油田防垢技術(shù).ppt

1、,濮陽(yáng)市軒轅石油機(jī)械配件有限公司 油田腐蝕與防腐技術(shù) 2011.8,前言,在油氣田開發(fā)過程中，從鉆采、開采、集輸?shù)接蜌獾乃幚?、?chǔ)運(yùn)等的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，腐蝕無處不在、無時(shí)不有，生產(chǎn)安全、人身安全和環(huán)境保護(hù)都受到嚴(yán)重的影響，因此腐蝕是制約和影響油氣田生產(chǎn)的主要因素之一?？朔?、防護(hù)腐蝕是現(xiàn)在及未來必不缺少的一部分。,目 錄,一、腐蝕的概述 二、防腐的概述 三、防腐的工藝介紹 四、防腐的現(xiàn)有技術(shù)方案 五、現(xiàn)有技術(shù)比較,一、腐蝕的概述,1.1、 定義： 腐蝕是金屬材料在周圍環(huán)境的作用下引起的破壞或變質(zhì)現(xiàn)象。,大慶油田三元復(fù)合驅(qū)后硅酸鹽結(jié)垢,在鹽酸液體中浸泡的垢塊,1.2、石油天然氣行生產(chǎn)中的腐蝕,石油天然

2、氣開采中的腐蝕是油田開發(fā)過程中對(duì)油水井生產(chǎn)和井筒影響十分嚴(yán)重的現(xiàn)象，因油水井套管腐蝕穿孔造成的油水井報(bào)廢、各種管線腐蝕穿孔、生產(chǎn)設(shè)備因腐蝕而頻繁地更換和報(bào)廢、井下管桿泵等因腐蝕損壞造成作業(yè)周期縮短等，均給油田的生產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 石油天然氣開采中的腐蝕分為： 化學(xué)腐蝕 、硫化氫腐蝕、二氧化碳腐蝕、 氧氣腐蝕 、大氣腐蝕,1.3腐蝕的分類,1、按環(huán)境分為： 干腐蝕：包括失澤、高溫氧化。 濕腐蝕：包括自然環(huán)境腐蝕：大氣腐蝕、土壤腐蝕、海水腐蝕、微生物腐蝕。 工業(yè)介質(zhì)腐蝕：酸、堿、鹽溶液中的腐蝕、工業(yè)水中的腐蝕、高溫高壓水中的腐蝕。 2、按腐蝕機(jī)理分為： a、化學(xué)腐蝕：金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)

3、生純化學(xué)作用引起的破壞。純化學(xué)腐蝕的現(xiàn)象極少，主要為金屬在無水有機(jī)液體中的腐蝕，如金屬在鹵代烴中的腐蝕、醇中的腐蝕。 b、 電化學(xué)腐蝕：金屬表面與離子導(dǎo)電的介質(zhì)（電解質(zhì)）發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)引起的破壞，任何電化學(xué)腐蝕反應(yīng)至少包含有一個(gè)陽(yáng)極反應(yīng)和一個(gè)陰極反應(yīng)。電化學(xué)腐蝕是最常見最普遍的腐蝕，金屬在大氣、土壤、海水和各種電解質(zhì)溶液的腐蝕都屬于電化學(xué)腐蝕。 c、物理腐蝕：金屬由于單純物理溶解作用引起的破壞，主要是金屬與熔融金屬接觸引起的溶解或開裂。 3、按腐蝕形態(tài)分為： 全面腐蝕或均勻腐蝕 局部腐蝕：包括電偶腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、剝蝕、選擇性腐蝕、絲狀腐蝕。 應(yīng)力作用下的腐蝕：包括應(yīng)力腐蝕斷裂、

4、氫脆和氫致開裂、腐蝕疲勞、磨損腐蝕、空泡腐蝕、微振腐蝕。,1.4、腐蝕的危害,腐蝕損失包括：材料消耗損失、工件性能失效、引發(fā)井下事故、引發(fā)災(zāi)難性事故。,二 、防腐的概述,2.1定義： 防腐就是通過采取各種手段，保護(hù)容易銹蝕的金屬物品的，來達(dá)到延長(zhǎng)其使用壽命的目的，通常采用物理防腐，化學(xué)防腐，電化學(xué)防腐等方法。,2.2、防止腐蝕技術(shù)的分類,2.3、防止腐蝕的原理,1、正確選用金屬材料； 選用耐腐蝕材料 2、改變環(huán)境成分，添加緩蝕劑； 緩蝕劑的原理是形成隔離膜對(duì)工具或材料進(jìn)行保護(hù) 3、采用電化學(xué)保護(hù)： 包括外加電流陰極保護(hù)、犧牲陽(yáng)極保護(hù)和陽(yáng)極保護(hù)； 采用 犧牲陽(yáng)極的自然電位保護(hù)或強(qiáng)制電流陰極保護(hù)。

