油田腐蚀结垢

濮阳市轩辕石油机械配件有限公司油田腐蚀结垢分析油田防腐防垢2012年4月1一、腐蚀和油田腐蚀腐蚀分析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。1、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。2、按腐蚀机理分为：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。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电化学腐蚀。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。3、按腐蚀形态分为：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、氢脆和氢致开裂、腐蚀疲劳、磨损腐蚀、空泡腐蚀、微振腐蚀。石油天然气开采中的腐蚀：石油天然气开采中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，因油水井套管腐蚀穿孔造成的油水井报废、各种管线腐蚀穿孔、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损坏造成作业周期缩短等，均给油田的生产带来巨大的经济损失。石油天然气开采中的腐蚀分为：化学腐蚀：主要在石油天然气开采的施工过程中，如酸化、压裂、管线和大罐的清洗施工等。电化学腐蚀：电化学腐蚀是石油天然气开采中腐蚀的主要存在形式，石油管道、井下套管、油管、抽油杆及其井下工具等长期与土壤、井液、天然气和地层水（海水）接触，而使用的金属种类、组织、结晶方向、内应力、外力、表面光洁度、表面处理状况等的差别，金属不同部位接触的电解质的种类、浓度、温度、流速等的差别，在金属表面出现许许多多的阳极区和阴极区，阳极区和阴极区通过金属本身互相闭合形成腐蚀电池，不同的井筒所接触的地层、井液电解质不同、含水不同使井筒构成不同的宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池。石油天然气开采中的电化学腐蚀是所有金属腐蚀中最复杂最特殊的腐蚀。硫化氢腐蚀：硫化氢水溶液呈弱酸性，含有H+、HS-、S2-和H2S分子，具有氢去极化腐蚀，生成硫化铁，吸附的HS-使金属电位移向负值，加速阳极过程使金属电化学腐蚀加快。生成的黑色的硫化铁（Fe9S8）层与钢材形成腐蚀电池，硫化铁（Fe9S8）是较强的还原物在腐蚀电池中，钢材是阳极硫化铁是阴极，使腐蚀速度比未覆盖硫化铁的部位高若干倍，形成典型的垢下腐蚀。H2S还会引起钢材的氢脆和硫化物应力腐蚀破裂等多种腐蚀。二氧化碳腐蚀：二氧化碳腐蚀是非含硫油气田的腐蚀介质，二氧化碳溶于水后生成碳酸，对钢材产生氢去极化腐蚀，对含硫井二氧化碳会加速硫化氢对金属的腐蚀。氧气腐蚀：氧气腐蚀是一种最常见的氧气腐蚀，对石油天然气的管道储罐等产生氧去极化腐蚀和氧浓差腐蚀。大气腐蚀：暴露在大气中的管道储罐等受氧气、水蒸气等影响产生的氧去极化腐蚀。2土壤腐蚀：石油天然气井套管穿过地层不同的层位，接触不同的土壤、岩层、水层、盐层等电解质，形成的电化学腐蚀。细菌腐蚀：石油天然气开采中最典型的细菌腐蚀是硫酸盐厌氧菌腐蚀。二、腐蚀的危害腐蚀损失包括：材料消耗损失、工件性能失效、引发井下事故、引发灾难性事故。三、防腐工艺介绍；防止腐蚀的方法和原理：1、正确选用金属材料；选用耐腐蚀材料2、改变环境成分，添加缓蚀剂；缓蚀剂的原理是形成隔离膜对工具或材料进行保护3、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；采用牺牲阳极的自然电位保护或强制电流阴极保护。4、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、涂料技术或镍磷电镀、镀铬等。5、改进系统或构件的设计；防止腐蚀方法分析：1、改变金属材料；如选用不锈钢、碳纤维等材料适用于井下工具如抽油泵、封隔器和特殊设备等专用工具，缺点是由于价格性能等原因无法大规模使用。2、添加缓蚀剂：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。3、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强制电流阴极保护效果好。四、石油天然气开采中的结垢：油田结垢基本概述结垢基本概述：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PPM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。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CaCO3，占80%以上，其次为NaCL、CaSO4、BaSO4、Fe2O3、Fe（OH）3、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，给油田开发带来许多违害。3油田开发中结垢的环境：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。1、井近井地段，炮眼处，沉积结垢。2、井筒内壁结垢。3、井下工具，泵、电泵等采油工具结垢。4、地面集输管线、闸门结垢。5、容器内结垢。6、注水井地面管线结垢。7、注水井井下管柱内壁结垢。8、注水井地层结垢。结垢机理油田水结垢大体可分为两种情况：（1）温度、压力、等热力学条件改变，导致水中离子平衡状态改变，结垢组分溶解度降低而析出结晶沉淀。