腐蚀反应至少包含有一个阳极反应和一个阴极反应。电化学腐蚀是最常见最普遍的腐蚀，金属在大气、土壤、海水和各种电解质溶液的腐蚀都属于

4、电化学腐蚀。 c、物理腐蚀：金属由于单纯物理溶解作用引起的破坏，主要是金属与熔融金属接触引起的溶解或开裂。1.3腐蚀的分类v3 3、按腐蚀形态分为：、按腐蚀形态分为： 全面腐蚀或均匀腐蚀全面腐蚀或均匀腐蚀 局部腐蚀：包括电偶腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐局部腐蚀：包括电偶腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、剥蚀、选择性腐蚀、丝状腐蚀。蚀、剥蚀、选择性腐蚀、丝状腐蚀。 应力作用下的腐蚀：包括应力腐蚀断裂、氢脆和氢致应力作用下的腐蚀：包括应力腐蚀断裂、氢脆和氢致开裂、腐蚀疲劳、磨损腐蚀、空泡腐蚀、微振腐蚀。开裂、腐蚀疲劳、磨损腐蚀、空泡腐蚀、微振腐蚀。1.4、腐蚀的危害、腐蚀的危害v腐蚀损失包括：材料消

5、耗损失、工件性能失效、引发井下事故、引发灾难性事故。二二 、防腐的概述、防腐的概述2.1定义： 防腐就是通过采取各种手段，保护容易锈蚀防腐就是通过采取各种手段，保护容易锈蚀的金属物品的，来达到延长其使用寿命的目的，通的金属物品的，来达到延长其使用寿命的目的，通常采用物理防腐，化学防腐，电化学防腐等方法。常采用物理防腐，化学防腐，电化学防腐等方法。2.2、防止腐蚀技术的分类、防止腐蚀技术的分类2.3、防止腐蚀的原理、防止腐蚀的原理v1 1、正确选用金属材料；、正确选用金属材料； 选用耐腐蚀材料选用耐腐蚀材料v2 2、改变环境成分，添加缓蚀剂；、改变环境成分，添加缓蚀剂； 缓蚀剂的原理是形成隔离膜

6、对工具或材料进行保护缓蚀剂的原理是形成隔离膜对工具或材料进行保护v3 3、采用电化学保护：、采用电化学保护： 包括外加电流阴极保护、牺牲阳极保护和阳极保护；包括外加电流阴极保护、牺牲阳极保护和阳极保护； 采用牺牲阳极的自然电位保护或强制电流阴极保护。采用牺牲阳极的自然电位保护或强制电流阴极保护。v4 4、采用保护性覆盖层或涂层、采用保护性覆盖层或涂层； 地面防腐工程中常用的方法，井下用的玻璃衬技术、涂料地面防腐工程中常用的方法，井下用的玻璃衬技术、涂料技术或镍磷电镀、镀铬等。技术或镍磷电镀、镀铬等。v5 5、改进系统或构件的设计、改进系统或构件的设计；2.4、防止腐蚀方法分析、防止腐蚀方法分析

7、v1 1、改变金属材料；、改变金属材料； 如选用不锈钢、碳纤维等材料适用于如选用不锈钢、碳纤维等材料适用于井下工具如抽油泵、封隔器和特殊设备井下工具如抽油泵、封隔器和特殊设备等专用工具，缺点是由于价格性能等原等专用工具，缺点是由于价格性能等原因无法大规模使用。因无法大规模使用。2.4、防止腐蚀方法分析、防止腐蚀方法分析v2 2、添加缓蚀剂：、添加缓蚀剂： 适用于施工过程的防腐保护，如压裂酸适用于施工过程的防腐保护，如压裂酸化施工、地面管线酸洗除垢、钻井泥浆等，具化施工、地面管线酸洗除垢、钻井泥浆等，具有较好的缓蚀防腐作用且应用广泛；缺点是使有较好的缓蚀防腐作用且应用广泛；缺点是使用量大，对腐蚀