5、 4、采用保護(hù)性覆蓋層或涂層； 地面防腐工程中常用的方法，井下用的玻璃襯技術(shù)、涂料技術(shù)或鎳磷電鍍、鍍鉻等。 5、改進(jìn)系統(tǒng)或構(gòu)件的設(shè)計(jì)；,2.4、防止腐蝕方法分析,1、改變金屬材料； 如選用不銹鋼、碳纖維等材料適用于井下工具如抽油泵、封隔器和特殊設(shè)備等專用工具，缺點(diǎn)是由于價(jià)格性能等原因無法大規(guī)模使用。 2、添加緩蝕劑： 適用于施工過程的防腐保護(hù)，如壓裂酸化施工、地面管線酸洗除垢、鉆井泥漿等，具有較好的緩蝕防腐作用且應(yīng)用廣泛；缺點(diǎn)是使用量大，對(duì)腐蝕環(huán)境或腐蝕介質(zhì)量小的環(huán)境效果好，對(duì)材料和腐蝕介質(zhì)的選擇性強(qiáng)，無法防止結(jié)垢和垢下腐蝕，緩蝕劑形成的覆蓋膜覆蓋不到的部位會(huì)成為陽(yáng)極區(qū)加快腐蝕速度。 3、電化

6、學(xué)保護(hù)： 廣泛應(yīng)用于港口船舶、埋地管道、城市供水供暖系統(tǒng)、儲(chǔ)罐等各個(gè)領(lǐng)域，目前在海洋、地面儲(chǔ)罐、埋地管道等方面強(qiáng)制電流陰極保護(hù)已成為一項(xiàng)成熟的防腐技術(shù)，具有經(jīng)濟(jì)有效抗蝕能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是不適用于化學(xué)腐蝕和物理腐蝕，犧牲陽(yáng)極保護(hù)靠自然電位保護(hù)其效果沒有強(qiáng)制電流陰極保護(hù)效果好。,油田產(chǎn)出液中的水中含碳酸鈣、鎂、鐵、鍶等金屬離子，產(chǎn)出液的礦化度高達(dá)幾萬PPM因此在油田開發(fā)中液體流動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，都存在結(jié)垢的可能性。 油田結(jié)垢通常是多種無機(jī)鹽和油垢的混合物，最常見的垢物成分是CaCO3，占80%以上，其次為NaCL、CaSO4、BaSO4、Fe2O3、Fe（OH）3、部分有機(jī)物和及少量泥砂晶核 垢的存

7、在，增加了油田開發(fā)的難度，增大油田開發(fā)的成本，給油田開發(fā)帶來許多危害。,三、結(jié)垢的基本概述,3.1結(jié)垢的基本概述,地層液產(chǎn)出過程，從地層到井筒儲(chǔ)積、到聯(lián)合站、水處理站，再經(jīng)泵站進(jìn)行水處理注到地下，有以下幾個(gè)結(jié)垢環(huán)境。 1、井近井地段，炮眼處，沉積結(jié)垢。 2、井筒內(nèi)壁結(jié)垢。 3、井下工具，泵、電泵等采油工具結(jié)垢。 4、地面集輸管線、閘門結(jié)垢。 5、容器內(nèi)結(jié)垢。 6、注水井地面管線結(jié)垢。 7、注水井井下管柱內(nèi)壁結(jié)垢。 8、注水井地層結(jié)垢。,3.2、油田開發(fā)中結(jié)垢的環(huán)境：,油田水結(jié)垢大體可分為兩種情況：（1）溫度、壓力、等熱力學(xué)條件改變，導(dǎo)致水中離子平衡狀態(tài)改變，結(jié)垢組分溶解度降低而析出結(jié)晶沉淀。（

8、2）離子組成不相溶的水相互混合而產(chǎn)生沉淀。結(jié)垢的形成可表示如下： Ca2+ + CO32- CaCO3 Ca2+ + SO42- CaSO4 Ba2+ + SO42- BaSO4 分子結(jié)合和排列形成微晶體，然后產(chǎn)生粒子化過程中，大量晶體堆積，沉積成垢長(zhǎng)大。,3.3、結(jié)垢機(jī)理,3.5垢結(jié)晶主要有以下原因：,液體不配伍：油井施工入井液、注入水等與地層水不配伍造成結(jié)垢。 地層生產(chǎn)壓差過大，造成地層孔隙壁上的微粒匯積，在喉管處結(jié)垢堵塞。 熱力學(xué)變化：因溫度、壓力變化，地層液中的造成滲解CO2氣體逸出，破壞滲液的相對(duì)平衡而結(jié)垢。 氣驅(qū)或化學(xué)驅(qū)油：如空氣驅(qū)油、二氧化碳驅(qū)油或三元復(fù)合驅(qū)油等改變了產(chǎn)出液體氣體

