ｃ 。ｎ 圜
麓黪 麟 溉磐 魄 澎ｌ 譬 嚣嚣 缓 囊慧ｊ鬣 ｌ荔鍪 鬟黪爱 雾滋ｉ誉 鹾 蠢 磷 甏麓 繇 露蠢 舞
海上油田注水井套管腐蚀机理及
腐蚀控制技术研究
郑举’厉嘉滨 李敏 孙吉星
（１．中海石油（中国）有限公司天津分公司生产部，天津３００４５２；
２．中海油能源发展股份有限公司上海采油技术服务分公司，天津３００４５２）
摘要：套管腐蚀问题严重制约着中海油的发展。通过套管腐蚀调查与腐蚀机理研究发现，
绥中３６—１油田注水井套管普遍的存在腐蚀问题，主要为ＣＯ 腐蚀。本文针对腐蚀机理进行了模拟
实验，并得出规律性结论：腐蚀速率随着温度、压力、流速增加而加快。针对套管腐蚀的主要原
因，研究了套管腐蚀控制技术，并提出预防套管腐蚀的几点建议，对于油田注水井的维护具有一
定的指导意义。
关键词：注水井 套管ＣＯ 腐蚀缓蚀剂
中图分类号：ＴＥ９８８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ００８－７８１ ８（２０１ ３）０９—００６１・０６
Ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ Ｆａｃｔｏｒ ｏｆＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆＡｃｉｄ Ｇａｓ ｉｎ Ｗａｔｅｒ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ＩＩｉ Ｇｒａｖｉｔｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＺＨＥＮＧ Ｊｕ’，ＬＩ Ｊｉａ．ｂｉｎ ，ＬＩ Ｍｉｎ ，ＳＵＮ Ｊｉ—ｘｉｎｇ
（１．ＣＮＯＯＣ Ｃｈｉｎａ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｔｉａｎｊｉｎ，Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００４５２，Ｃｈｉｎａ；２．ＣＮＯＯＣ Ｅｎｅｒｇｙ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｓｅｒｖｉｃｅｓ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ Ｂｒａｎｃｈ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００４５２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｓｉｎｇ ｐｉｐｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ ｒｅｓｔｒｉｃｔｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＣＮＯＯＣ．Ｔｈｒｏｕｇｈ
ｔｈｅ ｃａｓｉｎｇ ｐｉｐｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｓｔｕｄｙ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｓｕｉｚｈｏｎｇ ３６—１ ｏｉｌ ｆｉｅｌｄ
ｗａｔｅｒ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｗｅｌｌ ｃａｓｉｎｇ ｐｉｐｅ ｐｒｅｖａｌｅｎｔ ｉｎ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｍａｉｎｌｙ ｆｏｒ ＣＯ２ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍ．
Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ，
