渤海油田X区块防腐选材实验研究及应用探讨

辛懿陶然，段鹏，刘若凡，任鹏举，沈德新

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300459）

摘 要：油井在生产过程中，可能直接接触腐蚀性流体。为保证油井的正常生产，需采取相应的腐蚀防护措施，但高级别防腐措施往往影响油田的经济效益。分析了腐蚀的机理及相应防护措施，以渤海油田X区块为例进行了实验研究及理论分析，计算了不同工况下的腐蚀速率及相应的使用年限，进而对防腐措施进行了优化调整。防腐理论分析与实验方法的结合为防腐策略指明了方向，在满足安全生产需求的条件下，降低了投资成本，值得推广应用。

关键词：腐蚀机理；CO₂腐蚀；实验法

0 引言

随着渤海油田的大力开发，在修井时发现部分井下管柱发生腐蚀现象。近年来，腐蚀问题呈增多趋势，成为油气田开发过程中普遍面临的问题。由于管材腐蚀的主要影响因素是二氧化碳（CO₂）、硫化氢（H，S)和游离水介质，油气介质可导致工艺管道各类腐蚀，进而导致管壁变薄，影响油套管的强度，甚至发生穿孔、断裂等问题，严重影响井下管柱的使用寿命，制约着渤海油田降本增效的发展目标。目前，海上油田管材选型主要通过气体含量和防腐标准对管材进行选择，对于一些经济效益较低的井，若采用高级别防腐材质，往往不具投资价值。本文以渤海油田投资效益低的X区块为例，根据该区块地层的油藏性质，结合理论分析和实验研究，优选出适合该区块的井下管材材质，达到既能满足生产周期腐蚀风险，又能降低投资成本的目的，为类似油田的高效开发提供技术方向。

1 腐蚀机理及防护

1.1腐蚀机理

油套管的腐蚀分为内腐蚀和外腐蚀。外腐蚀主要是管体外部遭受的土壤腐蚀和地下水腐蚀，以及杂散电流腐蚀和宏观电池腐蚀等，内腐蚀主要是管体内部介质导致的腐蚀。油气井的腐蚀介质主要包括气、水、固体颗粒等共存的多相流腐蚀介质以及高温或高压环境，其中H，S、CO₂、O₂、Cl-和水分是油气井最主要的腐蚀介质。腐蚀原因为石油地层具有复杂的化学成分(大量的溶解氧，H,S、CO₂、CI-等腐蚀性物质)，这些物

质可以通过与油套管表面发生氧化还原反应，形成硫化铁或碳酸盐，导致油套管表面的金属原子失去电子，形成离子进入接触的介质，造成设备的腐蚀。由于碳钢和H，S的电子交换反应比不锈钢和H，S的反应更容易进行，所以碳钢在含有H,S的介质中腐蚀速率远大于不锈钢。

1.2 腐蚀防护策略

腐蚀防护策略主要分为物理防腐和化学防腐，物理防腐策略主要使用防腐器材，化学防腐策略主要添加缓蚀剂。由于石油环境的复杂性，缓蚀剂可能在一些特殊条件下失效，对井下油套管工具的防腐效果有限。

2 渤海油田X区块防腐管材研究

2.1 X区块开发初期防腐策略

X区块是渤海油田典型的受CO₂，腐蚀明显的区块，该区块主要开发层位为东营组，CO₂含量高，油田探井天然气取样检测CO₂含量最高1.57%，按照防腐图版，井下器材采用3Cr材质。目前，有3口井已生产6a,2口井最近起管柱未发现井下生产管柱发生腐蚀现象。

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