王志国 毕海源 宋康 余发刚 杜成刚

(中国石油集团渤海钻探工程有限公司油气井测试分公司，河北 廊坊 065007)

油气井开发硫化氢腐蚀与防护研究

王志国 毕海源 宋康 余发刚 杜成刚

(中国石油集团渤海钻探工程有限公司油气井测试分公司，河北 廊坊 065007)

在油气井开发过程中，硫化氢气体（H2S）是比较常见的一种气体，这种气体不仅对开发设施、井下水泥环等造成相应的腐蚀，还对人体生命安全造成巨大的危险。这种气体的易溶于石油中，相关设施在这种石油的长期浸泡下，很容易发生井下管柱断裂、地面仪表爆破、井口装置失灵等严重事故，直接影响开采活动质量和效率。

井下管柱；油气井；硫化氢；腐蚀；防护

硫化氢，分子式为H2S，分子量为34.076，标准状况下是一种易燃的酸性气体，无色，低浓度时有臭鸡蛋气味，有毒。硫化氢能溶于水，易溶于醇类、石油溶剂和原油。所以，在石油开采过程中，酸性的硫化氢能够与开采的设施能够发生氧化还原反应，致使开采设施出现腐蚀情况。另外，硫化氢中的离解产物HS-、S2-对金属也有着一定的腐蚀效果。而且，不同的条件，产生的腐蚀产物性质也有所不同，例如产物FeS能够抑制腐蚀，而FexSy能够促进腐蚀。

1 硫化氢的腐蚀情况

1.1 硫化氢对油管、套管及井下工具的腐蚀作用

油管、套管及井下工具是石油开采过程中的重要设施，这些设施中含有大量的金属元素，在原油含水量和硫化氢的作用下，很容易发生氧化还原反应，从而导致这些设施发生相应的腐蚀情况。一般而言，这种腐蚀的情况是发生开采的中后期，因为开采之处的含水较少，腐蚀效果并不是很明显，随着开采进程的不断深入，腐蚀情况便显而易见。如四川威远气田震旦系的井由于水产量高使油管受到严重腐蚀，针对这种腐蚀情况，开采企业使用复合式缓蚀剂、井下封隔器等方式之后，腐蚀效果才得到有效控制。

1.2 硫化氢对水泥环柱的腐蚀作用

在古井的过程中，采用水泥是用来支撑套管，保护套管，封隔油、气、水，是保证油气井的有效方式。若是在开采的过程中，水泥环柱出现腐蚀，很容易导致套管发生腐蚀和破坏，不利于开采的有效进行。水泥石的腐蚀情况与孔隙结构和孔隙率有着密切关系。在水泥石中，含有大康的碱性物质，硫化氢会与这些物质发生化学反应，生成CaS、FeS、AI2S3等，严重影响水泥石在开采过程中的作用。

2 硫化氢的腐蚀机理

硫化氢之所以能够对油管、套管、井下工具、水泥环柱等进行腐蚀，这是因为硫化氢在酸性水溶液中容易发生电离反应，离解产物HS-、S2-都能与金属发生氧化还原反应，最终导致腐蚀情况的产生。而水泥石中CaO也很容易与酸性环境下的硫化氢发生反应，最终破坏水泥石，严重影响石油开采质量和效率。

3 防护硫化氢的腐蚀的措施

3.1 对油管、套管及井下工具的防护措施

（1）根据硫化氢的特性，合理科学地制定和改善开采设施

在油气井开发过程中，开发人员应该从实际出发，根据油气井的实际情况，制定和改善开发的相关的机械设备，避免钢材中含有过多的分离氢含量，减少S、Mn等元素的含量，避免硫化氢的氧化还原反应的发生，使得硫化物处于相对稳定的状态，从而有效地维护开发设施，保证油气井开发的质量和效率。可见，在油气井开发过程中，针对硫化氢的腐蚀性问题，加强开采设备的研究和开发，也是做好油管、套管及井下工具的防护的关键所在。

（2）根据硫化氢的特性，选取合适缓蚀剂

要更好保护油管、套管及井下工具，避免腐蚀情况的发生，使用缓蚀剂也是一种可行方式。在腐蚀剂的选取方面，应该根据井下环境的具体情况和实际需求充分考虑温度、压力、流速等因素，针对性地使用缓蚀剂，将油管、套管及井下工具被腐蚀的程度降到最低。同时，为了更好地保证缓蚀剂的正确使用，还要充分考虑系统中介质组成、运行参数及可能发生的腐蚀类型，充分掌握缓蚀剂的缓蚀性能，合理科学地处理缓蚀剂与石油、其他添加剂之间的兼容关系，避免化学反应的产生。若是在石油开采中，单一的缓蚀剂难以达到实际要求，此时应当考虑缓蚀剂的复配使用。在当下的石油开采过程中，采用的缓蚀剂主要是咪哇琳、季胺化合物、胺类的脂肪酸盐等等。

（3）设计相应的防腐层，制定防井下封隔器

防腐层主要是在钢材和井下的硫化氢酸性油气之间设计相应的隔离层，这种隔离层避免两者之间的接触产生相应的化学反应而导致井下设施的损坏，是一种保护井下设施的有效方式。另外，在保护油管外套和套管内壁的时候也可以采用井下封隔器，从油管的下端将油管和套管环空密封，避免H2S气体对油管、套管的腐蚀。

3.2 对水泥环柱的防护措施

要保证水泥环柱不被含有H2S气体油气腐蚀，可以在水泥体系中加入上当的二水石膏，二水石膏中含有大量的铝酸盐，铝酸盐能够很好的提升水泥对H2S腐蚀性能，保证水泥的坚硬度。当然，要提升水泥环柱的防腐性能，也可以根据实际情况，适当加入石膏、硅砂、硅粉等物质来提升水泥石抗腐蚀的性能。如此，保证石油开采的有效性和可行性。

4 结语

在开发含硫油气井的过程中，由于硫化氢酸性气体的存在，对钻具、油管、气管等设施都有一定的腐蚀效果。在这种油气的长时间腐蚀作用下，很容易发生一系列的问题，例如井下管柱断裂、地面仪表爆破等。这些问题直接影响油气的开采质量和效率，使得开采过程不断增加成本投入，不利于开采企业的长久发展。因而，在石油开采的实践中，注重开采设施的防腐措施显得至关重要。开采企业可以根据实际情况，运用缓蚀剂、防腐层、表面技术等方式加大防腐力度，保证开采的质量和效率。

王志国（1980-）男，汉族，河北邢台人，工程师，主要从事油气井测试工作。