杏子川油田DC區(qū)塊防腐工藝研究與應(yīng)用

劉 通趙亞杰黃 華董 濤劉景峰金 松

（1.陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075；2.延長油田股份有限公司勘探開發(fā)技術(shù)研究中心，陜西延安 716001；3.中國石油華北石化分公司，河北任丘 062552）

杏子川油田DC區(qū)塊防腐工藝研究與應(yīng)用

劉 通1趙亞杰1黃 華1董 濤1劉景峰2金 松3

（1.陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075；2.延長油田股份有限公司勘探開發(fā)技術(shù)研究中心，陜西延安 716001；3.中國石油華北石化分公司，河北任丘 062552）

為了解決杏子川油田DC區(qū)塊油井管桿腐蝕嚴(yán)重的問題，通過現(xiàn)場調(diào)研和取樣化驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)DC區(qū)塊油井管桿腐蝕主要原因是CO2、H2S和細(xì)菌共同作用。結(jié)合DC區(qū)塊油井管桿腐蝕的原因，室內(nèi)研制了低膦型固體防腐阻垢劑，優(yōu)選了除硫劑、二氧化碳中和劑、殺菌劑等助劑，從而確定緩蝕阻垢體系配方，然后將其干燥、固化制得固體緩蝕阻垢管。在杏子川油田DC區(qū)塊進(jìn)行了5口井的現(xiàn)場應(yīng)用，措施后油井采出液平均腐蝕速率由0.682 mm/a降至0.05 mm/a，總鐵離子含量由2.4 mg/L降至0.4 mg/L，油井平均免修期由41 d提高到210 d?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，該固體緩蝕阻垢管能夠改善杏子川油田油井管桿腐蝕狀況，延長油井管桿的使用壽命，減少油井維護(hù)性作業(yè)井次。

杏子川油田；腐蝕；防腐工藝；緩蝕阻垢管

隨著油田開發(fā)的精細(xì)化，杏子川油田已進(jìn)入中高含水期，油井產(chǎn)出液礦化度高，pH值低，含有大量的細(xì)菌及部分CO2、H2S氣體，導(dǎo)致油井油管、套管、抽油桿、抽油泵等下井工具的腐蝕日愈嚴(yán)重，由油井腐蝕造成躺井的問題日益突出，嚴(yán)重影響了原油產(chǎn)量和成本的有效控制［1-3］。

1 腐蝕現(xiàn)狀分析

DC區(qū)塊位于陜西省安塞縣境內(nèi)，開采油層為三疊系延長組長 2 儲(chǔ)層，厚度約 20 m，底水發(fā)育。區(qū)塊所轄油井484口，平均單井日產(chǎn)液 5.8 m3，綜合含水78.0%?，F(xiàn)場統(tǒng)計(jì)從2013年5月至2013年11月該區(qū)塊油井總維護(hù)作業(yè)1 475井次(表1)。

表1 DC區(qū)塊油井維護(hù)作業(yè)次數(shù)

由于該區(qū)塊地層水礦化度高、溶解氧含量超標(biāo)、水質(zhì)不達(dá)標(biāo)等原因造成油井頻繁維護(hù)性作業(yè)，油井平均檢泵周期41 d，每年因腐蝕報(bào)廢的抽油桿約3 600根，油管約1 300根，嚴(yán)重影響生產(chǎn)成本的控制。

2 腐蝕機(jī)理研究

為了找出造成該區(qū)塊油井腐蝕的主要原因，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行綜合分析研究，為該區(qū)塊治理腐蝕問題提供重要的依據(jù)［4-7］。

2.1 油井產(chǎn)出水水質(zhì)分析

對(duì)該區(qū)塊5口油井采出液進(jìn)行室內(nèi)掛片，并按照中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5329—94 《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》對(duì)油井產(chǎn)出液的腐蝕性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見表2和表3。

表2 DC區(qū)塊水樣分析結(jié)果

表3 DC區(qū)塊水質(zhì)分析結(jié)果

2.2 腐蝕產(chǎn)物分析

取腐蝕斷裂抽油桿腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析。觀察最外層腐蝕產(chǎn)物為黑色片、塊狀物質(zhì)，厚度只有 1～2 mm，底層為紅色和棕色。圖1為腐蝕樣品，可看到表面有嚴(yán)重的點(diǎn)蝕、孔蝕。通過掃描電鏡和能譜分析觀測腐蝕產(chǎn)物顯微結(jié)構(gòu)和組成如圖2所示。

圖1 腐蝕產(chǎn)物圖

圖2 斷裂抽油桿掃描電鏡和能譜圖

從圖2可以看出，樣品中O、Ca、Fe、S含量相對(duì)較高，特別是O、Fe含量高，因此判斷主要的腐蝕產(chǎn)物為氧化鐵類物質(zhì)，其次是硫化鐵及部分結(jié)垢產(chǎn)物。

