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油田注水井腐蚀原因浅析

发布日期:2019-08-22

      油田中的腐蚀现象不仅非常普遍,而且作为油田三大公害之一,对于油田综合效益的提高具有十分消极的影响。在油田的各种设施中,注水井的存在对于油田的稳定和高效生产具有十分重要的意义。这些注水井的组成部分,特别是井下管道,不仅面临着包括土壤、原油、大气等在内的各种腐蚀介质的损害,还长期与水,尤其是富含各种杂质的油田污水接触,从而面临更多的腐蚀威胁。下列因素对注水井管道的损害尤其严重。 
    首先,注水井的注入水中通常含有一定量的氯化物和硫酸盐,这些盐类对于管道均有不同程度的腐蚀作用,而且这些物质腐蚀金属管道后的产物主要是可溶物,因此对于后续的腐蚀没有任何的屏蔽作用。不仅如此,氯离子等活性离子还可以破坏管道表面上已有的钝化膜或其它?;つ?。这样,被破坏的部分就成为原电池反应的阳极,而未被破坏的部分就成为阴极。这种电池反应的结果就是在已经腐蚀的地方腐蚀更为剧烈,产生所谓的点蚀,最终导致局部的穿孔。由于这种类型的腐蚀使得大量的注水管道在达到设计寿命之前就被迫报废,因此备受关注。 
    
    注入水中溶解气体导致的化学腐蚀也相当引人瞩目。在油田中,将含油污水送入注水系统是非常普遍的做法。但是含油污水中含有溶解氧、硫化氢或二氧化碳等腐蚀气体,在条件适合的情况下,很容易对注水系统的钢管及设施产生腐蚀。例如二氧化碳的存在会使污水的pH值产生明显的下降,使系统的酸性腐蚀更为显著。水中有了大量的二氧化碳,导致大量氢离子产生,而钢材中的铁在这种环境中被大量侵蚀。铁原子作为电化学腐蚀的阳极,失去自己的部分电子,成为可溶性的铁离子,进入溶液中,而氢离子得到电子,结合成为氢气,这样只要水中含有充足的二氧化碳气体,钢材就容易被源源不断地腐蚀,注水管道因此逐渐失去自己的作用。 
    
    在许多情况下,氧气溶于水中,能够使钢材在室温的情况下被腐蚀的速度提高10倍以上,虽然随着时间的推移,腐蚀速度会逐渐下降到一个稳定值,但是这个值仍然是纯水中腐蚀速度的两倍以上。所以油田污水在注入注水井的过程中溶入氧气将会在很大程度上破坏管道的基体,缩短注水管道的寿命。 
    
    当氧气和二氧化碳同时存在于油田污水中时。一方面溶解氧促进了电化学腐蚀的发生,侵蚀管道表面,另一方面,二氧化碳存在所导致的酸性环境将会破坏管道表面可能出现的?;げ?。两方面共同作用的结果就是注水管道很快腐蚀但是又很难发现腐蚀的产物。 
    
    值得注意的是,含硫油田中的污水含有大量的硫化氢,这种条件下会产生新的腐蚀。一方面,类似于二氧化碳,硫化氢的存在有利于氢离子去极化腐蚀反应的发生,导致注水管道表面的铁等金属成分作为反应的阳极而被大量地腐蚀,在通常的盐水环境中,产生的铁离子会与硫离子生成Fe9S8等硫化物。这种难溶性化合物会沉积在管道表面,但是其疏松的结构并不能给管道带来很好的防护。更为致命的是,电化学腐蚀产生的氢对管道内部的渗透可以使管道变得更脆,从而产生很多肉眼难见的微裂纹;另外,硫化物的生成也容易在管道中产生导致裂纹扩展的应力,最终导致管道的破裂。所以,在含硫的注水井中,注水管道抵抗硫化氢腐蚀的性能显得十分重要。 
    
    在许多注水井中,在初始的注入水中并没有硫化氢的踪迹,但因为硫酸盐还原菌(通常用SRB表示)的存在,仍然有十分典型的硫化氢腐蚀现象出现。这类细菌有很多种,生存的范围也比较广,常见的几种是在温度为30℃-35℃,PH值为5.5-9.0左右的环境中活动。实际观察发现,在注水井中,通常是在地下500米以上,油套管之间的近死水环境中SRB非?;钤?。这种细菌不仅可以还原硫酸盐产生硫化氢,使水中的硫化氢含量提高,令水质恶化变为“黑水”,而且可以在水中产生FeS等物质堵塞和破坏管道,从而对注水管道产生综合性的破坏。因此,抑制SRB的繁殖也成了注水井防腐蚀的一个重要环节。 
    
    综上所述,油田注水井中的腐蚀因素众多,对注水管道的防护需要详细分析各种因素的本身特点和综合效应并采取相应的措施才能达到较好的效果。目前国内的许多科研机构及油田服务商都致力于推出油田注水管防腐的新技术和新产品,例如北京安东奥尔工程技术有限责任公司新材料技术分公司新近推出的纳米涂料油管,对注水井油管的防腐蚀和防垢有明显的效果。相信在不久的将来,随着这些产品和技术的推广,我国油田整体的防腐水平将会有较大程度的提高。
    
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