8、环境或腐蚀介质量小的环境效用量大，对腐蚀环境或腐蚀介质量小的环境效果好，对材料和腐蚀介质的选择性强，无法防果好，对材料和腐蚀介质的选择性强，无法防止结垢和垢下腐蚀，缓蚀剂形成的覆盖膜覆盖止结垢和垢下腐蚀，缓蚀剂形成的覆盖膜覆盖不到的部位会成为阳极区加快腐蚀速度不到的部位会成为阳极区加快腐蚀速度。2.4、防止腐蚀方法分析、防止腐蚀方法分析v3、电化学保护： 广泛应用于港口船舶、埋地管道、城市供水供暖系统、储罐等各个领域，目前在海洋、地面储罐、埋地管道等方面强制电流阴极保护已成为一项成熟的防腐技术，具有经济有效抗蚀能力强的优点；缺点是不适用于化学腐蚀和物理腐蚀，牺牲阳极保护靠自然电位保护其效果没有

9、强制电流阴极保护效果好。 油田产出液中的水中含碳酸钙、镁、铁、锶等金属离子，油田产出液中的水中含碳酸钙、镁、铁、锶等金属离子，产出液的矿化度高达几万产出液的矿化度高达几万PPMPPM因此在油田开发中液体流动的各因此在油田开发中液体流动的各个环节，都存在结垢的可能性。个环节，都存在结垢的可能性。 油田结垢通常是多种无机盐和油垢的混合物，最常见的油田结垢通常是多种无机盐和油垢的混合物，最常见的垢物成分是垢物成分是CaCOCaCO3 3，占，占80%80%以上，其次为以上，其次为NaCLNaCL、CaSOCaSO4 4、BaSOBaSO4 4、FeFe2 2O O3 3、FeFe（OHOH）3 3、

10、部分有机物和及少量泥砂晶核、部分有机物和及少量泥砂晶核 垢的存在，增加了油田开发的难度，增大油田开发的成本，垢的存在，增加了油田开发的难度，增大油田开发的成本，给油田开发带来许多危害。给油田开发带来许多危害。 三、结垢的基本概述三、结垢的基本概述3.1结垢的基本概述结垢的基本概述v地层液产出过程，从地层到井筒储积、到联合站、水处理地层液产出过程，从地层到井筒储积、到联合站、水处理站，再经泵站进行水处理注到地下，有以下几个结垢环境。站，再经泵站进行水处理注到地下，有以下几个结垢环境。v1 1、井近井地段，炮眼处，沉积结垢。、井近井地段，炮眼处，沉积结垢。v2 2、井筒内壁结垢。、井筒内壁结垢。v

11、3 3、井下工具，泵、电泵等采油工具结垢。、井下工具，泵、电泵等采油工具结垢。v4 4、地面集输管线、闸门结垢。、地面集输管线、闸门结垢。v5 5、容器内结垢。、容器内结垢。v6 6、注水井地面管线结垢。、注水井地面管线结垢。v7 7、注水井井下管柱内壁结垢。、注水井井下管柱内壁结垢。v8 8、注水井地层结垢。、注水井地层结垢。3.2、油田开发中结垢的环境：、油田开发中结垢的环境： 油田水结垢大体可分为两种情况：（油田水结垢大体可分为两种情况：（1 1）温度、压力、）温度、压力、等热力学条件改变，导致水中离子平衡状态改变，结垢组分等热力学条件改变，导致水中离子平衡状态改变，结垢组分溶解度降低而

12、析出结晶沉淀。（溶解度降低而析出结晶沉淀。（2 2）离子组成不相溶的水相）离子组成不相溶的水相互混合而产生沉淀。结垢的形成可表示如下：互混合而产生沉淀。结垢的形成可表示如下：CaCa2+2+ + CO + CO3 32-2- = CaCO = CaCO3 3 Ca Ca2+2+ + SO + SO4 42-2- = CaSO = CaSO4 4 Ba Ba2+2+ + SO + SO4 42-2- = BaSO = BaSO4 4 分子结合和排列形成微晶体，然后产生粒子化过程中，大量分子结合和排列形成微晶体，然后产生粒子化过程中，大量晶体堆积，沉积成垢长大。晶体堆积，沉积成垢长大。3.5垢结晶

