井筒腐蚀分析及对策幻灯片

技术座谈会油井井筒腐蚀分析及下步对策技术管理科提纲一、井筒腐蚀状况二、腐蚀机理分析三、腐蚀类型分析四、防腐工艺评价五、井筒防腐对策一、井筒腐蚀状况1、检泵跟踪腐蚀情况时间检泵井数(井次)发现腐蚀井数占检泵井比例(%)腐蚀井免修期(d)液(t)油(t)含水(%)20063073712.136425.81.793.520072873010.5368241.991.92008.1-112586424.8382252.490.5发现腐蚀井次变化项目一区二区三区四区五区六区合计维护井次464255553624258腐蚀井次11517169664比例(%)23.9111.9030.9129.0925.0025.0024.81一、井筒腐蚀状况1、检泵跟踪腐蚀情况主要腐蚀部位与深度深度(m)0-500m500-1000m1000m以下小计井次3105164比例(%)4.6915.6279.69100一、井筒腐蚀状况2、回收杆管泵腐蚀情况整体探饬报废情况分类总探饬数偏磨腐蚀其它小计根数比例根数比例根数比例根数比例油管8560763277.398821.030072098.42抽油杆3953830627.741622741.04590914.952519863.73小计12514593897.51710913.6759094.723240725.9一、井筒腐蚀状况3、腐蚀速率监测情况分类均匀腐蚀速率mm/a点蚀速率mm/a轻度腐蚀<0.025<0.127中度腐蚀0.025-0.1250.127-0.201严重腐蚀0.126-0.2540.202-0.381极严重腐蚀>0.254>0.381井筒腐蚀速率位置深度腐蚀速率内环外环上部6000.0260.014中部12000.08820.0165下部18130.12070.0189平均0.07830.0165一、井筒腐蚀状况3、腐蚀速率监测情况管线内腐蚀速率监测一、井筒腐蚀状况4、套管腐蚀分析关于套管腐蚀没有具体数据，但根据目前发现的油管腐蚀状况，可以预测目前油井套管腐蚀也相应严重。根据三年科技攻单井取套资料，油井套管主要发生在动液面以下位置，尤其是射孔段，造成套损。二、井筒腐蚀机理1、腐蚀环境与机理去极化剂：阴极去极化剂主要包括H+、O2以及氧化性高价离子（如Fe3+）三类，胡庆油田高价离子、氧气含量很少，主要去极化剂为氢离子，主要来源于CO2溶解。阴阳极：井下杆管泵材质存在差异，同类材质微晶结构存在差异，腐蚀电位不同，腐蚀电位较正的成为阴极，而较负的成为阳极（腐蚀）。水型CaCl2PH值5.5-6.0总矿化度12-22×104mg/LS-20.05-0.25mg/LCl-7-10×104mg/L气体中CO20.733%左右，最高1.15%HCO3-含量150-320mg/L液体中CO280-150mg/l产出液腐蚀机理CO2+H2OH2CO3HCO3-+H+→←→←阳极：Fe→Fe2++2e阴极：2H++2e→H2腐蚀产物：FeCO3（白色）FeS（黑色）二、井筒腐蚀机理2、腐蚀影响因素矿化度的影响二、井筒腐蚀机理2、腐蚀影响因素氯离子含量的影响PH值影响介质中的Cl-离子会促进碳钢、不锈钢等金属或合金的局部腐蚀，在阳极区导致一般坑蚀的蔓延；由于Cl-半径较小，易穿透保护膜，使腐蚀加剧，产生局部腐蚀。随着Cl-浓度增加，点蚀电位负移，意味着随着侵蚀性离子浓度的增加，钢铁表面钝化膜稳定性下降。二、井筒腐蚀机理2、腐蚀影响因素温度值的影响(1)＜60℃，腐蚀产物膜FeCO3软而无附着力，金属表面光滑，均匀腐蚀；(2)100℃附近，高腐蚀速率和严重的局部腐蚀(深孔)，腐蚀产物层厚而松；(3)150℃以上，形成细致、紧密、附着力强的FeCO3和Fe3O4膜，腐蚀速率降低。