ｗｈｉｃｈ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒａｔｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ａｎｄ ｓｐｅｅｄ ｕｐ．Ｂｙ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｍａｉｎ
ｒｅａｓｏｎ ｆｏｒ ｃａｓｉｎｇ ｐｉｐｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ａｎｄ ｃａｓｉｎｇ ｐｉｐｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ
ｓｏｍｅ Ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｃａｓｉｎｇ ｐｉｐｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ，ｉｔ ｉｓ ｃｅｒｔａｉｎ ｇｕｉｄｉｎｇ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｔｏ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ
ｏｉｌｆｉｅｌｄ ｗａｔｅｒ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｗｅｌ１．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｗｅｌｌ；ｃａｓｉｎｇ ｐｉｐｅ；ＣＯ２ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍ；ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ
１研究背景 台空间。相对于其他分注方式地面分注技术还有着
随着海上油田开发的深入，海上油田地面分注 以下突出优势：（１）各层注水量地面可调；（２）分层注
井越来越多。渤海油田目前有９２口地面分注井，其 水量比较准确；（３）层间无需吸水剖面测试；（４）分
中自营油田有４１口，注聚井３０口。基本采用油套环 层调剖／调驱，示踪无需钢丝作业；（５）减少现场分层
空注水，油管注聚合物的方式进行生产。地面分注 调配的工作量；（６）不受井斜和防砂内通径限制。与
技术实现了井口管汇一体化，最大程度地节省了平 此同时，地面分注技术尽管相对传统的其他分注方
作者简介：郑举（１９７９一），男，河南济源人，硕士，工程师，主要从事海洋油田采油工艺增产措
施、人工举升、注水等方面研究。
全面腐蚀控制 第２７卷第０９期２０１
３年０９月 ｃ 。ｓ 囵
灏 潮 鞠熬 骟 穗 鬻鞭 骥黧撼 瓣瓣 鞭鞭 嚣瓣 舞慧嬲 黥嚣 魏 辫瓣嬲 ００爨 ００
… ”＿ｈ． … 一・ … Ｃａ”＋ＣＯ３ 一ＣａＣＯ３ （１２） ０９．８８ ２３．７９ 伽 ２０ ９４ ３７ ８５ ＦｅＣＯ３＋Ｏ２＋Ｈ２Ｏ—Ｆｅ（ＯＨ）３＋２ＣＯ２ ｆ （１３） ＡｌＫ ００．５０ ００ ５４ 实际上注水中不含Ｏ ，因此，其他反应中（１１）和 ｓ诳 ０１．６０ ０１ ６５ ｓＸ ００．９３ ６ｔ）．８４ （１３）两个分步骤在系统正常运行时不存在。但是，当 伽 ０３ １８ ０２．５９ Ｃ龋 ００６３ ００．４５ 挂片经过腐蚀环境，在进行相关检测的过程中必然 ＦｅＫ ６２ ３４ ３２ ２８ 与氧气接触，这就是为什么经过ＣＯ 腐蚀后，金属表 Ｉ．ｉ Ｌ Ｉ▲ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ＺＡＦ
蚀主要因 ．中溶 Ｃ，Ｏ ．２， 产 圭三 试验选用的材料为Ｎ８０钢，其组成为（Ｍａｓｓ％）： Ｆ
ｅＣＯ３，微生物腐蚀和垢下腐蚀在目前工况下不明 ０．２７Ｃ，。１． ，０． Ｍｎ，。０．０ｌ ０．１ Ｍ。，０．０１Ｖ。加工 显。因 ，可 ：。．。． ．． 成长４ｃｍ、宽１．３ ｍ、厚０．２ ｍ的试片Ｊ￣１２４０Ｉ ｏ／ 、４００、 Ｆｅ在ｃ０ｚ腐蚀酸性介质中的阳极反应机制有四种 、８０ 纸 级打磨，清 冲洗，ＮｍＮＮ＠ 反应形式： 油，干燥后测量工作面的尺寸并称重。腐蚀试验设 Ｆｅ￣Ｆｅ２￣＋２ｅ （１ａ） … ．。 。一 、‘．． 。
