油井新型牺牲阳极防腐技术研究与应用

乐春蕾　陈声明　朱岸昌　郑春盛　王雪鹏

【摘 要】 针对孤岛采油厂中一区下馆陶7-10单元、垦西垦71断块油井存在矿化度高、腐蚀严重导致油井生产周期短的问题，开展防腐工艺现状调研，并通过室内试验和现场试验优化改进防腐工艺，研究推广应用新型牺牲阳极防腐技术，现场取得了较好的治理效果。

【关键词】 腐蚀严重 防腐工艺调研 优化改进 牺牲阳极 治理效果

1前言

孤岛采油厂腐蚀油井主要集中在中一区下馆陶7-10单元、垦西垦71断块单元。两个单元目前共开油井75口，其中开抽油机井56口，螺杆泵2口，水力喷射泵17口，平均单井日液75.1t/d，单井日油2.8t/d，综合含水97.8%，平均矿化度12880mg/l，和采油厂平均矿化度7752 mg/l相比高出5128mg/l。腐蚀区块存在的主要问题：油井检泵周期偏短，仅271天，造成作业频繁，平均单井年检泵1.1和1.2井次，检泵作业频次高，作业费用高;每次作业需更换大量的管杆，材料浪费严重;油水井管柱、泵腐蚀严重，成为制约原油生产成本的一个重要因素。如何降低腐蚀区块油井腐蚀，延长腐蚀区块油井免修期，成为摆在我们面前的课题。

2 防腐工艺现状调研

通过调研采油厂各单元矿化度数据，发现中一区下馆陶7-10单元、垦西垦71断块矿化度高的原因主要是 Cl- 、HCO3-离子含量高，其中Cl- 含量为6276 mg/l，高出采油厂平均值的1.7倍。采油厂腐蚀油井中普遍存在着化学腐蚀和电化学腐蚀，但由于Cl-离子影响，腐蚀主要以电化学腐蚀为主。

自2007年以来，孤岛采油厂主要采用了两种防腐工艺：缓蚀阻垢管和井下加固体缓蚀剂工艺。

缓蚀阻垢管就是管内填入固体缓蚀剂和阻垢剂的混合物，装缓蚀阻垢剂的管上有控制释放速度的释放孔和排气孔。固体缓蚀剂是通过在金属表面吸附成膜改变金属表面的电荷状态和界面性质，使腐蚀速度减慢、减小，达到井下管柱防腐的目的。

井下加固体缓蚀剂工艺和缓蚀阻垢管防腐机理相同，都是通过在金属表面吸附成膜改变金属表面的电荷状态和界面性质，使腐蚀速度减慢、减小，达到井下管柱防腐的目的。

这两种工艺都是通过在金属表面吸附成膜改变金属表面的电荷状态和界面性质，使腐蚀速度减慢、减小，达到井下管柱防腐的目的。但由于受含水高低、液量大小、气液比高低的影响，反应速度无法控制，且易受出砂影响，造成管柱堵塞。同时，由于Cl-半径较小，易穿透保护膜，产生局部腐蚀。随着侵蚀性Cl-离子浓度的增加，表面钝化膜稳定性下降。两种工艺共应用32口井，平均延长免修期131天，取得了一定效果，但延长免修期仍有限。

牺牲阳极保护法是最早应用的阴极保护方法。它简单易行，不需电源，不用专人管理，不干扰临近设备和装置，仅消耗少量有色金属材料，就可使抽油杆、油管获得完全的阴极保护。因此在牺牲阳极保护法的基础上，研究更适宜的新型牺牲阳极防腐保护技术，可达到延长腐蚀单元免修期，降低作业频次的目的。

3 新型牺牲阳极防腐技术

牺牲阳极保护法实际上就是形成原电池反应，让被保护金属做阴极，不反应，起到保护作用，而活泼金属反应受到腐蚀。

镁是最常用的牺牲阳极材料，其特点是开路电位高，电化当量低，阳极极化性能好，但纯镁作牺牲阳极效率低，消耗快，逐渐被淘汰，现在广泛应用的牺牲阳极防腐保护装置材料为镁、锌、铝及其合金。它是把油水混合物为介质，油管、抽油杆、套管等作为阴极，通过牺牲阳极中的活泼金属，达到对阴极的保护。牺牲阳极棒所产生的白色氧化镁、氧化铝、氧化锌，其比重轻于油水混合液的比重，能粘附在油管表面，形成牢固的白色保护层，起到良好的防腐作用，能有效解决污管柱腐蚀问题。

通过室内试验，镁、铝、锌的电流效率分别为50-55%、80-85%、锌90-95%，三种阳极材料的理论消耗量为：镁0.453克/安.时，铝0.335克/安.时，锌1.225克/安.时。根据试验结果，优选锌铝合金为阳极材料，并添加改性物质，制成新型牺牲阳极材料。

新型牺牲阳极不但拥有一般阳极保护的特点，且在阳极中加入改性物质，能使阳极在井筒内均匀溶解，使其二次反应物能迅速在井筒及管、杆表面形成保护膜，并因膜的形成起到防腐作用。如保护膜因摩擦受损，分解反应物会迅速在碳钢表面形成修复。

防腐保护装置结构：将牺牲阳极装置与油管连接下入井内，油管和牺牲阳极构成了一个宏观电池，牺牲阳极是阳极，油管是阴极，阳极通过电解质向油管提供阴极电流，消耗掉牺牲阳极材料，使油管受到阴极保护。同样道理，抽油杆上连接牺牲阳极装置，原理相同。

室内实验（挂片）：根据新型牺牲阳极防腐装置的筛选标准（GB/T 17848-1999 牺牲阳极电化学性能试验方法）和原则，采用室内静态挂片法，实验温度60℃，对GD1-4-909、GD1-9-502进行挂片试验。

通过室内实验发现，使被保护金属构件通过阳极极化进入到金属的稳定敦化区，在这个点位范围金属处于钝化状态，正常的阳极溶解过程受到阻碍，从而达到控制金属腐蚀的目的。在稳定的钝化区内，电位与金属腐蚀速率已经没有多少关系，维钝电流密度用以修补轻微部分溶解的钝化膜。

现场优化：根据阳极保护面积、最小保护电流密度等参数，对单个改性牺牲阳极防腐装置受效作用距离进行优化，保证防腐效果。

现场优化方法： 1）油管防腐装置：自泵下100m开始每100m下一个。2）抽油杆防腐装置：自活塞开始每100m下一个。

4应用效果

新型牺牲阳极防腐装置试验成功后，在孤岛采油厂中一区下馆陶7-10单元、垦西垦71断块腐蚀严重井开展现场试验。累计现场实施34井次，效果显著。实施前平均日液85.9m3/d，日油2.2t/d，平均免修期234天，实施后日液104 m3/d，日油2.6t，平均生產周期519天。延长免修期285天。

5几点认识

1、针对腐蚀严重的油井，实施新型牺牲阳极防腐装置推广应用后，延长了生产周期和泵的高效期，经济效益明显。

2、通过新型牺牲阳极防腐装置的推广应用，为防腐治理提供了技术支撑。