胡庆油田地层温度80-120℃，平均油层深度1700-2900m，抽油井中下部正处于易发生局部腐蚀的温度范围。三、井筒腐蚀类型1、全面腐蚀全面腐蚀多发生于去极化剂含量较高的情况，如金属在浓酸中的腐蚀，金属在高含氧溶液中的腐蚀。个人分析认为，均匀腐蚀也是从局部腐蚀开始，而均匀腐蚀或全面腐蚀是由于去极化剂较多，表观上为全面腐蚀。全面腐蚀在我厂油井井筒中出现形式不多，主要以局部腐蚀或坑蚀为主。三、井筒腐蚀类型2、局部腐蚀金属在腐蚀环境中受循环应力时，在给定应力下引起损坏所需要的循环次数降低，即由于腐蚀加速的疲劳。主要机理是交变应力作用使表面膜破裂。这种腐蚀形式由于其表面没有明显腐蚀，从表观上无法区别，因此难以判断，目前这种情况未列入腐蚀躺井范围。腐蚀疲劳影响因素①应力:越大易变形破坏缓蚀剂吸附膜或自钝化保护膜，形成裂纹尖端阳极腐蚀区。②CL-离子：产出液中CL-离子直径较小易进入吸附膜破坏防护连续性。③CO2含量：含量越高，则腐蚀性越强。防护措施①控制应力：在CL-含量高、PH值低或多次出现杆断井上，适当增大安全系数。②防腐措施：采取加缓蚀剂或防腐杆配套。三、井筒腐蚀类型在金属表面的局部地区，出现向深处扩散的腐蚀小孔或坑，而其余地区不腐蚀或腐蚀轻微。微电池形成初期主要是由于材质不均匀或表面保护膜被破坏（磨损、CL-），小孔初期仅几个微米，但由于具有深挖能力，逐步扩大或加深，机理为蚀孔内金属表面处于活态，电位较负，形成大阴极小阳极面比结构。孔内易发生氯化物水解，溶液酸性增加，加快阳极溶解。坑蚀(孔蚀)HCl钝化膜阴极Cl－Fe2+Fe2+FeCl2Cl－Cl－Fe2+Cl－

