石西油田防腐防垢技術(shù)應(yīng)用研究

【摘要】隨著油田開采，原油綜合含水逐年上升，部分油井出現(xiàn)不同程度的腐蝕或結(jié)垢，造成檢泵頻繁，深井泵、管柱損壞嚴(yán)重，經(jīng)對(duì)管柱附著物及采出水中腐蝕因素分析，井下腐蝕、結(jié)垢是造成這些問(wèn)題的根本所在。同時(shí)伴生氣中的H2S及侵蝕性CO2與管柱接觸后，也會(huì)產(chǎn)生氫脆和應(yīng)力腐蝕。為了改變作業(yè)區(qū)部分油井檢泵周期短的生產(chǎn)難題，開始采用固體防腐防垢技術(shù)的應(yīng)用，從該技術(shù)這幾年的應(yīng)用情況來(lái)看，大多數(shù)油井取得了較為理想的防護(hù)效果，延長(zhǎng)了油井的檢泵周期，減少了油井因結(jié)垢、腐蝕造成檢泵的頻次。

【關(guān)鍵詞】腐蝕；結(jié)垢；化學(xué)阻垢；化學(xué)防腐；固體防腐阻垢劑

1、防腐防垢原理

1.1化學(xué)阻垢

化學(xué)藥劑防垢是目前應(yīng)用最多，技術(shù)最為成熟的阻垢方法之一。其原理是阻垢藥劑吸附在微晶體表面，破壞了晶體的晶格結(jié)構(gòu)，造成晶格扭曲，不能形成穩(wěn)定的晶形結(jié)構(gòu)，阻礙了微晶的長(zhǎng)大。另外阻垢劑對(duì)Ca2+、Mg2+等陽(yáng)離子的絡(luò)合增溶作用，減少了與陰離子的接觸，從而起到防垢作用。目前國(guó)內(nèi)常用的阻垢劑有五種類型：①無(wú)機(jī)聚磷酸鹽，以聚磷酸鈉為代表，主要防止碳酸鈣垢的形成；②含磷有機(jī)緩蝕阻垢劑，包括有機(jī)磷酸酯和有機(jī)多元膦酸鹽，有機(jī)磷酸酯以聚氧乙烯基磷酸酯和聚氧乙烯基焦磷酸酯為代表，主要防止硫酸鈣垢的形成；有機(jī)多元膦酸主要以ATMP、HEDP為代表，主要以防止碳酸鈣為主，對(duì)硫酸鈣有一定的阻垢效果，與其它藥劑復(fù)配，具有好的協(xié)同效應(yīng)。③低分子量聚合物，以PAA、HPMA為代表，對(duì)鈣鎂垢具有較好的阻垢效果，與其它緩蝕劑復(fù)合使用時(shí)可使垢層從硬垢轉(zhuǎn)變?yōu)檐浌付子谇逑?。④天然阻垢劑，以丹寧、木質(zhì)素為代表，主要防止碳酸鈣垢的生成。⑤共聚物阻垢分散劑，如丙烯酸共聚物、馬來(lái)酸共聚物、磺酸共聚物等。這五種類型的阻垢劑中含磷有機(jī)緩蝕阻垢劑、聚合物阻垢分散劑、共聚物阻垢分散劑因其熱穩(wěn)定性能好、不易降解和水解、用量低、可與其它藥劑復(fù)合使用等特點(diǎn)而發(fā)展較快并成為主要的發(fā)展方向。

1.2緩蝕技術(shù)

材料和周圍介質(zhì)相作用，使材料遭受破壞或性能惡化的過(guò)程稱為腐蝕。金屬在油田水中的腐蝕過(guò)程并不是獨(dú)立進(jìn)行的，腐蝕過(guò)程與結(jié)垢過(guò)程、細(xì)菌繁殖和沉積物形成過(guò)程密切相關(guān)，油田水中的溶解鹽類對(duì)金屬腐蝕有很大影響，其中最主要的是氯化物。另一類最常見的引起金屬腐蝕的物質(zhì)是水中溶解的氧氣、二氧化碳和硫化氫氣體。此外，油田水中存在的硫酸鹽還原菌等微生物也會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重腐蝕。

