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[摘 要]本文通过对二氧化碳驱油井腐蚀情况调查和腐蚀原因统计分析，指出二氧化碳腐蚀是造成躺井的主要原因，通过腐蚀机理和影響因素研究，结合沙一和卫42-43二氧化碳驱油藏温度、地层压力以及井筒材质特点，确定均为局部腐蚀。针对这一问题采取了卡封油井固体缓蚀剂防腐、防腐电机防腐、周期性加注液体抗二氧化碳缓蚀剂等治理措施，在现场实施后取得了显著效果。
[关键词]腐蚀 缓蚀剂 防腐电机 效果
中图分类号：X6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）11-0191-01
1 概述
濮城油田自2008年5月在沙一下油藏开始二氧化碳驱试验，规模逐渐扩大，油藏最多时同时注气井达10口，日注液体二氧化碳350t；2015年7月在卫42-43特低渗油藏也开展试验，部署10口井，目前已注气6口井，日注液体二氧化碳120t。
随着注气的进行腐蚀问题越来越突出，据统计，2016年沙一下二氧化碳驱油藏躺井45井次，其中二氧化碳腐蚀造成躺井36口，偏磨6口，管杆老化2口，结垢1口；卫42-43二氧化碳驱油藏躺井28井次，其中二氧化碳腐蚀造成躺井8口，偏磨11口，管杆老化4口，结垢3口，结盐1口，出砂1口。
2 二氧化碳驱腐蚀机理研究
2.1 腐蚀机理
干燥的CO2气体本身是没有腐蚀性的。CO2较易溶解于水，当CO2溶于水时，会使钢铁表面发生电化学腐蚀。CO2对设备及管道的腐蚀可形成均匀腐蚀，也可形成局部腐蚀。
2.1.1均匀腐蚀
均匀腐蚀表现为基体表面连续区域失去金属。CO2腐蚀可理解为油气中CO2气体溶解于水生成碳酸后引起的电化学腐蚀。铁在CO2水溶液中的腐蚀基本过程实质是CO2溶解后形成的HCO3-电离出H+的还原过程，总的腐蚀反应为：
CO2+H2O+Fe→FeCO3+H2
2.1.2 局部腐蚀
CO2的腐蚀破坏往往是由局部腐蚀造成的，局部腐蚀中常见的腐蚀类型多为点蚀、台地侵蚀和流动诱导局部腐蚀，有时还有缝状、槽状腐蚀等，其中以点蚀、台地侵蚀和流动诱导局部腐蚀最为常见，宏观表现为局部穿孔及局部破损。
在含CO2的介质中，腐蚀产物或其他的生成物膜在钢铁表面不同的区域覆盖度不同，由于Fe/Fe2+、FeCO3/Fe电极电位不同，不同覆盖度的区域之间形成了具有很强自催化特性的腐蚀电偶或闭塞电池，CO2的局部腐蚀就是这种腐蚀电偶作用的结果。这一机理解释了水化学作用和在现场一旦发生上述过程时，局部腐蚀会突然变得非常严重等现象，例如现场发生的管道穿孔现象。
2.2 CO2腐蚀影响因素
2.2.1温度
温度是通过化学反应速度与腐蚀产物成膜机制来影响CO2腐蚀速率的。总的来说，温度不同时，CO2腐蚀有3种情况：
（1）温度﹤60℃时，CO2成膜困难，即使暂时形成FeCO3膜也会逐渐溶解。因此，金属表面没有FeCO3膜，或是只有松软而无附着力的FeCO3膜。此时CO2腐蚀速率是由水解生成碳酸的速度和CO2扩散至金属表面的速度共同决定，以均匀腐蚀为主。
（2）温度在60～110℃时，腐蚀产物层厚而松，易于发生严重的均匀腐蚀和局部腐蚀，局部腐蚀较为突出。
（3）温度在110～150℃时，随着温度的增加，腐蚀速率降低，当温度达到150℃以上时，腐蚀产物是细致、紧密、附着力强、具有保护性质的FeCO3和Fe3O4膜，能够降低CO2腐蚀速率。
通过以上分析可以看出，CO2腐蚀受温度影响较大，因此CO2气井的局部腐蚀由于温度的影响常常选择性地发生在井的某一深处。
2.2.2 CO2分压