（2）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：Ca2++CO32-CaCO3Ca2++SO42-CaSO4Ba2++SO42-BaSO4分子结合和排列开成微晶体，然后产生粒子化过程，大量晶体堆积，沉积成垢长大。垢结晶主要有以下原因：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。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。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。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。离子吸咐：液体中的固体离子相互吸咐。电化学吸咐：井筒中油管，工具等材料、材质不同形成的金属自然电位差，使垢离子吸咐。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。无机物胶结：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。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。多层开采井：地层液相混合在井筒中，离子浓度发生变化。结垢形式：吸咐沉积垢、流道堆积垢、颗粒沉积垢、碰撞、油垢胶压包裹垢。垢分类为：颗粒污垢、结晶污垢、化学反应污垢、腐蚀污垢、胶结污垢、生物污垢、凝固污垢。4五、结垢的危害结垢对油田生产的危害1、污染油层，造成渗透率下降，致使油井产能下降，注水上升。2、垢在套管壁上沉积，导致井筒直径缩小，影响油井井筒施工和下入大直径工具。3、响井下抽油泵、电泵工作降低泵效，缩短井下工具寿命，严重造成泵卡。4、地面沉积、堵塞管道，使闸门关闭不严。5、堵塞地面注水管道，使供水压力增大，增加能耗。6、注水井管柱结垢，使测试等施工无法进行。7、堵塞注水层孔隙，增大注水压差，降低注水量。8、管壁、容器结垢，增大垢下腐蚀，造成管柱、容器损坏。六、常用的坊垢技术常用的除垢技术：化学除垢、超声波除垢常用的防垢技术：1、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。分散作用：利用聚羧酸阴离子溶于水后离解成带负电的聚离子，与流体中的垢离子碰撞时产生物理或化学吸附，使垢离子吸附在聚离子的分子链上呈分散状态悬浮于流体中。静电斥力作用：低分子量的高分子阻垢剂具有较强的电荷密度，可以产生离子斥力，阻止流体中的无机盐微粒相互接触。晶体畸变作用：防垢剂的高分子络合能力阻碍和干扰无机盐垢的正常生长，打乱了晶体的正常排列，致使垢晶发生畸变不能结成硬垢，而松散的垢晶在流体的冲刷下被带走。2、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。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。超声波防垢：利用超声波的振动作用和空化作用防垢。产品有：超声波除垢器、超声波解堵技术、声波防垢器、声磁耦合防垢器磁防垢和电磁防垢：能量转换和传递，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，电导率变化使水中离子浓度和迁移率变化，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。内磁水处理器、强磁防垢器、电磁防垢器、高频及射频防垢：用高频电场使水中离子极化，高频振荡使垢晶破碎。产品有高频防垢器、射频防垢除垢器、高频水处理器。变频共振防垢：产品有变频防垢除垢器电解和电化学防垢：利用电解原理改变垢结晶方向防垢。产品有静电处理器、电子水处理器、电解质防垢器、恩曼防垢防腐工具。3、工艺法防垢：比如油田水的处理、工艺方法的改变5七、对油田腐蚀结垢的几点观点：1、腐蚀：是当前油田生产中危害最大的问题：从调查知道江汉油田的一个采油厂每年新抽油杆投入量是井下总杆的1/3，就是说抽油杆的寿命只有三年，中原油田一个厂当油管更换量低于1/6时，其油井检泵施工量要上升20%。其油管的使用寿命也只有六年。腐蚀是油田后期影响采油成本的一个最大因素，防腐是控制成本提高开发效益的最大增长点。2、结垢：成型的结垢很直观，结垢还是很多井下故障的隐性杀手，比如泵漏泵卡凡尔失效现象，其真正的原因是垢和砂。3、腐蚀和结垢：在井下腐蚀结垢环境中有这么一种关系：腐蚀←稳定→结垢4、油井是油田的生命，延长其寿命的最主要点是防腐，防腐不仅仅是井筒或地面的工艺，还有套管，还有地面管线，还有现在不腐蚀的地方。5、有这么一个关系式：加强投入正常投入控制投入不投入优化←稳定←普通→恶化→崩溃有很多领导用这样一句话批评油田经营中的问题：买药的钱没有，买棺材的钱有。很形象。6、现在老油田都面临产量、资金、成本等压力，但是长期利益和短期效益不是绝对的矛盾，特别是防腐防垢的工作。7、油田开发中的蜡、盐、垢、砂、腐蚀是一种客观存在的现实，存在必然原因，防腐防垢的经营观点应该建立在减少损失和性能的最优化上。8、腐蚀和结垢的形态千变万化，每一个腐蚀点和结垢点其腐蚀和结垢的原因和程度都不相同，因此防腐防垢的方法要多样化，要有针对性，重点是作好效果评价。9、防腐蚀防垢的技术观点：腐蚀和结垢是一种现象，它有一种方向还有一种平衡，防腐蚀和防垢技术的应用就是怎样改变腐蚀和结垢的方向和平衡。10、任何一种技术都不是万能的，任何一种产品都有效果的量，所以不会有一种方法解决所有油田腐蚀或结垢问题，也不是某一种技术在个别井上失败就是无效工艺。但要优选要进化，11、防腐防垢要有合理的投入，没有一种不花钱就能有效的技术，也没有一种无损耗就能其作用的方法。12、方法和效果是选择技术的前提，最经济化的投入方法和最佳效果要有对比和评价。八、油田腐蚀结垢图片大港油田油水井垢样6大庆油田三元复合驱后硅酸盐结垢7在盐酸液体