開發(fā)晚期的注水開發(fā)油田，因注入水富含硫酸鹽還原菌和微生物，地層含水上升和高礦化度等因素，使油井設(shè)備的腐蝕日益嚴(yán)重，造成有桿泵和電泵井等油井設(shè)備損壞，嚴(yán)重影響油井的正常生產(chǎn)，降低原油產(chǎn)量和釆油企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。本文分析和論述了油井設(shè)備腐蝕的原因，以及目前正在試驗(yàn)和采用的井下鎂一鋅防腐金屬、擴(kuò)散鍍鋅油管和抽油桿、電泵電機(jī)防腐涂層、四芯電纜井下設(shè)備陰極保護(hù)等井下設(shè)備防腐措施。

油井設(shè)備腐蝕的原因

通過長(zhǎng)期的室內(nèi)研究和礦場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，油井的地面和井下設(shè)備腐蝕是由地層水的腐蝕性及其微生物造成的。這時(shí)雖然鐵細(xì)菌自身不會(huì)腐蝕金屬，但在其沉積層下，會(huì)形成不同電位的區(qū)域和大量的硫酸鹽還原菌菌落等對(duì)腐蝕過程有重大影響的條件。硫酸鹽還原菌的金屬腐蝕的固有特征：在金屬表面出現(xiàn)黑色包皮和由硫化物、碳酸鹽、氫氧化鐵和硫酸鹽還原菌組成的松散的瘤狀物凸起，在這類沉積層下金屬的點(diǎn)蝕發(fā)展很快,短短的幾個(gè)月就會(huì)使金屬管線穿孔。這時(shí)金屬的性質(zhì)，化學(xué)成分及其表面結(jié)構(gòu)和狀態(tài)、地層水的成分和濃度、微生物的種類、擴(kuò)散條件和溫度等，都對(duì)腐蝕過程有重大影響，這一過程是相當(dāng)復(fù)雜的。

油井設(shè)備防腐措施與分析

為了防止和減緩油井設(shè)備的腐蝕破壞，延長(zhǎng)其免修期，目前正在試驗(yàn)并已成功釆用了井下鎂一鋅防腐保護(hù)金屬、擴(kuò)散鍍鋅油管和抽油桿、潛油電機(jī)防腐涂層和四芯電纜井下設(shè)備陰極保護(hù)等防止金屬設(shè)備腐蝕的措施。

井下鎂-鋅防腐保護(hù)金屬

釆用鎂-鋅保護(hù)金屬，可防止金屬管線和電纜的土壤腐蝕。在其中添加鋅是為了消除銅和鐐等雜質(zhì)的不利影響，提高防腐緩蝕效果，并可使保護(hù)金屬比被保護(hù)金屬有更高的電位，形成一個(gè)正極為鎂-鋅保護(hù)金屬，而負(fù)極為油管線和泵殼體等被保護(hù)金屬的電偶，使腐蝕由油管和泵殼體等被保護(hù)金屬轉(zhuǎn)移到鎂一鋅腐蝕保護(hù)金屬上，減緩它們的腐蝕。俄羅斯烏發(fā)石油管理局已在14口嚴(yán)重腐蝕的電泵井上，將質(zhì)量為8kg的鎂-鋅保護(hù)金屬接在電泵裝置的下部下人油井，以保護(hù)電泵和潛油電機(jī)等油井設(shè)備。其結(jié)果表明，已大幅度地減緩了油井設(shè)備的腐蝕，但保護(hù)金屬的消耗太快，其有效期太短，僅有1394需進(jìn)一步改進(jìn)其結(jié)構(gòu)。

擴(kuò)散鍍鋅油管和抽油桿

油管和抽油桿的使用可靠性和使用壽命，主要是由其螺紋連接決定的。在腐蝕性嚴(yán)重的油井中，必須釆取有效的措施保護(hù)其本體和接頭與接箍。為此，已廣泛釆用電鍍、噴鍍和熔融等方法對(duì)油管和抽油桿表面進(jìn)行鍍鋅，但緩蝕效果均不十分理想。為了提高油管和抽油桿的緩蝕效果，俄羅斯研制成功了一種油管和抽油桿擴(kuò)散鍍鋅新工藝。其工藝過程是將油管和抽油桿表面進(jìn)行除油、酸洗、鈍化和烘干后，再將其放入充滿鋅粉和惰性稀釋劑的加熱爐中，進(jìn)行擴(kuò)散鍍鋅。對(duì)該擴(kuò)散鍍鋅層的表面性質(zhì)進(jìn)行的研究表明，它是由堅(jiān)硬的鐵鋅一相組成的均勻結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的抗腐蝕性能和其他性能，且是柔韌的和高硬度的，在復(fù)雜的油氣開釆條件下具有較高的抗腐蝕性和耐磨性；其次，具有塑性和保護(hù)涂層功能的鍍層，可起到固態(tài)潤(rùn)滑脂的作用，降低井下摩擦。因此，采用該種擴(kuò)散鍍鋅層，可在含砂、石膏、黏土和其它固相的含水油井的腐蝕和磨蝕介質(zhì)中，長(zhǎng)期有效地保護(hù)油管和抽油桿的螺紋連接，大幅度提高其使用壽命。對(duì)擴(kuò)散鍍鋅油管和抽油桿在嚴(yán)重腐蝕的油井中進(jìn)行的礦場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，擴(kuò)散鍍鋅油管和抽油桿表面的鐵一鋅相組成的均勻的擴(kuò)散鍍鋅層，可在腐蝕嚴(yán)重的油井中有效保護(hù)油管和抽油桿的本體和螺紋連接端，不被腐蝕和磨蝕破壞，延長(zhǎng)其使用壽命。在腐蝕嚴(yán)重的井下，使用壽命分別比光油管和抽油桿延長(zhǎng)3?5倍和2?3倍。