2.3 腐蝕主要原因分析

（1）產(chǎn)出水水型均屬于NaHCO3型，HCO3–含量很高，而pH值為8～9，污水礦化度高，其中氯離子含量高達(dá)9 000～10 000 mg/ L，平均總鐵離子含量為24 mg/ L，平均礦化度大于20 000 mg/L，為重腐蝕采出水。

（2）從水質(zhì)分析結(jié)果看，侵蝕性CO2含量較高，平均為26 mg/ L（A3行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)≤1.0 mg/ L）；硫化氫平均含量達(dá)3 mg/ L（A3行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)≤2.0 mg/ L）；硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌和腐生菌含量都超標(biāo)（A3行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)分別25個(gè)/mL、n×102個(gè)/mL、n×102個(gè)/mL）；溶解氧0.22 mg/ L（A3行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)≤0.05 mg/ L）；平均腐蝕速率為0.702 mm/a （A3行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)≤0.076 mm/a），嚴(yán)重超標(biāo)。

綜合分析認(rèn)為杏子川油田DC區(qū)塊腐蝕的原因是CO2、H2S和細(xì)菌共同作用的結(jié)果，屬于中性介質(zhì)的電化學(xué)腐蝕。

3 防腐工藝研究

由于該區(qū)塊開發(fā)時(shí)間較長，大多數(shù)老井腐蝕嚴(yán)重，所以考慮采取加注緩蝕劑措施，以延長油井生產(chǎn)壽命。結(jié)合延長油田實(shí)際，采用液體緩蝕劑加藥方式工作量大、藥劑損失量多，因此研制了一種新的固體緩蝕劑，并制成緩蝕阻垢管，以減少工作量并提高緩蝕藥劑利用率。

3.1 緩蝕劑的研制

針對(duì)該區(qū)塊的腐蝕原因，室內(nèi)自制了一種低膦型固體防腐阻垢劑，主要由某有機(jī)膦酸、聚羧酸鹽和十六烷基三甲基溴化銨等組成，同常用的緩蝕劑相比，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、耐高溫性好、磷含量低、與其他藥劑配伍性能好等優(yōu)點(diǎn)。

產(chǎn)品物化性質(zhì)：反應(yīng)溫度1 200～1 700 ℃，外觀為透明或白色玻璃球狀晶體，密度(1.7±0.1) g/cm3，球直徑20±0.5 mm；pH值7(1‰水溶液)，P2O5質(zhì)量百分比(30±1)%，溶解時(shí)間10～12個(gè)月，防腐阻垢率均達(dá)到90%以上(針對(duì)DC區(qū)塊)。

其作用原理如下

低膦型固體防腐阻垢劑可與水中硬度成分反應(yīng)形成可溶性絡(luò)合物Na2(Ca2(PO3)6)，在金屬或非金屬表面形成納米級(jí)難溶性膜FeCa2(PO3)6，隔離金屬和腐蝕介質(zhì)，從而達(dá)到防腐防垢目的。

3.2 固化配方的確定

結(jié)合油井腐蝕原因，室內(nèi)優(yōu)選了除硫劑、二氧化碳中和劑、殺菌劑，分別是堿式碳酸鋅、氫氧化鈣、三氯酚鈉，并將低膦型固體防腐阻垢劑、除硫劑、二氧化碳中和劑、殺菌劑由黏合劑按一定比例混合，然后進(jìn)行干燥、固化制得緩蝕阻垢體系。

按照中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5273—2000 《油田采出水用緩蝕劑性能評(píng)價(jià)方法》，對(duì)該固體緩蝕的緩蝕性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。緩蝕評(píng)價(jià)條件為DC區(qū)塊油井采出液，溫度60 ℃，周期14 d，試片材質(zhì)為A3鋼，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 不同配方的固體緩蝕劑的緩蝕效果

從表4可看出，固化配方體系的濃度大于15 mg/L后，緩蝕率增幅降低，從緩蝕效果和應(yīng)用成本考慮，最終確定固化配方體系的濃度為15 mg/L。

3.3 儲(chǔ)層條件下固體緩蝕阻垢劑的溶解實(shí)驗(yàn)

為了模擬地層條件下固體緩蝕阻垢劑的溶解狀況，自制了0.5 m長的篩管，篩管孔徑為1 cm，加工成不同孔密的篩管，然后分別裝入等量的固體緩蝕劑，再放入實(shí)驗(yàn)桶中，通入水溫40 ℃的流動(dòng)水，流量為370 mL/min，觀察藥劑隨時(shí)間變化其溶解情況，并測定藥劑濃度（表5）。

表5 不同孔密度緩蝕阻垢劑溶解實(shí)驗(yàn)