CO2腐蚀程度在很大程度上取决于CO2在水溶液中的溶解度，因为只有CO2溶于水后，才会对钢铁产生腐蚀。随着CO2分压的增大，CO2在水中的溶解度增大，从碳酸中分解的氢离子浓度也就越高，因而腐蚀被加速。然而并不是CO2分压越大，腐蚀越严重，这是因为有腐蚀产物膜存在的缘故，而腐蚀产物膜又与温度有关，因此不同温度区间，CO2分压的影响是不同的。
一般来说，介质中的CO2分压对钢的腐蚀形态有显著的影响。当CO2分压低于0.483×10-1MPa时，易发生CO2的均匀腐蚀；当CO2分压在0.483×10-1～2.07×10-1MPa之间则可能发生不同程度的小孔腐蚀；当CO2分压大于2.07×10-1MPa时，则可能发生严重的局部腐蚀。
2.2.3 合金元素
以对碳钢和含铬钢的腐蚀为例，有均匀腐蚀，也有局部腐蚀。不同的介质温度，腐蚀的发生主要分为3类，根据不同腐蚀破形态，提出了不同的腐蚀机理：在温度较低时，对碳钢主要发生金属的溶解，为全面腐蚀，而对于含铬钢可以形成腐蚀产物膜；在中间温度区间，主要发生局部腐蚀，如点蚀，腐蚀产物在钢表面上分布不均匀；在高温时，对于碳钢或含铬钢而言，腐蚀产物可较好地沉积在钢的表面，从而抑制腐蚀的进行。
3 二氧化碳驱防腐治理对策
针对濮城油田二氧化碳驱生产现状及腐蚀特点采用以下几种方法：
3.1 优化注入井的管柱结构
由于CO2气体在套管上部遇水形成碳酸，对套管的腐蚀作用，因此作业下注气管柱时应用气密性封隔器将油层上界以上套管保护以来，预防二氧化碳侵入，同时定期加入液体缓蚀剂。
3.2 卡封油井固体缓蚀剂防腐
卡封生产油井采用在井底和尾管一次性投加适量固体缓蚀剂的方法进行防腐。以濮1-92为例
3.3 选择优质的耐蚀材料
沙一下油藏温度低于100℃，油井管材和抽油泵、电泵等可采用含3%Cr或更高Cr含量的钢，特别是大液量的电泵井，采用防腐材质电机，降低二氧化碳对电机的腐蚀。
卫42-43高温低渗油藏温度普遍高于110℃，油井管材应采用Cr含量为13%的不锈钢。
3.4 加注抗二氧化碳缓蚀剂
井下使用的N80、P110等碳钢和低合金钢管材对CO2的耐蚀性较差，添加缓蚀剂是一种既有效又经济的控制腐蚀的手段。通常只需少量添加于腐蚀介质中，就可以大大降低腐蚀速度，减少或消灭孔蚀等局部腐蚀。
经室内评价在用抗二氧化碳缓蚀剂效果均达到标准要求，缓蚀率在72%以上。针对二氧化碳驱每口油井的铁离子含量、二氧化碳含量以及产液量、含水、温度、产气、油层压力等参数，制定防腐一井一策。
4 治理效果
2017年1-7月，坚持开展油井含铁和CO2含量检测，优化加药周期和加药量；应用井口连续加液体缓蚀剂、固体缓蚀剂防腐以及防腐电机等措施；油井产出液铁离子含量控制在20～30mg/l与非二氧化碳驱油井基本相当，见到了明显的防腐效果。
沙一下油藏二氧化碳驱油井2017年1-7月躺井15井次，躺井比例8.82%，平均检泵周期159天。2016年1-7月躺井24井次，躺井比例11.54%，平均检泵周期135天。与2016年同期相比，躺井减少9口，躺井率下降3.26个百分点，检泵周期延长24天。
二氧化碳驱油井2017年与2016年同期相比，减少作业19井次，减少作业和管杆材料费380万元，效果显著。
5 结论与建议
5.1 对卡封生产油井采用尾管投加固体缓蚀剂，可以保护油层液面以下油、套管。
5.2 改变钢材的组成是提高管材抗腐蚀能力最直接、最有效的途径。
5.3 现场可采取的配套防腐工艺措施有：①优化注入井的管柱结构；②使用耐蚀管材如防腐电机；③加注抗二氧化碳缓蚀剂；④建立油井腐蚀监测网等。
参考文献
[1] WTPT·1997（2）18胡奇才，CO2对气并油管腐蚀机理及防腐措施.