9、的成分。 離子吸咐：液體中的固體離子相互吸咐。 電化學(xué)吸咐：井筒中油管，工具等材料、材質(zhì)不同形成的金屬自然電位差，使垢離子吸咐。 垢離子堆積、沉積，液體流動(dòng)過程中地層水中的垢相互碰撞吸咐，開成垢晶，越長(zhǎng)越大，堆積并沉降在管壁流道上。 無機(jī)物膠結(jié)：油垢膠壓成份的膠結(jié)成垢。 潛油電泵機(jī)組發(fā)熱使水蒸發(fā)，井中金屬離子呈過飽和狀態(tài)結(jié)垢。 井下電泵高速旋轉(zhuǎn)，液體速度高垢晶碰撞堆積。 井下管柱、液體流動(dòng)不光滑表面易形成垢沉積的環(huán)境。 多層開采井：地層液相混合在井筒中，離子濃度發(fā)生變化。,除垢是采用酸式除垢劑清除沉積在井筒或地面管線上的垢質(zhì)。 防垢是在垢晶形成之前采用化學(xué)防垢劑控制垢結(jié)晶、晶核長(zhǎng)大和沉積，主要

10、手段有：（1）防止晶核化或抑制結(jié)晶長(zhǎng)大；（2）分離晶核，控制成垢陽(yáng)離子，主要是螯合二價(jià)金屬離子；（3）防止沉積，保持固相顆粒在水中擴(kuò)散并防止在金屬表面沉積。 油田產(chǎn)出水結(jié)垢是一種結(jié)構(gòu)致密的沉積物，一旦形成垢要清除掉積垢需要用大量的除垢劑和施工機(jī)具，投入成本高且不能根除結(jié)垢，除垢對(duì)井筒油套管和地面管線的傷害較大；而采用防垢手段則相對(duì)成本較低，選擇低傷害防垢劑對(duì)地層、油套管和地面管線均不會(huì)產(chǎn)生傷害。,3.4除垢和防垢工藝對(duì)比,3.6、常用的坊垢技術(shù),常用的除垢技術(shù)：化學(xué)除垢、超聲波除垢 常用的防垢技術(shù)： 1、化學(xué)防垢： 通過稀釋和加入阻垢劑阻止或減緩結(jié)垢，其機(jī)理為：稀釋作用、增溶作用、分散作用、靜

11、電斥力作用、晶體略變作用、去活化作用。增溶作用：利用含羥基或磺基功能團(tuán)的高分子防垢劑，與CaCO3或CaSO4等無機(jī)鹽中的Ca+發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，生成可溶性的絡(luò)合物或鰲合物，從而起到增溶作用防垢。,2、物理法防垢： 通過物理方法阻止無機(jī)鹽沉積的方法。其作用原理有：振散作用、振壁作用、電解作用、電化學(xué)效應(yīng)、磁場(chǎng)效應(yīng)、輻射作用、催化作用、轉(zhuǎn)嫁作用。 物理法防垢的方法有：晶種技術(shù)：用一個(gè)晶種在液體中作為結(jié)垢體，組織其他部位結(jié)垢。 超聲波防垢：利用超聲波的振動(dòng)作用和空化作用防垢。產(chǎn)品有：超聲波除垢器、超聲波解堵技術(shù)、聲波防垢器、聲磁耦合防垢器 3、工藝法防垢：比如油田水的處理、工藝方法的改變,四、現(xiàn)有防腐

12、技術(shù)方案,1、陰極保護(hù)器 2、抽油桿防多功能腐防磨器 3、微量滴加裝置系列 4、油水井強(qiáng)制電流防腐站 5、防垢系列,一、固體防垢器,產(chǎn)品型號(hào)： BFR系列 產(chǎn)品性能：分離晶核，抑制晶核長(zhǎng)大，防止沉積,技術(shù)參數(shù)： 耐溫等級(jí)： 60 、80、 110 。 最大外徑： 107mm、102mm 防垢率： 95% 磁場(chǎng)強(qiáng)度 10000-15000 高斯 流速： 1m/s 有效發(fā)生電量：1.1 A.h/g 電流效率：65% 適用套管： 51/2 （其他規(guī)格根據(jù)用戶要求定制） 單套配備： 單節(jié) 4m 推薦適用排量范圍：5-20m3/d,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例 中原油田采油二廠Pc63井采用潛油電泵生產(chǎn)2001年度檢泵三次

