毛冠華　張恒　張桴

摘要：犧牲陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)是抑制油井管桿腐蝕較為有效的方法，具有保護(hù)效果優(yōu)異，實(shí)施工藝簡(jiǎn)單，成本低廉等優(yōu)勢(shì)。本文闡述了油井犧牲陽(yáng)極保護(hù)機(jī)理，分析了陽(yáng)極材料的保護(hù)性能，以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，為該技術(shù)在油田的推廣應(yīng)用提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：有井腐蝕;犧牲陽(yáng)極保護(hù);電流效率

在油氣開發(fā)領(lǐng)域，金屬的腐蝕問(wèn)題廣泛存在，其中最具代表性的就是油井的油、套管腐蝕，造成管桿腐蝕失效，嚴(yán)重影響了日常的正常生產(chǎn)作業(yè)。油田腐蝕大部分發(fā)生在油田水介質(zhì)和含水介質(zhì)中，主要發(fā)生電化學(xué)腐蝕。油田水介質(zhì)礦化度較高，同時(shí)常溶有O₂、CO₂、H₂S和細(xì)菌等多種腐蝕性物質(zhì)，在金屬表面形成數(shù)個(gè)腐蝕電池，產(chǎn)生氧化物或氫氧化物，造成設(shè)備腐蝕。陰極保護(hù)技術(shù)是控制金屬電化學(xué)腐蝕的最為有效的保護(hù)方法，由于犧牲陽(yáng)極保護(hù)成本低廉，不需要對(duì)油井進(jìn)行改造，保護(hù)效果可控且實(shí)施方便，因此在油井管桿腐蝕防護(hù)方向有良好的發(fā)展前景^[1]。本文通過(guò)對(duì)犧牲陽(yáng)極保護(hù)機(jī)理、陽(yáng)極材料電化學(xué)性能和犧牲陽(yáng)極保護(hù)工具現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用等方面的研究，總結(jié)了該技術(shù)的應(yīng)用效果，以期為油井管桿的犧牲陽(yáng)極防腐蝕設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

1 油井犧牲陽(yáng)極保護(hù)機(jī)理

油井陽(yáng)極保護(hù)依據(jù)電化學(xué)陰極保護(hù)原理，使油管與更活潑的金屬相連，直接固定在特制的油管基管短節(jié)上，在作業(yè)下油管的同時(shí)，把油管陽(yáng)極保護(hù)器連接在油管上，下入油井或注水井中，在井筒的電解質(zhì)溶液中，合金與油管原腐蝕電池成了一個(gè)新的宏觀電池，合金作為新電池的陽(yáng)極，油管即為陰極，陽(yáng)極不斷向被保護(hù)的油管提供陰極電流，對(duì)油管進(jìn)行陰極極化，原油管的腐蝕電池作用被迫停止，從根本上抵制了油管的電化學(xué)腐蝕^[2]。隨著電流的不斷流動(dòng)，陽(yáng)極合金不斷被消耗掉，成為粉末后沉降于井底。當(dāng)陽(yáng)極合金消耗完后油管才會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，從而達(dá)到延緩油管腐蝕，保護(hù)油管的目的。

同時(shí)隨著陽(yáng)極材料的腐蝕，腐蝕介質(zhì)中的腐蝕離子不算消耗，介質(zhì)腐蝕性不斷減少。鋁陽(yáng)極的二次反應(yīng)生成物，氫氧化鋁也具有這種特性，氫氧化鋁可以與碳酸和硫化氫發(fā)生中和反應(yīng)生成鹽和水。如碳酸、硫化氫和氫氧化鋁的反應(yīng)為：H₂CO₃+Al（OH）₃→Al₂（CO₃）₂+H₂O;H₂S+Al（OH）₃→Al₂S₃+H₂O;陽(yáng)極材料的中和作用顯然也大大降低了二氧化碳和硫化氫腐蝕。

2 陽(yáng)極材料性能評(píng)價(jià)

陽(yáng)極材料選擇應(yīng)考慮材料電化學(xué)參性能、工況條件和使用成本。通常選用Al-Zn-In-Cd系列合金，該系列合金電位穩(wěn)定，電流效率高，腐蝕均勻且產(chǎn)物容易脫落，價(jià)格低廉，固選用該系列合金進(jìn)行測(cè)試。

測(cè)試依據(jù)GB/T17848-1999《犧牲陽(yáng)極電化學(xué)性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行，對(duì)Al-Zn-In-Cd陽(yáng)極在采出水介質(zhì)中進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)溫度為60℃，參比電極為飽和甘汞電極（SCE）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1和圖1所示，Al-Zn-In-Cd陽(yáng)極開路電位為-1.051V，實(shí)際電容量為1462.4A·h/kg，電流效率高達(dá)53.37%，實(shí)驗(yàn)后試樣表面溶解情況良好，無(wú)點(diǎn)蝕和腐蝕產(chǎn)物堆積。材料工作電位穩(wěn)定，試驗(yàn)120h后較開路電位無(wú)明顯變化，材料處于活化狀態(tài)，無(wú)鈍化現(xiàn)象出現(xiàn)，表面溶解均勻。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用評(píng)價(jià)

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)在長(zhǎng)慶油田某區(qū)塊進(jìn)行，該區(qū)塊油井腐蝕嚴(yán)重，篩管和抽油泵附近常出現(xiàn)腐蝕漏失，平均檢泵周期約為150天。為解決油井腐蝕問(wèn)題，在動(dòng)液面下每隔100m下入一根油井陽(yáng)極保護(hù)，直至篩管。措施后油管腐蝕情況如圖2所示，油管表面光潔無(wú)明顯腐蝕情況，保護(hù)效果優(yōu)異，平均檢泵周期延長(zhǎng)至320天左右。經(jīng)測(cè)量，犧牲陽(yáng)極材料剩余約40%，因此保護(hù)周期可達(dá)500天左右，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)論

1. 犧牲陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)通過(guò)電化學(xué)保護(hù)作用和降低油水介質(zhì)腐蝕性來(lái)起到對(duì)油管、桿的保護(hù)作用。
2. 在工況條件下通常Al-Zn-In-Cd系列合金，該系列合金電位穩(wěn)定，腐蝕產(chǎn)物易脫落，電流效率高，可達(dá)53.37%，抑制腐蝕效果優(yōu)異。

（3）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，措施后油管桿腐蝕輕微，平均檢泵周期延長(zhǎng)至320天左右，有效保護(hù)周期可達(dá)500天左右，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1]穆哈拜，楊新明，戶貴華，等.油井管桿犧牲陽(yáng)極防腐蝕裝置的研制與應(yīng)用[J].腐蝕與防護(hù)，2000（07）：309-310+312.

[2]周勇，周攀虎，任秋潔，等.犧牲陽(yáng)極保護(hù)前后污水儲(chǔ)罐的腐蝕行為演變及機(jī)理研究[J].材料保護(hù)，2019，52（11）：28-32+43.