[2] 油气田地面工程第32卷第6期（2013.06）〈基建管理〉鲍云波，CO2驱油气井的腐蚀预测与防护.
[关键词]腐蚀 缓蚀剂 防腐电机 效果
中图分类号：X6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）11-0191-01
1 概述
濮城油田自2008年5月在沙一下油藏开始二氧化碳驱试验，规模逐渐扩大，油藏最多时同时注气井达10口，日注液体二氧化碳350t；2015年7月在卫42-43特低渗油藏也开展试验，部署10口井，目前已注气6口井，日注液体二氧化碳120t。
随着注气的进行腐蚀问题越来越突出，据统计，2016年沙一下二氧化碳驱油藏躺井45井次，其中二氧化碳腐蚀造成躺井36口，偏磨6口，管杆老化2口，结垢1口；卫42-43二氧化碳驱油藏躺井28井次，其中二氧化碳腐蚀造成躺井8口，偏磨11口，管杆老化4口，结垢3口，结盐1口，出砂1口。
2 二氧化碳驱腐蚀机理研究
2.1 腐蚀机理
干燥的CO2气体本身是没有腐蚀性的。CO2较易溶解于水，当CO2溶于水时，会使钢铁表面发生电化学腐蚀。CO2对设备及管道的腐蚀可形成均匀腐蚀，也可形成局部腐蚀。
2.1.1均匀腐蚀
均匀腐蚀表现为基体表面连续区域失去金属。CO2腐蚀可理解为油气中CO2气体溶解于水生成碳酸后引起的电化学腐蚀。铁在CO2水溶液中的腐蚀基本过程实质是CO2溶解后形成的HCO3-电离出H+的还原过程，总的腐蚀反应为：
CO2+H2O+Fe→FeCO3+H2
2.1.2 局部腐蚀
CO2的腐蚀破坏往往是由局部腐蚀造成的，局部腐蚀中常见的腐蚀类型多为点蚀、台地侵蚀和流动诱导局部腐蚀，有时还有缝状、槽状腐蚀等，其中以点蚀、台地侵蚀和流动诱导局部腐蚀最为常见，宏观表现为局部穿孔及局部破损。
在含CO2的介质中，腐蚀产物或其他的生成物膜在钢铁表面不同的区域覆盖度不同，由于Fe/Fe2+、FeCO3/Fe电极电位不同，不同覆盖度的区域之间形成了具有很强自催化特性的腐蚀电偶或闭塞电池，CO2的局部腐蚀就是这种腐蚀电偶作用的结果。这一机理解释了水化学作用和在现场一旦发生上述过程时，局部腐蚀会突然变得非常严重等现象，例如现场发生的管道穿孔现象。
2.2 CO2腐蚀影响因素
2.2.1温度
温度是通过化学反应速度与腐蚀产物成膜机制来影响CO2腐蚀速率的。总的来说，温度不同时，CO2腐蚀有3种情况：
（1）温度﹤60℃时，CO2成膜困难，即使暂时形成FeCO3膜也会逐渐溶解。因此，金属表面没有FeCO3膜，或是只有松软而无附着力的FeCO3膜。此时CO2腐蚀速率是由水解生成碳酸的速度和CO2扩散至金属表面的速度共同决定，以均匀腐蚀为主。
（2）温度在60～110℃时，腐蚀产物层厚而松，易于发生严重的均匀腐蚀和局部腐蚀，局部腐蚀较为突出。
（3）温度在110～150℃时，随着温度的增加，腐蚀速率降低，当温度达到150℃以上时，腐蚀产物是细致、紧密、附着力强、具有保护性质的FeCO3和Fe3O4膜，能够降低CO2腐蚀速率。
通过以上分析可以看出，CO2腐蚀受温度影响较大，因此CO2气井的局部腐蚀由于温度的影响常常选择性地发生在井的某一深处。
2.2.2 CO2分压
CO2腐蚀程度在很大程度上取决于CO2在水溶液中的溶解度，因为只有CO2溶于水后，才会对钢铁产生腐蚀。随着CO2分压的增大，CO2在水中的溶解度增大，从碳酸中分解的氢离子浓度也就越高，因而腐蚀被加速。然而并不是CO2分压越大，腐蚀越严重，这是因为有腐蚀产物膜存在的缘故，而腐蚀产物膜又与温度有关，因此不同温度区间，CO2分压的影响是不同的。