Fe2+Fe2+eeee蚀坑内浓缩的酸性溶液阳极（活化区）三、井筒腐蚀类型坑蚀(孔蚀)杆本体腐蚀:Q25-11井工作制度38*4.8*4.5*2100m，12.4/5.6/55%,2008年9月作业发现第227根∮19mm本体下部腐蚀断，免修期375天。腐蚀主要原因分析为C02腐蚀。本体腐蚀08年检泵作业发现15井次,占总腐蚀井次的23.4%.管腐蚀:C7-32井工作制度57*4.8*4.5*1501,产状62.2/1.9/77/顶封,作业发现泵上第3-4根两根管接箍中间腐蚀成1厘米的圆洞，泵上130根以下抽油杆腐蚀、偏磨严重（重点为腐蚀）.管腐蚀08年发现7井次,占总井次10.94%C7-120井正常产状17.4/0.5/97/1440,8.31日作业发现泵上30根杆偏磨，免修期301天,泵下尾管有两根本体腐蚀有2个3厘米的圆洞。三、井筒腐蚀类型坑蚀(孔蚀)柱塞:5-62井工作制度57*4.8*5.5*1500m,产状:30.2/1.6/96%,2008年10月检泵作业发现活塞下凡尔罩与本体处刺出约5*5Cm坑洞（修复泵）,免修期51天,分析产生原因为修复柱塞有内饬,产生局部腐蚀与冲蚀相互作用导致短期内作业。08年发现柱塞腐蚀14井次.影响因素①CL-：产出液中CL-离子因其直径较小易进入吸附膜破坏防护连续性。②材质：材质不均匀易产生孔蚀，尤其是砂眼等结构性缺陷。③CO2含量：含量越高，则腐蚀性越强。防护措施①合理选材：耐孔蚀的钢材有铁素体、奥氏体、铁素体-奥氏体双相。②防腐措施：采取加缓蚀剂、防腐杆配套、阴极保护可有效抑制孔蚀三、井筒腐蚀类型电偶腐蚀两种不同金属或材质有差异材料在同一介质中相接触，腐蚀电位差异大，产生腐蚀。目前井筒内杆管泵及工具同属一种金属，但是由于金属材质上存在较大差异，因此接触时同样形成电偶腐蚀。抽油杆节箍腐蚀:C7-24井本体基本没有腐蚀而节箍腐蚀严重，分析一是节箍材质差形成阳极腐蚀区，小阳极大阴极电池;另一种因素是节箍易偏磨.检泵作业发现14井次.H7-C9：工作制度50*4.8*5*1550m，产状35.1/3.6/90%/960m，免修期142天，10月29日起出发现第180根φ22mm加重杆接箍腐蚀脱扣（2008.6月下入的新杆），加重杆腐蚀严重。三、井筒腐蚀类型电偶腐蚀压帽:7-289井：Φ38*3*5*2199，产状：20/1.6/92/顶封，免修期326天，发现加重杆及部分19mm抽油杆本体有偏磨腐蚀现象，拉杆备帽松后丝扣腐蚀退扣，分析压帽腐蚀主要是因为压帽材质差，形成电偶腐蚀。此类腐蚀发现9井次.（1）影响因素：同一金属材质差异越大（电位）则电偶腐蚀越严重。（2）防护措施：结构上切忌形成大阴极小阳极面积比；工具设计上尽量避免异种金属接触，不可避免时选材上尽量保持材质相近或选电偶序中位置接近的金属；表面处理增大电阻也可减轻电偶腐蚀。三、井筒腐蚀类型直接腐蚀:硫酸盐还原菌（SRB）是油田主要腐蚀性微生物，其腐蚀机理是还原硫酸根离子还原为硫化物如H2S，H2S是可作为去极化剂，产生硫化亚铁，应力开裂（SSC）:SSC是指在含H2S酸性油气系统中，由H2S腐蚀阴极反应析出的氢原子，在硫化物（H2S、S2-或HS-）的催化作用下难以结合成氢分子，吸附在金属表面向内扩散，进入金属的氢原子在拉伸应力作用下导致高强度钢、高内应力钢及硬焊缝的氢应力开裂。细菌腐蚀SO42-→S2－+4[O]8H＋4[O]→

