抽油杆防腐蚀技术分析研究与应用

1.抽油杆腐蚀的主要类型与机理

在众多采油方式中，有杆泵采油凭借其技术成熟、适应性强、管理方便等优势，但易受环境、力学、材料等多因素交互作用的复杂过程，造成腐蚀严重，具体类型有四种：

一是电化学腐蚀，地层水作为电解质，在抽油杆金属表面形成腐蚀微电池，阳极区发生铁溶解，化学反应式为 Fe⟶Fe²+2e^- ；阴极区发生氧还原，O₂ +2H₂O+4e^-4OH^- ，或析氢反应，即 2H⁺ +2e^- →H₂。

二是化学腐蚀，地层产出流体中含有二氧化碳、二氧化硫等酸气体，溶于水后形成酸液对抽油杆造成化学腐蚀。其中二氧化碳为例，溶入水后形成碳酸，具有强腐蚀性，能对金属材料造成全面腐蚀或局部腐蚀，其基本过程是阳极为铁的氧化过程，阴极为 CO₂ 溶解后形成的 电离出 H+ 的还原过程，具体反应式为： CO₂+H₂O+Fe FeCO₃+H₂ 。

三磨损腐蚀，井液携带的砂粒、结垢物或抽油杆与油管间的相对运动，造成保护膜（如腐蚀产物膜或涂层）机械损伤甚至基体磨损，加速局部腐蚀进程。

四是微生物腐蚀，油藏环境中的硫酸盐还原菌（SRB）、产酸菌（APB）等微生物在抽油杆表面形成生物膜。SRB 代谢产生 ，直接腐蚀金属并促进氢脆；APB 代谢产酸，降低局部 pH 值，加剧腐蚀。另外生物膜的存在也阻碍缓蚀剂到达金属表面。

2.抽油杆防腐蚀关键技术研究

2.1 高性能防护涂层技术

（1）环氧树脂基涂层

环氧树脂基涂层附着力强、耐化学性好、成本适中，能够提升韧性、耐温性及阴极剥离性能。

（2）聚酰胺酰亚胺（PAI）涂层

聚酰胺酰亚胺（PAI）涂层具有耐高温（ >200^∘Ci ）、耐腐蚀性、耐磨性强等特点，适用于超深井、高温高压高含硫等苛刻工况。

（3）非晶态合金涂层（如Ni-P、Ni-W-P）

通过化学镀或电镀制备，结构致密无晶界，耐蚀性显著优于钢铁基体。高硬度赋予其优异耐磨性。Ni-P 镀层经适当热处理后硬度可达HV1000 以上，耐蚀性进一步提升。Ni-W-P 三元合金在耐高温腐蚀方面更具潜力。

（4）纳米复合涂层

将纳米粒子引入传统涂层树脂基体。纳米粒子能有效填充涂层孔隙，延长腐蚀介质扩散路径。同时可以改善涂层的力学性能和耐磨损性。另外部分粒子还具有抗菌或缓蚀功能，如石墨烯/环氧涂层展现出卓越的阻隔性能和防腐寿命。

（5）喷涂聚脲弹性体

喷涂聚脲弹性体能够快速固化、无溶剂、韧性极佳、耐冲击和耐磨性能突出，适用于易受机械损伤的抽油杆接箍部位及修复。

2.2 耐蚀合金材料应用

对于极端腐蚀环境，直接采用耐蚀合金抽油杆是根本解决方案。首先是不锈钢抽油杆，如 22Cr 双相不锈钢，兼具奥氏体的韧性与铁素体的强度，耐Cl⁻ 点蚀、应力腐蚀及 H₂S 腐蚀性能优于常规奥氏体不锈钢（如304/316），成本低于高合金材料。其次是镍基合金抽油杆，在高温高压、高含 H₂S/CO ₂、高 Cl⁻ 环境中具有无与伦比的耐蚀性和强度，但价格极其昂贵，通常仅用于关键井段或特定高危井。

2.3 阴极保护技术

（1）外加电流阴极保护

在井口或井下安装辅助阳极，通过恒电位仪施加直流电，保护范围广、电流可调、寿命长，技术难点在于井下电流分布的均匀性、绝缘短节的设计可靠性以及高温对阳极和参比电极性能的影响。

（2）牺牲阳极保护

在抽油杆柱中串接电位更负的金属作为阳极，通过自身溶解提供保护电流，无需外部电源，安装维护简单，尤其适用于无市电或偏远单井。

2.4 缓蚀剂技术

向井筒流体中添加少量化学药剂，通过吸附、成膜或改变环境来抑制腐蚀反应。其中吸附型缓蚀剂有有机胺类、季铵盐类、咪唑啉及其衍生物等，分子中的极性基团吸附在金属表面，疏水基团形成屏障。其次是成膜型缓蚀剂，可在金属表面形成致密的不溶性保护膜。缓蚀剂加注方式包括连续加注、间歇加注、环空加注。其中智能缓释技术提高效率、降低成本的研究热点。

2.5 表面强化与改性技术

提升材料表面性能以抵抗腐蚀与磨损，首先是激光表面处理，激光熔覆可在抽油杆表面制备高性能合金层；激光淬火可显著提高表面硬度和耐磨性；激光冲击强化引入残余压应力，有效抑制腐蚀疲劳裂纹萌生与扩展。其次是等离子渗氮/碳氮共渗，在表面形成高硬度的氮化物/碳氮化物扩散层，显著提高耐磨性和耐蚀性。

3.应用举列

某区块属于典型的高含水、中高矿化度、含 CO₂油藏，抽油杆腐蚀疲劳断裂问题一度非常突出，年断裂井次超过 50 井次，经济损失巨大，为此开展以下综合防腐蚀措施，一是材质升级，对腐蚀最严重的下部杆柱，推广使用 22Cr 双相不锈钢抽油杆。二是涂层优化，主力杆柱全面采用高性能改性环氧树脂涂层；在含砂量高、狗腿度大的井段，试验应用PAI 涂层杆和 Ni-P 镀层杆。三是缓蚀剂精准加注，根据水质分析和腐蚀监测结果，筛选复配以咪唑啉季铵盐为主剂的高效缓蚀剂，采用“连续加注为主，间歇冲击为辅”的加注制度。应用井下缓蚀剂智能释放装置在部分加注困难井。四是阴极保护推广，在丛式井场实施区域性外加电流阴极保护系统，优化阳极布局和电流输出；单井推广使用铝合金牺牲阳极保护器。

在上述技术对策指导下，取得较好防腐蚀效果，主要表现在三方面：一是腐蚀速率大幅下降，平均腐蚀速率由实施前的 0.35mm/a 降至 0.08mm/a 以下。二是断裂失效锐减，抽油杆年断裂井次降至 10井次以内，降幅超过 80% 。三是经济效益显著，年均减少修井作业费用、抽油杆更换费用及产量损失等，实现降本增效目的。

参考文献：

[1]杜现飞.深井作业管柱下入能力研究[J].燕山大学学报，2008（02）.

[2]姚晓 .CO₂ 对油气井管材腐蚀的预测及防护[J].石油钻采工艺，2018（03）.

作者简介：

刘钟濂，女，1992 年 10 月出生，汉族，安全环保岗工程师，2014年毕业于重庆科技大学，现于茨榆坨采油厂生产保障大队从事安全环保管理工作。