Ｆｅ２＋＋ＣＯ ２＿一ＦｅＣＯ３ ｌｂ；毳 竺
Ｆｅ＋ＣＯ３
一＞－Ｆｅ Ｃ
…Ｏ３＋２ｅ． ． 为各平台地面分注水压力（其中ｃ０：含量为１０ｍｇ／Ｌ）， Ｆｅ Ｈｃ０，一一Ｆｅｃｏ ＋２ｅ＋Ｈ ‘３ 实验时间均为７２ｈ。在釜中通人 纯氮气２ｈ，去除 Ｆｅ ＋２ＯＨ一一Ｆｅ（ＯＨ）ｚ（ｓ） （４ａ） 釜中氧气后加入腐蚀介质３Ｌ，然后用高纯氮进行二 ＦＰ，ｎＷ、４－ｒｎ— Ｆ户ｒｎ．４－Ｈ．ｎ ｒ４ｈ、
Ｈ，０础。＋ｅ一 Ｈ】ａａ＋Ｈ２ｏ ‘８’ 泡２～３ｍｉｎ进行中和处理，然后用自来水冲洗，并用
ＨｃＯ ａ厂＋Ｈ３ｏ 一Ｈ２ｃｏ３ ａｄ＋Ｉ＇－Ｉ２０ （９） 滤纸吸干水分后置于无水乙醇中浸泡３～５ｍｉｎ脱水； ＋Ｊ＋：ｅ—Ｈ２ ） ０） 脱水后的试样经热风吹干后放人干燥器中
，２４ｈ后取 其他反应： 重 。， 腐蚀 是 的 腐蚀 Ｆｅ（ＯＨ）＝＋０２－￣Ｆｅ２０３＋Ｈ２０ （１１） 和腐蚀膜的形貌特征采用ｌ５３０ｖｐ型场发射扫描电子
全面腐蚀控制 第２７卷第０９期２０１
３年０９月 圜 黧 一
显微镜￣ｌＪｐｈｏｅｎｉｘ ６０ｔ ｅｄｓＭ‘ ｕ量过滤透射电子扫描显微
镜观察。利用ｘ射线光电子能谱分析腐蚀产物膜成
分。
３．２模拟注水水样腐蚀性评价结果
图４现场注水水样（已加注各种化学药剂）腐蚀性评价
表１ 绥中３６—１油田地面分注现场注水腐蚀性评价
实验条件 （压力ＭＰａ）（流速ｍ／ｓ） 平均（ｒａ腐蚀ｍ／ａ）率
通过对现场水进行水质分析，配置模拟水对
套管腐蚀情况进行模拟实验。由图４和表１数据可
知，地面分注各平台模拟注水对套管腐蚀速率均大
于０．２ｍｍ／ａ，均大大高于注水水质腐蚀性控制指标
０．０７６ｍｍ／ａ的指标值 ，需要采取防腐措施。
从ＳＥＭ结果看，如图５所示，挂片表面形成了致
密的腐蚀产物层，从腐蚀产物放大后形态判断，为
ＦｅＣＯ 结构；从ＥＤＳ结果可以看到，如图６所示，腐
蚀产物中主要元素为ｃ和Ｏ，有极少量的Ｃａ，未检出
ｓ，说明现场注水水质（已加注化学药剂）在当前注水
工况下微生物腐蚀不明显，没有明显结垢现象。
…∞
图５现场注水腐蚀模拟实验后，挂片未去除
腐蚀产物，ＳＥＭ分析 ＣＸ ２Ｉ．９８ ３９ ２２ ｏＫ ３２．１９ ４３ ｌ２ ００．４８ ００．２６ Ｆ亡ｘ ４５＿３５ Ｉ７．４０ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｒｒｅｅｔｉｏｎ ＺＡＦ
图６ 现场注水腐蚀模拟实验后，挂片未去除 腐蚀产物，ＥＤＳ分析
３．３地面分注井腐蚀影响规律研究
由于绥中３６－１注水工况下腐蚀主要因素为注水
中溶解的ＣＯ ，ＣＯ：腐蚀受到众多因素的影响，一
是环境因素；二是材料因素。特别的环境因素的影
响尤为重要，例如温度、压力、流速改变情况下的
腐蚀情况都不相同，为了进一步得出腐蚀与注水温
度、压力、流速等操作参数的关系，确定腐蚀机理
及影响因素，开展了下述的几组实验。
３．３．１腐蚀速率随温度变化情况
温度是ＣＯ 腐蚀的重要影响因素Ｈ 】。研究表
明：在６０￣Ｃ附近，ＣＯ 腐蚀在动力学上有质的变化。
碳酸亚铁溶解度有负的温度系数，即随温度升高而
降低，因此，在６０～１１０￣Ｃ之间，钢铁表面生成腐蚀
产物膜，从而使腐蚀速率出现过渡区，在该温区内
局部腐蚀突出；当温度低于６０￣Ｃ时，钢铁表面生成
不具保护性的少量松软且不致密的ＦｅＣＯ ，此时腐蚀
为均匀腐蚀；当温度在１ １０￣Ｃ或更高的温度范围时，
由于发生了３Ｆｅ＋４Ｈ２Ｏ—Ｆｅ３Ｏ４＋４Ｈ２ Ｔ这样的反应，
故在１ １０￣Ｃ附近显示出钢腐蚀速率极大值，表面产物
膜层也由ＦｅＣＯ３变成Ｆｅ３Ｏ４￣［３Ｆｅ２Ｏ３，并且随温度的升
高，Ｆｅ Ｏ 量增加，在更高温度下，Ｆｅ Ｏ 在膜中的比
例将占主导地位。
图７绥中３６—１油田地面分注注水腐蚀性随温度变化曲线
ＴＯ１－ＡＬ ＣＯＲＲＯＳＩＯＮ ＣＯＮＴＲＯＬ ＶＯ Ｌ＿２７ Ｎｏ．０９ ＳＥＰ ２０１ ３
＿ 级 个一