王志國(guó) 畢海源 宋康 余發(fā)剛 杜成剛

(中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司油氣井測(cè)試分公司，河北 廊坊 065007)

油氣井開(kāi)發(fā)硫化氫腐蝕與防護(hù)研究

王志國(guó) 畢海源 宋康 余發(fā)剛 杜成剛

(中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司油氣井測(cè)試分公司，河北 廊坊 065007)

在油氣井開(kāi)發(fā)過(guò)程中，硫化氫氣體（H2S）是比較常見(jiàn)的一種氣體，這種氣體不僅對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)施、井下水泥環(huán)等造成相應(yīng)的腐蝕，還對(duì)人體生命安全造成巨大的危險(xiǎn)。這種氣體的易溶于石油中，相關(guān)設(shè)施在這種石油的長(zhǎng)期浸泡下，很容易發(fā)生井下管柱斷裂、地面儀表爆破、井口裝置失靈等嚴(yán)重事故，直接影響開(kāi)采活動(dòng)質(zhì)量和效率。

井下管柱；油氣井；硫化氫；腐蝕；防護(hù)

硫化氫，分子式為H2S，分子量為34.076，標(biāo)準(zhǔn)狀況下是一種易燃的酸性氣體，無(wú)色，低濃度時(shí)有臭雞蛋氣味，有毒。硫化氫能溶于水，易溶于醇類、石油溶劑和原油。所以，在石油開(kāi)采過(guò)程中，酸性的硫化氫能夠與開(kāi)采的設(shè)施能夠發(fā)生氧化還原反應(yīng)，致使開(kāi)采設(shè)施出現(xiàn)腐蝕情況。另外，硫化氫中的離解產(chǎn)物HS-、S2-對(duì)金屬也有著一定的腐蝕效果。而且，不同的條件，產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物性質(zhì)也有所不同，例如產(chǎn)物FeS能夠抑制腐蝕，而FexSy能夠促進(jìn)腐蝕。

1 硫化氫的腐蝕情況

1.1 硫化氫對(duì)油管、套管及井下工具的腐蝕作用

油管、套管及井下工具是石油開(kāi)采過(guò)程中的重要設(shè)施，這些設(shè)施中含有大量的金屬元素，在原油含水量和硫化氫的作用下，很容易發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而導(dǎo)致這些設(shè)施發(fā)生相應(yīng)的腐蝕情況。一般而言，這種腐蝕的情況是發(fā)生開(kāi)采的中后期，因?yàn)殚_(kāi)采之處的含水較少，腐蝕效果并不是很明顯，隨著開(kāi)采進(jìn)程的不斷深入，腐蝕情況便顯而易見(jiàn)。如四川威遠(yuǎn)氣田震旦系的井由于水產(chǎn)量高使油管受到嚴(yán)重腐蝕，針對(duì)這種腐蝕情況，開(kāi)采企業(yè)使用復(fù)合式緩蝕劑、井下封隔器等方式之后，腐蝕效果才得到有效控制。

1.2 硫化氫對(duì)水泥環(huán)柱的腐蝕作用

在古井的過(guò)程中，采用水泥是用來(lái)支撐套管，保護(hù)套管，封隔油、氣、水，是保證油氣井的有效方式。若是在開(kāi)采的過(guò)程中，水泥環(huán)柱出現(xiàn)腐蝕，很容易導(dǎo)致套管發(fā)生腐蝕和破壞，不利于開(kāi)采的有效進(jìn)行。水泥石的腐蝕情況與孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙率有著密切關(guān)系。在水泥石中，含有大康的堿性物質(zhì)，硫化氫會(huì)與這些物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成CaS、FeS、AI2S3等，嚴(yán)重影響水泥石在開(kāi)采過(guò)程中的作用。

2 硫化氫的腐蝕機(jī)理

硫化氫之所以能夠?qū)τ凸?、套管、井下工具、水泥環(huán)柱等進(jìn)行腐蝕，這是因?yàn)榱蚧瘹湓谒嵝运芤褐腥菀装l(fā)生電離反應(yīng)，離解產(chǎn)物HS-、S2-都能與金屬發(fā)生氧化還原反應(yīng)，最終導(dǎo)致腐蝕情況的產(chǎn)生。而水泥石中CaO也很容易與酸性環(huán)境下的硫化氫發(fā)生反應(yīng)，最終破壞水泥石，嚴(yán)重影響石油開(kāi)采質(zhì)量和效率。