從表5數(shù)據(jù)可以看出，藥劑5個(gè)月后仍沒有溶解完，說明該藥劑可以緩慢地釋放從而達(dá)到持續(xù)防腐防垢的目的?？酌芏仍酱?，對(duì)應(yīng)的濃度就越高，在孔密度為100孔/m時(shí)，5個(gè)月后藥劑濃度達(dá)到了15 mg/L，達(dá)到藥劑的最佳濃度。

3.4 成型工藝

將固化配方制得緩蝕阻垢體系經(jīng)高壓成型，裝入特制的油管內(nèi)，制得了緩蝕阻垢管，見圖3。

圖3 固體緩蝕阻垢管

其規(guī)格參數(shù)及使用方法為：孔密度為100孔/m，尺寸?73 mm×1 200 mm，使用 ?73.025 mm TBG螺紋連接在泵下，適應(yīng)溫度 0～120 ℃。

4 現(xiàn)場應(yīng)用情況

在該區(qū)塊進(jìn)行了5口井的現(xiàn)場試驗(yàn)，每口井用2根固體防腐器，措施后6個(gè)月后，分析了產(chǎn)出液體腐蝕速率、總鐵含量、藥劑濃度，同時(shí)還對(duì)比了措施前后檢泵周期的變化（表6）。

表6 防腐措施前后效果對(duì)比

從表6可以看出，油井產(chǎn)出液體平均腐蝕速率由0.682 mm/a降至0.050 mm/a，總鐵含量由2.4 mg/ L降至0.4 mg/L，平均檢泵周期由41 d提高到210 d，表明使用固體緩蝕劑后的腐蝕狀況明顯減輕，緩蝕阻垢劑能夠緩慢釋放。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）杏子川油田三疊系長2儲(chǔ)層，油井管桿腐蝕的主要原因是H2S和CO2共同作用引起的局部腐蝕，CO2、H2S和細(xì)菌的共同作用加劇了井下管串的腐蝕，尤其是點(diǎn)蝕最為突出。

（2）針對(duì)DC區(qū)塊的腐蝕原因，室內(nèi)研制了低膦型固體防腐阻垢劑，并將其與除硫劑、二氧化碳中和劑、殺菌劑混合，固化成型制得緩蝕阻垢管，可以提高緩蝕藥劑利用率，降低施工工作量。

（3）現(xiàn)場試驗(yàn)表明，該緩蝕阻垢管能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)控制腐蝕速率的目的，可提高油井檢泵周期，延長管桿使用壽命，降低生產(chǎn)成本。

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（修改稿收到日期 2014-04-05）

〔編輯 薛改珍〕

Research and application of anti-corrosion technology in DC Block of Xingzichuan Oilfield

LIU Tong1,ZHAO Yajie1,HUANG Hua1,DONG Tao1,LIU Jingfeng2,JIN Song3
（1.Research Institute of Yanchang Petroleum (Group) Co.,Ltd,Xi’an710075,China; 2.Yanchang Petroleum（Group）Co.,Ltd.Exploration &Development Technology Research Center,Yan’an716001,China;3.Petrochina North China Petrochemical Company,Renqiu062552,China）

In order to address the problem of severe corrosion of pipes and rods in oil wells in DC Block of Xingzichuan Oilfield,it is found that,through field investigation and sampling test,the main reason for corrosion of pipes and rods in oil wells in DC Block is the coaction of CO2,H2S and bacteria.In view of this main reason for such corrosion,the author developed the low-phosphonic solid corrosion inhibitor was developed through Lab experiments,optimized such additives as sulfur scavenger,CO2neutralizer and bactericide,hence determined the formula of corrosion and scale inhibitor system;then dried and solidified the agents to obtain the solid corrosion/ scale inhibiting tube.The tube was used in five wells in DC Block;the average corrosion rate of the produced fluid from the oil wells was reduced from 0.682 mm/a to 0.050 mm/a,and the total iron content was reduced from 2.4 mg/L to 0.4 mg/L,the maintenance-free period of the oil wells increased from 41 days to 210 days.Field application shows that this solid corrosion/scale inhibiting tube can effectively improve the corrosion of oil well pipes and rods,elongate the service life of the oil well pipes and rods and reduce the times of downhole services.

Xingzichuan Oilfield;corrosion;anti-corrosion technology;solid corrosion/scale inhibiting tube

劉通，趙亞杰，黃華，等.杏子川油田DC區(qū)塊防腐工藝研究與應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2014，36（4）：112-115.

TE89

：A

1000–7393（2014）04–0112–04

10.13639/j.odpt.2014.04.028

劉通，1983 年生。2009 年畢業(yè)于西安石油大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)工作，工程師。電話：029-88899671。E-mail：liutong124@163.com。