油气井套管阴极保护

开发晚期的注水开发油田，因注入水富含硫酸盐还原菌和微生物，地层含水上升和高矿化度等因素，使油井设备的腐蚀日益严重，造成有杆泵和电泵井等油井设备损坏，严重影响油井的正常生产，降低原油产量和釆油企业的经济效益。本文分析和论述了油井设备腐蚀的原因，以及目前正在试验和采用的井下镁一锌防腐金属、扩散镀锌油管和抽油杆、电泵电机防腐涂层、四芯电缆井下设备阴极保护等井下设备防腐措施。

油井设备腐蚀的原因

通过长期的室内研究和矿场实验，油井的地面和井下设备腐蚀是由地层水的腐蚀性及其微生物造成的。这时虽然铁细菌自身不会腐蚀金属，但在其沉积层下，会形成不同电位的区域和大量的硫酸盐还原菌菌落等对腐蚀过程有重大影响的条件。硫酸盐还原菌的金属腐蚀的固有特征：在金属表面出现黑色包皮和由硫化物、碳酸盐、氢氧化铁和硫酸盐还原菌组成的松散的瘤状物凸起，在这类沉积层下金属的点蚀发展很快,短短的几个月就会使金属管线穿孔。这时金属的性质，化学成分及其表面结构和状态、地层水的成分和浓度、微生物的种类、扩散条件和温度等，都对腐蚀过程有重大影响，这一过程是相当复杂的。

油井设备防腐措施与分析

为了防止和减缓油井设备的腐蚀破坏，延长其免修期，目前正在试验并已成功釆用了井下镁一锌防腐保护金属、扩散镀锌油管和抽油杆、潜油电机防腐涂层和四芯电缆井下设备阴极保护等防止金属设备腐蚀的措施。

井下镁-锌防腐保护金属

釆用镁-锌保护金属，可防止金属管线和电缆的土壤腐蚀。在其中添加锌是为了消除铜和镣等杂质的不利影响，提高防腐缓蚀效果，并可使保护金属比被保护金属有更高的电位，形成一个正极为镁-锌保护金属，而负极为油管线和泵壳体等被保护金属的电偶，使腐蚀由油管和泵壳体等被保护金属转移到镁一锌腐蚀保护金属上，减缓它们的腐蚀。俄罗斯乌发石油管理局已在14口严重腐蚀的电泵井上，将质量为8kg的镁-锌保护金属接在电泵装置的下部下人油井，以保护电泵和潜油电机等油井设备。其结果表明，已大幅度地减缓了油井设备的腐蚀，但保护金属的消耗太快，其有效期太短，仅有1394需进一步改进其结构。

扩散镀锌油管和抽油杆

油管和抽油杆的使用可靠性和使用寿命，主要是由其螺纹连接决定的。在腐蚀性严重的油井中，必须釆取有效的措施保护其本体和接头与接箍。为此，已广泛釆用电镀、喷镀和熔融等方法对油管和抽油杆表面进行镀锌，但缓蚀效果均不十分理想。为了提高油管和抽油杆的缓蚀效果，俄罗斯研制成功了一种油管和抽油杆扩散镀锌新工艺。其工艺过程是将油管和抽油杆表面进行除油、酸洗、钝化和烘干后，再将其放入充满锌粉和惰性稀释剂的加热炉中，进行扩散镀锌。对该扩散镀锌层的表面性质进行的研究表明，它是由坚硬的铁锌一相组成的均匀结构，具有优良的抗腐蚀性能和其他性能，且是柔韧的和高硬度的，在复杂的油气开釆条件下具有较高的抗腐蚀性和耐磨性；其次，具有塑性和保护涂层功能的镀层，可起到固态润滑脂的作用，降低井下摩擦。因此，采用该种扩散镀锌层，可在含砂、石膏、黏土和其它固相的含水油井的腐蚀和磨蚀介质中，长期有效地保护油管和抽油杆的螺纹连接，大幅度提高其使用寿命。对扩散镀锌油管和抽油杆在严重腐蚀的油井中进行的矿场试验结果表明，扩散镀锌油管和抽油杆表面的铁一锌相组成的均匀的扩散镀锌层，可在腐蚀严重的油井中有效保护油管和抽油杆的本体和螺纹连接端，不被腐蚀和磨蚀破坏，延长其使用寿命。在腐蚀严重的井下，使用寿命分别比光油管和抽油杆延长3〜5倍和2〜3倍。

潜油电机防腐涂层

为了防止电泵的潜油电机腐蚀，对各种防腐涂层进行了实验。将通过涂底漆、油漆和缠绕玻璃丝布等工序的带防腐涂层的潜油电机下入高腐蚀性油井，油井连续生产了182d未发现腐蚀。但因涂层的涂敷质量还有待提高，以及潜油电机在下井过程中会损坏涂层，而未能推广应用。今后应对涂层材料和涂敷工艺进行深入研究和改进，提高其防腐可靠性和井下使用寿命。

四芯电缆井下设备阴极保护

为保护油井设备，采用阴极保护来防止井下设备腐蚀。但将油套管与阴极保护站接通后，仍发现潜油电机保护器腐蚀，证明用它保护油井设备无效。为了证实和提高阴极保护站的防腐效果，在阴极保护站釆用四芯电缆分别对4种接线方案：将阴极保护站断开；将阴极保护站与套管相连；将其与电泵壳体相连；将其同套管和电泵壳体相连。进行了试验，通过测定井下设备与比较电极之间的电位差，优选其连接方式和提高防腐效果。测试表明，在阴极保护站与井下设备断开的第1种方案中，电泵为阳极，将其下入油井后立即就发生电化学腐蚀，并且腐蚀的速度与油井的开井时间无关；在第2和第3种方案中，其保护电流不是太小，就是不能到达井口，均不能有效地保护所有油井设备；对釆用第4钟方案的电位差进行了测试，在由井口到1765m的泵挂处的所有油井设备均处于30A的理想保护电位。由此可见，用四芯电缆的两根正电位电缆同时连接套管柱和泵壳体，就可均衡由套管柱到泵挂处的保护电位，有效地保护套管柱和泵壳体不被腐蚀。

结论与建议

① 釆用镁-锌保护金属，可以保护油井设备，但存在保护过程不可控和有效期过短等缺陷；采用扩散镀锌油管和抽油杆，可使油管和抽油杆在腐蚀严重油井中的使用寿命，分别比光油管和抽油杆延长3〜5倍和2〜3倍；釆用防腐涂层可以防止潜油电机腐蚀，但其有效期短，技术要求高和下井时易损坏而不能推广；釆用四芯电缆将阴极保护站同时与套管柱和泵壳体相连，可直接在套管柱和泵壳体上建立保护电位，同时也易于控制保护过程和优选保护电流，从而可有效地保护油井设备，大幅度延长腐蚀严重油井的无故障免修期。另外，无需投入大量的资金和工作量，易于在矿场广泛推广应用，提高腐蚀油井采油的经济效益。

② 建议国内有关油田和科研单位借鉴和釆用这类油井设备防腐方法，对其进行不断的试验和改进，使其更加完善，以提高国内油井的防腐效果。