4H20

4Fe+SO42—+4H20----->3Fe(OH)2+FeS↓+20H-三、井筒腐蚀类型细菌腐蚀5-17井工作制度70*4.5*4.5*1249m,产状60.8/3/95%,2008年9月管漏作业,免修期165天,发现抽油杆腐蚀较严重,抽油杆表面发黑,分析腐蚀为CO2与H2S共同作用发生腐蚀,表面黑色物质可能为FeS。分析H2S产生原因，极有可能为井筒内硫酸盐还原菌作用。影响因素①CL-：产出液中CL-离子因其直径较小易进入吸附膜破坏防护连续性。②SRB：井筒内硫酸盐还原菌数量越多，产生H2S腐蚀的可能性越大。③CO2含量：含量越高，则腐蚀性越强。防护措施SRB最适宜生长的温度是28-30度，井深不大的井因井温低，有可能更易生长，若发现此类腐蚀，应考虑增强缓蚀剂的杀菌性能。同时提高表面光滑度有助于减少腐蚀.三、井筒腐蚀类型缝隙腐蚀井筒中主要发生在丝扣部位四、防腐工艺评价缓蚀剂种类1、缓蚀剂防腐工艺缓蚀剂按保护膜类型，分为氧化膜型、吸附膜型和沉淀膜型三种，目前应用的缓蚀剂主要类型多为咪唑啉或有机胺类缓蚀剂，其防腐机理为在金属表面形成吸附膜。缓蚀剂投加要求加药周期不宜过长，考虑井筒内吸附膜延续性，加药周期在5-10天；加药浓度方面，根据监测，日常控制在30mg/l可满足缓蚀要求，预膜处理浓度应达到日常浓度的3-5倍，浓度在90-150mg/l。目前由于缓蚀剂量限制，目前投加多为10-15天/次，每次50-150kg，因此在保护效果上难以充分发挥作用。四、防腐工艺评价井号日产液沉没度方案监测内容第一天下午第二天上午第二天下午第三天下午7-452410025kg缓蚀剂+75kg水浓度变化332303.6<0.09腐蚀速率0.0090.0120.055缓蚀剂50kg浓度变化557455.7<0.11腐蚀速率0.0070.0110加100kg浓度变化271212.3<0.09腐蚀速率0.0110.0210.08投加50kg浓度变化419303.4<0.11腐蚀速率0.0090.0130加100kg浓度变化290303.1<0.09腐蚀速率0.0120.0160.078投加50kg浓度变化28328.62.7<0.11腐蚀速率0.0080.0150.0767-C24110350投加100kg浓度变化66700腐蚀速率0.0140.0640.095投加50kg浓度变化666.400腐蚀速率0.030.0640.094四、防腐工艺评价井号投加时停加后对比4月5月6月7月19-360.931.060.7622.6521.8919-390.41.20.768.147.38C19-21.20.670.440.720.2819-230.360.931.486.184.719-370.81.31.6320.9419.31平均0.7381.0321.01411.72610.712评价一：H19块停加药剂跟踪四、防腐工艺评价19-36含铁变化曲线01.60.82.41.600.81.60.800.6320.80.837.614.41.62.465.61448.032.01.61.60.800.01.601530456012345678910111213141516171819202122232425262728四口井平均四、防腐工艺评价评价二：38#腐蚀状况跟踪四、防腐工艺评价评价三：投加缓蚀剂后含铁变化井号液油含水沉没度投加前投加后QC6-390.792220102220251652020102816Q11-2140.5961124046404017505040504050Q25-724.33.386310162018221010510201015QC6-14.51.66430162719252052520201120平均12.951.5388.216820.528.824.32815.817.52522.52522.2525.25四、防腐工艺评价2、防腐工具缓蚀阻垢器：有机膦酸盐在金属表面形成的保护膜起到缓蚀作用，同时对水中碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙等均有良好的螯合分散和晶格歧变作用。按照合理配比原则充分发挥其协同效应，具有缓蚀率高、耐高温、阻垢力强、不易分解等特点。固体防腐器：固体防腐器由贮药短节和镁合金牺牲阳极短节两部分组成，通过油井正常生产过程中缓慢溶解释放药剂和镁合金阳极条对油管柱形成牺牲阳极保护阴极保护器:利用电化学阴极保护的牺牲阳极原理，用锌、铝、镁、铬合金作为牺牲阳极，油管和牺牲阳极构成新的宏观电池，这一负的电极是新电池的阳极，而油管则成为阴极，从阳极体上通过电解质向油管提供一个阴极电流，使油管进行阴极极化，实现阴极保护，随着电流的不断流动，牺牲阳极材料不断消耗掉。四、防腐工艺评价2、防腐工具固体防腐工具103口井（XYF固体防腐器65口，HL-1固体防腐器2口，FHD-1缓蚀阻垢器36口），此类工具有一定缓蚀效果，且在井筒内能连续性起到防护作用，但有效期有一定限制，根据各管理区分析，有效期在200-300天左右，失效后还需采取投加缓蚀剂的措施。阴极保护器41口，此类工具见效快，使用用含铁下降，但存在两个问题，一是只能保护油管，对油管内部保护效果较差；二是有效期短，有效期在200天以下。四、防腐工艺评价5-17井:2008年3月完下入固体防腐器3根，含铁值持续降低，说明井下固体防腐器在该井使用后效果显著。该井2008年8月27日作业，免修期167天，对井下管杆进行跟踪描述，发现管杆没有明显的腐蚀现象，井下固体防腐器3根已经消耗了2/3的药剂，针对此问题对井下固体防腐器进行了重新更换，总铁值一直保持在很低的水平。固防工具效果井例四、防腐工艺评价固防工具效果井例井号下入固体防腐器与挂环时间正常产状下入监测环深度腐蚀速度（mm/年）内环外环7-17405.2.25-06.3.3（371d）33.5/2.7/92%4420.00060.00439200.00850.001814740.00370.0018Q6-704.12.28-05.11.1（305d）7.2/0.8/89%8000.05310.003115000.02260.004322000.0620.0035四、防腐工艺评价固防工具效果井例Q11-1井2007.12.11下入固体防腐器三节。生产期间一直连续监测该井总铁变化,2008年1-9月份该井总铁保持在21-29mg/l,10月份总铁变化上升至60-70mg/l，判断固体防腐器失效，立即改加液体缓蚀剂，25公斤/次、周期15天。11月份监测总铁值为28-35mg/l.四、防腐工艺评价阴极保护工具效果井例一区2008年配套井下阴极保护短节3口井(X5-58、5-95、5-193)。日常平均总铁值平均下降29.93mg/l。X5-58井从1月份下入使用至今，总铁值由下入前的45.4mg/l降至到目前的27.1mg/l,保持了较好的效果；5-95井从5月份下入，总铁值由下入前的32.5mg/l降至目前的13.8mg/l，5-193井从3月份下入，总铁值由下入前的61.6mg/l降至目前的8.8mg/l。五、井筒防腐对策完善腐蚀分类标准