13、主要有以下原因：垢结晶主要有以下原因：v液体不配伍：油井施工入井液、注入水等与地层水不配伍造成结垢。v地层生产压差过大，造成地层孔隙壁上的微粒汇积，在喉管处结垢堵塞。v热力学变化：因温度、压力变化，地层液中的造成渗解CO2气体逸出，破坏渗液的相对平衡而结垢。v气驱或化学驱油：如空气驱油、二氧化碳驱油或三元复合驱油等改变了产出液体气体的成分。v离子吸咐：液体中的固体离子相互吸咐。3.5垢结晶主要有以下原因：垢结晶主要有以下原因：u电化学吸咐：电化学吸咐：井筒中油管，工具等材料、材质不同形成的金井筒中油管，工具等材料、材质不同形成的金属自然电位差，使垢离子吸咐。属自然电位差，使垢离子吸咐。 垢离子

14、堆积、沉积，液体流动过程中地层水中的垢相互垢离子堆积、沉积，液体流动过程中地层水中的垢相互碰撞吸咐，开成垢晶，越长越大，堆积并沉降在管壁流道上。碰撞吸咐，开成垢晶，越长越大，堆积并沉降在管壁流道上。u无机物胶结：无机物胶结：油垢胶压成份的胶结成垢。油垢胶压成份的胶结成垢。潜油电泵机组发热使水蒸发，井中金属离子呈过饱和状态结垢。潜油电泵机组发热使水蒸发，井中金属离子呈过饱和状态结垢。井下电泵高速旋转，液体速度高垢晶碰撞堆积。井下电泵高速旋转，液体速度高垢晶碰撞堆积。井下管柱、液体流动不光滑表面易形成垢沉积的环境。井下管柱、液体流动不光滑表面易形成垢沉积的环境。u多层开采井：多层开采井：地层液相混

15、合在井筒中，离子浓度发生变化。地层液相混合在井筒中，离子浓度发生变化。 除垢是采用酸式除垢剂清除沉积在井筒或地面管线上的垢质。除垢是采用酸式除垢剂清除沉积在井筒或地面管线上的垢质。 防垢是在垢晶形成之前采用化学防垢剂控制垢结晶、晶核长防垢是在垢晶形成之前采用化学防垢剂控制垢结晶、晶核长大和沉积，主要手段有：大和沉积，主要手段有：（1 1）防止晶核化或抑制结晶长大；）防止晶核化或抑制结晶长大；（2 2）分离晶核，控制成垢阳离子，主要是螯合二价金属离子；）分离晶核，控制成垢阳离子，主要是螯合二价金属离子；（3 3）防止沉积，保持固相颗粒在水中扩散并防止在金属表面沉）防止沉积，保持固相颗粒在水中扩散

16、并防止在金属表面沉积。积。 油田产出水结垢是一种结构致密的沉积物，一旦形成垢要油田产出水结垢是一种结构致密的沉积物，一旦形成垢要清除掉积垢需要用大量的除垢剂和施工机具，投入成本高且不清除掉积垢需要用大量的除垢剂和施工机具，投入成本高且不能根除结垢，除垢对井筒油套管和地面管线的伤害较大；而采能根除结垢，除垢对井筒油套管和地面管线的伤害较大；而采用防垢手段则相对成本较低，选择低伤害防垢剂对地层、油套用防垢手段则相对成本较低，选择低伤害防垢剂对地层、油套管和地面管线均不会产生伤害。管和地面管线均不会产生伤害。 3.4除垢和防垢工艺对比除垢和防垢工艺对比3.6、常用的坊垢技术、常用的坊垢技术v常用的除

17、垢技术：化学除垢、超声波除垢v常用的防垢技术：v1、化学防垢： 通过稀释和加入阻垢剂阻止或减缓结垢，其机理为：稀释作用、增溶作用、分散作用、静电斥力作用、晶体略变作用、去活化作用。增溶作用：利用含羟基或磺基功能团的高分子防垢剂，与CaCO3或CaSO4等无机盐中的Ca+发生络合反应，生成可溶性的络合物或鳌合物，从而起到增溶作用防垢。v2、物理法防垢： 通过物理方法阻止无机盐沉积的方法。其作用原理有：振散作用、振壁作用、电解作用、电化学效应、磁场效应、辐射作用、催化作用、转嫁作用。v物理法防垢的方法有：晶种技术：用一个晶种在液体中作为结垢体，组织其他部位结垢。v超声波防垢：利用超声波的振动作用和