13、，結(jié)垢周期70天，2002年元月下入固體防垢器到2002年10月檢泵，周期達(dá)到280多天。濮5-599電泵結(jié)垢周期為45天，2001年作業(yè)7次，2002年2月下入固體防垢器，檢泵周期延長(zhǎng)至2003年元月，達(dá)到330天。,二、磁化高效防垢器,型號(hào)：HDA,HDA系列磁化高效防垢器結(jié)構(gòu)圖,抽油泵、電泵接口 化學(xué)固體防垢劑 尾管接口 化學(xué)防垢劑 化學(xué)放垢劑 強(qiáng)磁防垢器 電化學(xué)防垢器 電化學(xué)防垢器 強(qiáng)磁防垢器,HDA磁化高效防垢器包含三項(xiàng)技術(shù) H-含羥基或磺基功能團(tuán)的高分子化學(xué)高效防垢劑 D-釹鐵硼永磁材料高能磁防垢技術(shù) A-鋁基合金犧牲陽(yáng)極電化學(xué)防垢技術(shù),磁防垢機(jī)理 能量轉(zhuǎn)換和傳遞：通過磁場(chǎng)作用影響

14、流體的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，使流體中的垢離子能級(jí)改變，電導(dǎo)率變化使井液不易沉積結(jié)垢。 感應(yīng)磁場(chǎng)機(jī)理：流體介質(zhì)在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下形成極性分子，分子相互排斥產(chǎn)生扭曲、變形、反轉(zhuǎn)和震動(dòng)使垢晶不易沉積。,HDA磁化高效防垢器的技術(shù)參數(shù) 耐溫等級(jí)： 60 、80、 110 。 最大外徑： 107mm、102mm 防垢率： 95% 磁場(chǎng)強(qiáng)度 10000-15000 高斯 流速： 1m/s 有效發(fā)生電量：1.1 A.h/g 電流效率：65% 適用套管： 51/2 （其他規(guī)格根據(jù)用戶要求定制） 單套配備： 兩節(jié) 8m 推薦適用排量范圍：5-20m3/d,三、化學(xué)防垢機(jī)理 增溶作用：羥基或磺基功能團(tuán)與垢離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，起到

15、增溶作用防垢。 分散作用：聚羧酸聚離子，垢離子產(chǎn)生物理或化學(xué)吸附，使垢離子吸附在聚離子懸浮于流體中。 靜電斥力作用：高分子阻垢劑具有較強(qiáng)的電荷密度，產(chǎn)生離子斥力，阻止無機(jī)鹽微粒相互接觸。 晶體畸變作用：阻礙和干擾垢的正常生長(zhǎng)，打亂晶體正常排列，使垢晶發(fā)生畸變不能結(jié)成硬垢。,油水井在線加注裝置型號(hào)：YJDJ-、YJDJ-,油水井在線微量加注 井筒多元防護(hù)技術(shù) 連續(xù)防垢、防蠟、防腐、防鹽專用設(shè)備,油田開發(fā)采油過程中需要對(duì)油井井筒加入清蠟劑、緩蝕劑、防垢劑等工作液，常用的方法是周期性投加工作液，這種方法存在投加量大、效果不連續(xù)等問題，油井產(chǎn)油是連續(xù)生產(chǎn)因此工作液的投加也要采用連續(xù)的方法才能確保加藥效

16、果的有效，油水井在線加注裝置提供了一套與油井工作狀況相適應(yīng)的工作液投加方案，對(duì)油井采油的清蠟劑、緩蝕劑、防垢劑等工液提供一種省料有效的手段。,油井防蠟采用連續(xù)滴加高效防蠟劑的方法可以有效防蠟，可以降低防蠟成本、減少熱水洗井造成的油井污染、降低管理費(fèi)用、有效延長(zhǎng)檢泵周期。 油井防腐采用連續(xù)滴加高效防腐劑的方法可以有效防止井筒腐蝕，降低防腐成本、降低管理費(fèi)用、減少套管油管的腐蝕提高油井井下材料的效用。,油水井在線加注裝置型號(hào)：YJDJ-、YJDJ-,油水井在線投加裝置性能及技術(shù)參數(shù)表,油水井犧牲陽(yáng)極及應(yīng)用效果,KXY-2型油管陽(yáng)極形成的自然電位可以保護(hù)上下50m的油管柱，因此在安裝油管陽(yáng)極時(shí)每90-100m安裝一只，油管陽(yáng)極的安裝方法是在下油管過程中將加工好的油管陽(yáng)極串接在油管柱上，上緊絲扣即完成油管陽(yáng)極的安裝。KXY-2型油管陽(yáng)極的使用壽命為三年。,抽油桿多功能防腐防磨器和油管陰極保護(hù)器技術(shù)應(yīng)用,