3 防護(hù)硫化氫的腐蝕的措施

3.1 對(duì)油管、套管及井下工具的防護(hù)措施

（1）根據(jù)硫化氫的特性，合理科學(xué)地制定和改善開(kāi)采設(shè)施

在油氣井開(kāi)發(fā)過(guò)程中，開(kāi)發(fā)人員應(yīng)該從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)油氣井的實(shí)際情況，制定和改善開(kāi)發(fā)的相關(guān)的機(jī)械設(shè)備，避免鋼材中含有過(guò)多的分離氫含量，減少S、Mn等元素的含量，避免硫化氫的氧化還原反應(yīng)的發(fā)生，使得硫化物處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，從而有效地維護(hù)開(kāi)發(fā)設(shè)施，保證油氣井開(kāi)發(fā)的質(zhì)量和效率?？梢?jiàn)，在油氣井開(kāi)發(fā)過(guò)程中，針對(duì)硫化氫的腐蝕性問(wèn)題，加強(qiáng)開(kāi)采設(shè)備的研究和開(kāi)發(fā)，也是做好油管、套管及井下工具的防護(hù)的關(guān)鍵所在。

（2）根據(jù)硫化氫的特性，選取合適緩蝕劑

要更好保護(hù)油管、套管及井下工具，避免腐蝕情況的發(fā)生，使用緩蝕劑也是一種可行方式。在腐蝕劑的選取方面，應(yīng)該根據(jù)井下環(huán)境的具體情況和實(shí)際需求充分考慮溫度、壓力、流速等因素，針對(duì)性地使用緩蝕劑，將油管、套管及井下工具被腐蝕的程度降到最低。同時(shí)，為了更好地保證緩蝕劑的正確使用，還要充分考慮系統(tǒng)中介質(zhì)組成、運(yùn)行參數(shù)及可能發(fā)生的腐蝕類型，充分掌握緩蝕劑的緩蝕性能，合理科學(xué)地處理緩蝕劑與石油、其他添加劑之間的兼容關(guān)系，避免化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)生。若是在石油開(kāi)采中，單一的緩蝕劑難以達(dá)到實(shí)際要求，此時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮緩蝕劑的復(fù)配使用。在當(dāng)下的石油開(kāi)采過(guò)程中，采用的緩蝕劑主要是咪哇琳、季胺化合物、胺類的脂肪酸鹽等等。

（3）設(shè)計(jì)相應(yīng)的防腐層，制定防井下封隔器

防腐層主要是在鋼材和井下的硫化氫酸性油氣之間設(shè)計(jì)相應(yīng)的隔離層，這種隔離層避免兩者之間的接觸產(chǎn)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致井下設(shè)施的損壞，是一種保護(hù)井下設(shè)施的有效方式。另外，在保護(hù)油管外套和套管內(nèi)壁的時(shí)候也可以采用井下封隔器，從油管的下端將油管和套管環(huán)空密封，避免H2S氣體對(duì)油管、套管的腐蝕。

3.2 對(duì)水泥環(huán)柱的防護(hù)措施

要保證水泥環(huán)柱不被含有H2S氣體油氣腐蝕，可以在水泥體系中加入上當(dāng)?shù)亩啵嘀泻写罅康匿X酸鹽，鋁酸鹽能夠很好的提升水泥對(duì)H2S腐蝕性能，保證水泥的堅(jiān)硬度。當(dāng)然，要提升水泥環(huán)柱的防腐性能，也可以根據(jù)實(shí)際情況，適當(dāng)加入石膏、硅砂、硅粉等物質(zhì)來(lái)提升水泥石抗腐蝕的性能。如此，保證石油開(kāi)采的有效性和可行性。

4 結(jié)語(yǔ)

在開(kāi)發(fā)含硫油氣井的過(guò)程中，由于硫化氫酸性氣體的存在，對(duì)鉆具、油管、氣管等設(shè)施都有一定的腐蝕效果。在這種油氣的長(zhǎng)時(shí)間腐蝕作用下，很容易發(fā)生一系列的問(wèn)題，例如井下管柱斷裂、地面儀表爆破等。這些問(wèn)題直接影響油氣的開(kāi)采質(zhì)量和效率，使得開(kāi)采過(guò)程不斷增加成本投入，不利于開(kāi)采企業(yè)的長(zhǎng)久發(fā)展。因而，在石油開(kāi)采的實(shí)踐中，注重開(kāi)采設(shè)施的防腐措施顯得至關(guān)重要。開(kāi)采企業(yè)可以根據(jù)實(shí)際情況，運(yùn)用緩蝕劑、防腐層、表面技術(shù)等方式加大防腐力度，保證開(kāi)采的質(zhì)量和效率。

王志國(guó)（1980-）男，漢族，河北邢臺(tái)人，工程師，主要從事油氣井測(cè)試工作。