（一）管理对策分类均匀腐蚀速率mm/a点蚀速率mm/a轻度腐蚀<0.025<0.127中度腐蚀0.025-0.1250.127-0.201严重腐蚀0.126-0.2540.202-0.381极严重腐蚀>0.254>0.381分类含铁值mg/lPH值含水%备注弱腐蚀或0-10或<7或>50三者占一中腐蚀0-10<7>50强腐蚀>10<7>50特强腐蚀>30<6>80五、井筒防腐对策完善腐蚀分类标准

（一）管理对策分类日产总铁Kg/d轻度腐蚀＜0.1中度腐蚀0.1-0.4严重腐蚀0.4-0.8极严重腐蚀>0.8日产总铁=化验含铁浓度×日产液量×含水优点：仅一项评判指标；与标准腐蚀分类对应；综合考虑了PH值、含水、日产液量、含铁值影响因素难点：指标划分段需与全厂腐蚀状况相符五、井筒防腐对策完善腐蚀分类标准

（一）管理对策下步重点准确化验含铁：基本要求计算日产总铁：弄清目前状况完善制定指标：根据日产铁跟踪或追溯腐蚀状况自动计算指标：实现自动生成日产总铁曲线作为指导依据：作为实施防腐措施的一项依据五、井筒防腐对策完善腐蚀分类标准

一区初步探索分类井数发现腐蚀井比例(%)轻度腐蚀20210.0中度腐蚀29517.2严重腐蚀18422.2极严重腐蚀291344.8

962425.0统计一区96口井,平均日产总铁0.68Kg,按新探索标准划分◆日产总铁基本能发映井筒腐蚀状况(根据发现腐蚀井)◆含铁与腐蚀存在必然性,但与发现腐蚀没有必然性◆极严重腐蚀必须采取防腐措施,严重井根据成本投入适当考虑,中度及以下将重点跟踪是否为因材质或设计造成的腐蚀并采取相应措施.五、井筒防腐对策规范含铁曲线应用