潛油電機(jī)防腐涂層

為了防止電泵的潛油電機(jī)腐蝕，對(duì)各種防腐涂層進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。將通過涂底漆、油漆和纏繞玻璃絲布等工序的帶防腐涂層的潛油電機(jī)下入高腐蝕性油井，油井連續(xù)生產(chǎn)了182d未發(fā)現(xiàn)腐蝕。但因涂層的涂敷質(zhì)量還有待提高，以及潛油電機(jī)在下井過程中會(huì)損壞涂層，而未能推廣應(yīng)用。今后應(yīng)對(duì)涂層材料和涂敷工藝進(jìn)行深入研究和改進(jìn)，提高其防腐可靠性和井下使用壽命。

四芯電纜井下設(shè)備陰極保護(hù)

為保護(hù)油井設(shè)備，采用陰極保護(hù)來防止井下設(shè)備腐蝕。但將油套管與陰極保護(hù)站接通后，仍發(fā)現(xiàn)潛油電機(jī)保護(hù)器腐蝕，證明用它保護(hù)油井設(shè)備無效。為了證實(shí)和提高陰極保護(hù)站的防腐效果，在陰極保護(hù)站釆用四芯電纜分別對(duì)4種接線方案：將陰極保護(hù)站斷開；將陰極保護(hù)站與套管相連；將其與電泵殼體相連；將其同套管和電泵殼體相連。進(jìn)行了試驗(yàn)，通過測(cè)定井下設(shè)備與比較電極之間的電位差，優(yōu)選其連接方式和提高防腐效果。測(cè)試表明，在陰極保護(hù)站與井下設(shè)備斷開的第1種方案中，電泵為陽極，將其下入油井后立即就發(fā)生電化學(xué)腐蝕，并且腐蝕的速度與油井的開井時(shí)間無關(guān)；在第2和第3種方案中，其保護(hù)電流不是太小，就是不能到達(dá)井口，均不能有效地保護(hù)所有油井設(shè)備；對(duì)釆用第4鐘方案的電位差進(jìn)行了測(cè)試，在由井口到1765m的泵掛處的所有油井設(shè)備均處于30A的理想保護(hù)電位。由此可見，用四芯電纜的兩根正電位電纜同時(shí)連接套管柱和泵殼體，就可均衡由套管柱到泵掛處的保護(hù)電位，有效地保護(hù)套管柱和泵殼體不被腐蝕。

結(jié)論與建議

① 釆用鎂-鋅保護(hù)金屬，可以保護(hù)油井設(shè)備，但存在保護(hù)過程不可控和有效期過短等缺陷；采用擴(kuò)散鍍鋅油管和抽油桿，可使油管和抽油桿在腐蝕嚴(yán)重油井中的使用壽命，分別比光油管和抽油桿延長(zhǎng)3?5倍和2?3倍；釆用防腐涂層可以防止?jié)撚碗姍C(jī)腐蝕，但其有效期短，技術(shù)要求高和下井時(shí)易損壞而不能推廣；釆用四芯電纜將陰極保護(hù)站同時(shí)與套管柱和泵殼體相連，可直接在套管柱和泵殼體上建立保護(hù)電位，同時(shí)也易于控制保護(hù)過程和優(yōu)選保護(hù)電流，從而可有效地保護(hù)油井設(shè)備，大幅度延長(zhǎng)腐蝕嚴(yán)重油井的無故障免修期。另外，無需投入大量的資金和工作量，易于在礦場(chǎng)廣泛推廣應(yīng)用，提高腐蝕油井采油的經(jīng)濟(jì)效益。

② 建議國內(nèi)有關(guān)油田和科研單位借鑒和釆用這類油井設(shè)備防腐方法，對(duì)其進(jìn)行不斷的試驗(yàn)和改進(jìn)，使其更加完善，以提高國內(nèi)油井的防腐效果。