复合盐钻井液对钻具腐蚀分析及控制对策（一） 通过压缩扩散双电层

引言

复合盐钻井液体系依靠各种无机盐提高钻井液的复合抑制能力，通过压缩扩散双电层，盐钻能有效抑制地层造浆，井液具腐可以使固相维持在较大的对钻对策粒径范围，提速优势显著。蚀分随着钻井难度的析及提高，在钻井工程中，控制大范围使用复合盐钻井液体系，复合伴随着钻具、盐钻循环罐及固控设备的井液具腐腐蚀，腐蚀问题日趋严重，对钻对策由此造成井下钻具疲劳、蚀分穿孔、析及断裂，控制使整根钻杆提前报废。复合有关资料表明，国外经几十年的发展，每钻进lm的钻具损失已控制在1～1.5kg范围；国内近年每钻进lm的钻具损失高达4kg。 

长庆油田某项目部为解决在造斜段井壁垮塌问题，在造斜段使用了复合盐KCl钻井液体系，该体系矿化度高，在起钻过程中发现该井钻井过程中钻具失效严重，失效形式主要为钻杆二台阶腐蚀、有较为严重的点蚀。 

1腐蚀原因分析 

1.1挂环腐蚀性检测 

针对钻具腐蚀问题，长庆油田-道达尔靖边项目部钻井过程中，钻具不同位置分别携带腐蚀环，采用现场挂环法测定腐蚀情况，同时在室内用xx1和xx2井复合盐钻井液进行动态模拟法测其腐蚀性，腐蚀数据如表1所示。 

表1中结果表明，复合盐钻井液对钻具的腐蚀是相当严重的，其中现场挂环检测中最高腐蚀速率为xx1井3150m浮阀顶部0.3145mm/a，且腐蚀速率均大于标准要求的0.076mm/a，其中动态模拟法中，xx2井最高腐蚀速率为0.5469mm/a。观察腐蚀环，腐蚀形貌主要为坑蚀。 

1.2挂环腐蚀产物分析 

进一步对xx1井和xx2井的最严重的挂环的腐蚀产物进行x衍射和电镜扫描分析表明如表2所示。

表2结果表明，腐蚀产物及电镜扫描分析表明其主要产物为铁的氧化物，物相成分羟基氧化亚铁（FeO-OH），而且极为疏松，基本对钻具无保护作用。因此，在复和盐作用下，钻井液中的NaCl、KCl、CaCl₂和CaSO₄等盐、地层水等，可使钻井液的导电性增强，使腐蚀速度增加，这些盐中Cl-可以破坏钝化膜，使腐蚀加速，尤其是局部腐蚀速度加剧，极易发生Cl-的穿孔腐蚀，极大可能导致钻具快速腐蚀穿孔或刺穿，必须重视并做好防护。 

复合盐KCl钻井液体系，测定其滤液pH值为8.01～9.22，由此可知，腐蚀主要为氧的去极化作用控制，特别是在高矿化度下Cl-的影响，可对腐蚀加剧。其电化学反应式为:

1.3溶解氧腐蚀 

溶氧是一个物理过程，它跟压力、温度和水质有密切的关系。在钻井液循环过程中，溶解氧和钻具及设备中的金属铁组成腐蚀电池，铁的电极电位，比氧的电极电位低，在铁氧腐蚀电池中，铁是阳极，失去电子成为亚铁离子，氧为阴极进行还原，溶解氧的这种阴极去极化的作用，造成对钻具的腐蚀，此外氧还会把溶于水的氢氧化铁沉淀，使亚铁离子浓度降低，从而使腐蚀加剧。当水中含有溶解氧时，随着含氧浓度的增加，腐蚀速度加快。 

氧腐蚀的形态一般表现为：溃疡和小孔型的局部腐蚀，其腐蚀的产物表现为黄褐、黑色等，对金属的强度破坏非常严重。在钻井液循环期间，若溶解氧控制不当，会不断的破坏钻具，并且程度越来越大，在金属表面形成许多小鼓包，清除腐蚀产物后，即所谓的坑蚀。 

图1是经过大量室内实验得出溶解氧浓度与钻井液滤液腐蚀速率关系图。当钻井液中溶解氧浓度>0.50mg/L时，腐蚀速率>0.076mm/a，可以很好的控制钻具的腐蚀。现场检测xx1井、xx2井振动筛进口钻井液中溶解氧浓度最高达5.26mg/L。因此，钻井液中溶解氧含量高是钻具腐蚀的主要因素。 

1.4Cl-腐蚀 

xx1和xx2井各井二开钻井液为复合盐KCL体系，该体系矿化度高，其中Cl-浓度约为85000mg/L。Cl-本身可降低材质表面钝化膜形成，在高矿化度盐水作用下，Cl-浓度越高，水溶液的导电性就越强，电解质的电阻就越低，Cl-就越容易到达金属表面，会加速钝化膜的破坏，加快局部腐蚀的进程，从而促进局部腐蚀，导致快速腐蚀穿孔或刺穿。 

室内分析认为复合盐KCL体系钻井液体系中的Cl-腐蚀是造成钻具腐蚀的诱因，钻井液中溶解氧是腐蚀加剧的主要因素，低pH值对腐蚀也有加剧，同时在整个钻进过程中，钻井岩屑对点蚀部位冲刷造成的应力腐蚀是腐蚀扩大的另一主要因素。

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