一般来说，介质中的CO2分压对钢的腐蚀形态有显著的影响。当CO2分压低于0.483×10-1MPa时，易发生CO2的均匀腐蚀；当CO2分压在0.483×10-1～2.07×10-1MPa之间则可能发生不同程度的小孔腐蚀；当CO2分压大于2.07×10-1MPa时，则可能发生严重的局部腐蚀。
2.2.3 合金元素
以对碳钢和含铬钢的腐蚀为例，有均匀腐蚀，也有局部腐蚀。不同的介质温度，腐蚀的发生主要分为3类，根据不同腐蚀破形态，提出了不同的腐蚀机理：在温度较低时，对碳钢主要发生金属的溶解，为全面腐蚀，而对于含铬钢可以形成腐蚀产物膜；在中间温度区间，主要发生局部腐蚀，如点蚀，腐蚀产物在钢表面上分布不均匀；在高温时，对于碳钢或含铬钢而言，腐蚀产物可较好地沉积在钢的表面，从而抑制腐蚀的进行。
3 二氧化碳驱防腐治理对策
针对濮城油田二氧化碳驱生产现状及腐蚀特点采用以下几种方法：
3.1 优化注入井的管柱结构
由于CO2气体在套管上部遇水形成碳酸，对套管的腐蚀作用，因此作业下注气管柱时应用气密性封隔器将油层上界以上套管保护以来，预防二氧化碳侵入，同时定期加入液体缓蚀剂。
3.2 卡封油井固体缓蚀剂防腐
卡封生产油井采用在井底和尾管一次性投加适量固体缓蚀剂的方法进行防腐。以濮1-92为例
3.3 选择优质的耐蚀材料
沙一下油藏温度低于100℃，油井管材和抽油泵、电泵等可采用含3%Cr或更高Cr含量的钢，特别是大液量的电泵井，采用防腐材质电机，降低二氧化碳对电机的腐蚀。
卫42-43高温低渗油藏温度普遍高于110℃，油井管材应采用Cr含量为13%的不锈钢。
3.4 加注抗二氧化碳缓蚀剂
井下使用的N80、P110等碳钢和低合金钢管材对CO2的耐蚀性较差，添加缓蚀剂是一种既有效又经济的控制腐蚀的手段。通常只需少量添加于腐蚀介质中，就可以大大降低腐蚀速度，减少或消灭孔蚀等局部腐蚀。
经室内评价在用抗二氧化碳缓蚀剂效果均达到标准要求，缓蚀率在72%以上。针对二氧化碳驱每口油井的铁离子含量、二氧化碳含量以及产液量、含水、温度、产气、油层压力等参数，制定防腐一井一策。
4 治理效果
2017年1-7月，坚持开展油井含铁和CO2含量检测，优化加药周期和加药量；应用井口连续加液体缓蚀剂、固体缓蚀剂防腐以及防腐电机等措施；油井产出液铁离子含量控制在20～30mg/l与非二氧化碳驱油井基本相当，见到了明显的防腐效果。
沙一下油藏二氧化碳驱油井2017年1-7月躺井15井次，躺井比例8.82%，平均检泵周期159天。2016年1-7月躺井24井次，躺井比例11.54%，平均检泵周期135天。与2016年同期相比，躺井减少9口，躺井率下降3.26个百分点，检泵周期延长24天。
二氧化碳驱油井2017年与2016年同期相比，减少作业19井次，减少作业和管杆材料费380万元，效果显著。
5 结论与建议
5.1 对卡封生产油井采用尾管投加固体缓蚀剂，可以保护油层液面以下油、套管。
5.2 改变钢材的组成是提高管材抗腐蚀能力最直接、最有效的途径。
5.3 现场可采取的配套防腐工艺措施有：①优化注入井的管柱结构；②使用耐蚀管材如防腐电机；③加注抗二氧化碳缓蚀剂；④建立油井腐蚀监测网等。
参考文献
[1] WTPT·1997（2）18胡奇才，CO2对气并油管腐蚀机理及防腐措施.
[2] 油气田地面工程第32卷第6期（2013.06）〈基建管理〉鲍云波，CO2驱油气井的腐蚀预测与防护.