（一）管理对策（1）提高化验的准确性：目前各管理区的化验仪器均进行了完善配套，要提高资料的准确性。一是化验设备维护到位；二是化验操作规范性。（2）合理确定化验周期：满足跟踪与分析需求前提下减少化验工作量，在管理上不做严格要求，但必须满足工作需要，以下可作为参考。（3）实现曲线在线生成:为降低管理难度与基层管理工作量，将含铁数据输入生产日报，并实现在线自动生成功能。序号周期适应井13投加缓蚀剂井；作业发现腐蚀的井探索周期26井下工具配套井315其它有明水井的井五、井筒防腐对策工艺适应性评价

（一）管理对策缓蚀剂评价①评价缓蚀剂适应性:目前三个主要厂家的缓蚀剂主要配方有效成份基本相近，通过评价其有效性、防护针对性，提出改进性建议或更换厂家。②评价不同厂家缓蚀剂效果:在具体投加过程中，将不同厂家产品进行划区投加，通过管理区整体缓蚀剂防腐效果（实施井腐蚀程度、腐蚀躺井情况、因腐蚀造成的杆管更换情况），反映不同厂家的缓蚀效果。③计量站缓蚀剂有效性评价:对38＃站所属油井试验,试验周期2008.11-2009.7共9个月，试验共分为缓蚀剂投加量不足阶段、完全不加缓蚀剂阶段、足量投加阶段及延续监测阶段四个阶段，录取相应的油井含铁资料及地面挂片监测腐蚀速率，对缓蚀剂的整体防护效果进行评价与分析。五、井筒防腐对策工艺适应性评价

（一）管理对策工具评价

①含铁与作业腐蚀评价：对应用的各类工具进一步评价其有效期，并分类分析有效期与含水、液量关系，做到工具配套与井筒特点、工具特点相互结合。②井筒腐蚀速率评价：2009年为评价防腐措施的缓蚀效果，增加井筒监测点，同时对井筒腐蚀状况进行监测。五、井筒防腐对策入井材料质量管理

（一）管理对策（1）小配件质量管理：诸如压帽、抽油杆节箍、凡尔罩等的配套上，必须严格控制选材，优选抗腐蚀材质的产品，避免因材质差异大造成的电偶腐蚀。（2）井下工具质量控制：重点加强对失效后导致躺井的工具的材质的管理，如阴极保护器内管、二级抽汲器等，在入井前对强度指标、材质防腐全面评价分析。（3）杆管质量的管理：一是对目前抽油杆的主要成份及处理工艺进行深入了解分析；二是通过材质分选仪，将D级杆分选出来，集中使用并逐步淘汰；三是修复产品质量管理。五、井筒防腐对策入井材料质量管理

（一）管理对策◆抽油杆表面防腐：用高压气体动力使防腐剂充分雾化，直接喷在表面，采用干燥空气进行圆周吹扫，提高防腐效果，减少防腐剂用量。◆库存油管内壁防腐：应用特殊油管内壁防腐处理装置◆完善油管除垢工艺：避免垢卡、垢下腐蚀提高检测能力◆油管、抽油杆探伤检测灵敏度低◆抽油泵泵筒、柱塞检测难度大避免带病入井完善处理工艺提高防腐性能五、井筒防腐对策缓蚀剂投加

（二）工艺对策共有特强腐蚀井166口，强腐蚀井210口，按照特强腐蚀井必须加药，强腐蚀井随区块整体安排加药，每月应安排180口井加药，平均每口井每月按投加缓蚀剂120Kg算，每月需21.6t，月费用10.8万元，全年费用129.6万元。1、投加井数与费用预测在投加方式上，完善配套点滴加药工艺，