18、空化作用防垢。产品有：超声波除垢器、超声波解堵技术、声波防垢器、声磁耦合防垢器v3、工艺法防垢：比如油田水的处理、工艺方法的改变四、现有防腐技术方案四、现有防腐技术方案1 1、阴极保护器、阴极保护器2 2、抽油杆防多功能腐防磨器、抽油杆防多功能腐防磨器3 3、微量滴加装置系列、微量滴加装置系列 4 4、油水井强制电流防腐站、油水井强制电流防腐站 5 5、防垢系列、防垢系列产品型号：产品型号： BFRBFR系列系列产品性能：产品性能：分离晶核，抑制晶核长大，防止分离晶核，抑制晶核长大，防止沉积沉积 阳 市 轩 辕 石 油 机 械 配 件 有 限 公 司 固体防垢器安装管柱固体防垢器安装管柱 示意

19、图示意图 O 抽油泵抽油泵 尾管尾管 固体防垢器固体防垢器 沉砂尾管沉砂尾管 丝堵丝堵 人工井底人工井底 现场实例现场实例型号：HDA尾 管 接 口抽 油 泵 、 电 泵 接 口化 学 固 体 防 垢 剂化 学 固 体 防 垢 剂化 学 固 体 防 垢 剂电 化 学 防 垢 器电 化 学 防 垢 器强 磁 防 垢 器强 磁 防 垢 器HDA磁化高效防垢器包含三项技术H-含羟基或磺基功能团的高分子化学高效防垢剂含羟基或磺基功能团的高分子化学高效防垢剂D-钕铁硼永磁材料高能磁防垢技术钕铁硼永磁材料高能磁防垢技术A-铝基合金牺牲阳极电化学防垢技术铝基合金牺牲阳极电化学防垢技术磁防垢机理磁防垢机理能量

20、转换和传递：通过磁场作用影响流体的结晶动力学，使流体中的垢离子能级改变，电导率变化使井液不易沉积结垢。感应磁场机理：流体介质在强磁场作用下形成极性分子，分子相互排斥产生扭曲、变形、反转和震动使垢晶不易沉积。HDA磁化高效防垢器的技术参数磁化高效防垢器的技术参数耐温等级： 60 、80、 110 。最大外径： 107mm、102mm防垢率： 95%磁场强度 10000-15000 高斯流速： 1m/s有效发生电量：1.1 A.h/g电流效率：65% 适用套管： 51/2 （其他规格根据用户要求定制）单套配备： 两节 8m推荐适用排量范围：5-20m3/d三、化学防垢机理三、化学防垢机理增溶作用：

21、羟基或磺基功能团与垢离子发生络合反应，起到增溶作用防垢。分散作用：聚羧酸聚离子，垢离子产生物理或化学吸附，使垢离子吸附在聚离子悬浮于流体中。静电斥力作用：高分子阻垢剂具有较强的电荷密度，产生离子斥力，阻止无机盐微粒相互接触。晶体畸变作用：阻碍和干扰垢的正常生长，打乱晶体正常排列，使垢晶发生畸变不能结成硬垢。油水井在线加注装置油水井在线加注装置型号：型号：YJDJ-、YJDJ-v油水井在线微量加注油水井在线微量加注v井筒多元防护技术井筒多元防护技术v连续防垢、防蜡、防腐、防盐专用设备连续防垢、防蜡、防腐、防盐专用设备 油田开发采油过程中需要对油井井筒加入清蜡剂、缓蚀剂、防垢剂等工作液，常用的方法是周期性投加工作液，这种方法存在投加量大、效果不连续等问题，油井产油是连续生产因此工作液的投加也要采用连续的方法才能确保加药效果的有效，油水井在线加注装置提供了一套与油井工作状况相适应的工作液投加方案，对油井采油的清蜡剂、缓蚀剂、防垢剂等工液提供一种省料有效的手段。v