油井套管防腐是各大油田生產(chǎn)中的一項(xiàng)重大技術(shù)難題，是影響油田穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。油井套管陰極保護(hù)研究開始于1938年，美國及中東相繼在單井上開始應(yīng)用油井套管陰極保護(hù)技術(shù)，得到令人滿意的防腐效果。到20世紀(jì)60年代，國外發(fā)展了區(qū)域性陰極保護(hù)技術(shù)。目前對(duì)套管的保護(hù)深度可達(dá)2400米，最深達(dá)4000米。多年來的實(shí)踐證明，對(duì)套管實(shí)施陰極保護(hù)，是減緩和防止其外壁腐蝕破壞的有效措施。如美國德克薩斯太陽勘探開發(fā)公司，20年來對(duì)2178口井進(jìn)行陰極保護(hù)，有效率達(dá)88％。在國內(nèi)，20世紀(jì)70年代末80年代初由江漢和大慶油田分別進(jìn)行了單井陰極保護(hù)工業(yè)試驗(yàn)，1985年華北油田在留70斷塊油田開展區(qū)域陰極保護(hù)，平均有效率為96.15％。
油井套管陰極保護(hù)方案
一、概述
在油氣田和油氣藏，要在井筒里下入套管以增強(qiáng)油氣井的穩(wěn)定性，套管起著保護(hù)井眼、加固井壁、隔絕井中的油、氣、水層及封固各種復(fù)雜地層的作用。根據(jù)井的深度和運(yùn)行條件，在接近地表的井筒里幾根套管要套接在一起，稱為套接式油井套管。在外層套管與周圍地層巖石之間的環(huán)形空間里要注入水泥，直到新井地面的整個(gè)井筒深度，目的是封堵上部地層，隔開淡水地層與鹽水地層，并靠它承受周圍巖石土層的擠壓力。
在油井套管無水泥的層段里含有殘余的鉆井泥漿和大小不等的巖石顆粒，而鉆井過程的循環(huán)泥漿里含有硫酸鋇和水的懸浮液，它們密度很高，而且常含有鹽分，這會(huì)促進(jìn)腐蝕電池的作用。
在油氣井整個(gè)深度上，井下套管要穿過若干種不同的地質(zhì)地層，包括鹽水層和惰性基巖。此外，根據(jù)地層條件，還會(huì)有腐蝕性氣體（CO2、H2S），并且不同地層的溫度差異可能高達(dá)50℃，這些因素都增加了深層土質(zhì)的腐蝕性，因?yàn)榈貙永锏柠}分和形成的濃差電池會(huì)限制套管表面保護(hù)膜的形成。
隨著油水井投產(chǎn)后生產(chǎn)時(shí)間的不斷延長，油、氣、水井套管的狀況逐漸變差，甚至損壞，套管損壞有錯(cuò)斷、變形、破裂等多種形式，但多是由于套管接觸到周圍的腐蝕介質(zhì)而遭受腐蝕，導(dǎo)致套管壁變薄，引起強(qiáng)度減弱，從而產(chǎn)生穿孔、斷裂、變形等現(xiàn)象，可以說腐蝕是引起套管損壞的一個(gè)主要原因。
國外從20世紀(jì)40年代開始調(diào)查套管腐蝕損壞的原因；在50年代初，美國海灣石油公司就對(duì)2429口油井進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果表明，有47%的油井發(fā)生了套管腐蝕破壞。3年之后，對(duì)氣井也做了類似的調(diào)查，美國有45%的氣井的套管遭到了不同程度的電化學(xué)腐蝕，并且以套管外部腐蝕為主。
我國以大慶油田為例，隨著大慶油田開發(fā)時(shí)間的延長，套管腐蝕外漏的問題也呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，特別是淺層套管腐蝕嚴(yán)重。通過調(diào)查取樣，僅喇嘛甸油田就發(fā)現(xiàn)70口井，而長垣油田內(nèi)部套管腐蝕外漏井?dāng)?shù)竟高達(dá)400余口，因腐蝕損壞的井又占套管損壞井總數(shù)的5%。嚴(yán)重的井僅3年時(shí)間套管就發(fā)生腐蝕外漏，腐蝕速度高達(dá)2.6mm/年。
在對(duì)長慶油田的調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，從投產(chǎn)到腐蝕穿孔最短時(shí)間為16個(gè)月，最長為5年半。在對(duì)馬嶺油田調(diào)查的429口井的調(diào)查中，腐蝕穿孔的就有34口，占調(diào)查井?dāng)?shù)的7.9%。
套管腐蝕穿孔，將出現(xiàn)多點(diǎn)破漏，腐蝕會(huì)加速套管的疲勞進(jìn)而過早變形和損壞。套管腐蝕外漏不僅導(dǎo)致油水井不能正常生產(chǎn)，在經(jīng)濟(jì)上造成巨大的損失，而且造成了巨大的浪費(fèi)以及嚴(yán)重污染環(huán)境。
世界各國油田開發(fā)進(jìn)程表明，隨著油水井生產(chǎn)的時(shí)間延長，開發(fā)方案的不斷調(diào)整和實(shí)施，由于地層地應(yīng)力的變化、油水井作業(yè)及其他施工的影響，油、氣、水井套管狀況越來越差，使油井不能正常生產(chǎn)，甚至使井報(bào)廢，以致影響油田穩(wěn)產(chǎn)。
二、油井套管陰極保護(hù)原理
油井套管陰極保護(hù)，是在油井較密集或油井相對(duì)集中的區(qū)域，平均每2-4口油井打一口陽極深井，作為陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極，通過恒電位儀施加強(qiáng)制電流，為套管提供均勻、足量的陰極保護(hù)電流，然后通過井口附近的匯流點(diǎn)流回恒電位儀的陰極，構(gòu)成閉合回路，使油井套管充分陰極極化，從而避免或減輕油井套管的腐蝕。
深井陽極陰極保護(hù)與其他陰極保護(hù)方法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、輸出可調(diào)：
深井陽極陰極保護(hù)采用恒電位儀作為外加電流陰極保護(hù)的輸出電源，具有恒電流和恒電位的功能，解決了犧牲陽極輸出電位不足和輸出電流電位無法調(diào)節(jié)的問題。
2、輻射范圍廣
由于深井陽極位于地下水豐富的深層土壤中，可以有效降低陽極體的接地電阻，這樣可以使陽極體的有效輻射范圍大大提高，使深埋在地底幾公里的套管都能達(dá)到很好的保護(hù)效果，在減少陽極地床的數(shù)量的同時(shí)降低成本。適用于空間狹小、土壤電阻率高的地方。
3、電流分布均勻
深井陽極體與油井套管之間保持一定的距離，從而使套管表面的陰極保護(hù)電流分布更加均勻，對(duì)其他埋地金屬構(gòu)筑物的干擾也相對(duì)較小。
另外，深井陽極陰極保護(hù)還具有受氣候影響小、接地電阻穩(wěn)定、雜散電流干擾小及占地面積小、使用壽命長、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，適合于管網(wǎng)密集、工況惡劣的油氣田生產(chǎn)設(shè)施的腐蝕防護(hù)。
我國原石油部于1992年頒布的《油井套管陰極保護(hù)的管理規(guī)定》，明確提出井口保護(hù)電位必須達(dá)到一0．95V或更負(fù)，才達(dá)到良好保護(hù)。因此在井站的區(qū)域陰極保護(hù)中均執(zhí)行這個(gè)要求。
油井套管，包括油井、氣井、水井，其防腐蝕采用陰極保護(hù)，理論成熟、工藝簡單、施工方便、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益可觀