2、防護(hù)工藝

2.1防腐

一般來(lái)講，油井防腐主要有化學(xué)方法和耐腐管材兩種。由于抽油井管柱要求強(qiáng)度高、耐磨性好，在地面集輸管線上用的防腐管材不適用；不銹鋼管材又太貴；鎳磷鍍等涂層一旦破損，會(huì)造成大陰極小陽(yáng)極現(xiàn)象，加速管柱破損，而剝落的涂層會(huì)造成卡泵。故在抽油井中中最常采用的化學(xué)防腐，入井工藝采用的是井口定期加藥（泵車）、連續(xù)加藥（自動(dòng)滴加或布加藥管網(wǎng)電泵加入） 以及固體防腐棒（修井時(shí)加入人工井底）加入。

2.2防垢

油井防垢一般采取化學(xué)方法和物理防垢方法，化學(xué)方法主要采取定期或連續(xù)投加阻垢劑來(lái)防止井底結(jié)垢，也可以將固體防垢劑與防蠟劑制成固體防垢塊，依靠井底溫度緩慢釋放防蠟及防垢成份達(dá)到長(zhǎng)期防垢防蠟雙重目的。物理防垢主要為磁防垢，其原理是油井水中成垢組份在磁場(chǎng)作用下，其分子中引起了電子環(huán)流，在環(huán)流中產(chǎn)生了感應(yīng)磁場(chǎng)，即誘導(dǎo)磁矩，干擾破壞了水分子間瞬間偶極的取向，抑制了結(jié)垢晶核的生成，阻止了垢晶的生長(zhǎng)與聚結(jié)，從而起到防垢的目的。同時(shí)，原油磁化后抑制了蠟晶的析出，降低了析蠟點(diǎn)，減少了結(jié)蠟量和推遲了結(jié)蠟高峰的出現(xiàn)，從而延長(zhǎng)了清蠟周期。、

3、固體防護(hù)技術(shù)特點(diǎn)

采用固體防護(hù)的優(yōu)點(diǎn)在于工作量小，藥效持續(xù)。技術(shù)關(guān)鍵是在采用化學(xué)藥劑防垢時(shí)不對(duì)井下管柱產(chǎn)生腐蝕，通過(guò)緩慢釋放達(dá)到長(zhǎng)期、連續(xù)的防護(hù)目的，與傳統(tǒng)的井口加藥方式相比，有利于環(huán)境保護(hù)和減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度。傳統(tǒng)井口加藥方式加入的防垢劑酸性較強(qiáng)，加入后對(duì)環(huán)空管柱有較強(qiáng)的化學(xué)腐蝕，加藥后井口殘余較多，入井藥劑返排不均一，造成藥劑浪費(fèi)及防護(hù)周期不穩(wěn)定。

4、固體防垢防腐棒的室內(nèi)研究及相關(guān)效果評(píng)價(jià)

4.1防腐防垢用緩蝕劑室內(nèi)研究

為了保證石西油田井下防腐防垢項(xiàng)目的實(shí)施效果，2007年，我們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)井下防腐防垢使用的緩蝕劑進(jìn)行了篩選評(píng)價(jià)，以便以此為依據(jù)，調(diào)整防腐防垢棒的使用效果，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。時(shí)現(xiàn)場(chǎng)防腐防垢棒使用的緩蝕劑主劑KL-601改進(jìn)型在參與評(píng)價(jià)的藥劑中緩蝕效果是最好的，在130mg/L加藥量下，可將腐蝕率控制在0.11mm/a，緩蝕率為80.6%。改進(jìn)后的緩蝕劑新配方體系應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，收到較好效果，井下腐蝕結(jié)垢情況得到有效緩解。

4.2固體防垢防腐棒的研制

在確定適合石西油田的防垢劑及緩蝕劑后，通過(guò)改性劑將防垢劑與液體緩蝕劑制成適宜的固體藥劑（防垢塊、防腐棒或防腐防垢棒）。

方法：動(dòng)態(tài)法，將三種固體棒置于恒溫水浴中，控制循環(huán)水流速200ml/min，做不同溫度下的溶解試驗(yàn)，4小時(shí)后取出，用水洗去表面溶融物后稱，用干布擦拭后稱重，算出溶解速度。通過(guò)結(jié)果顯示，固體防腐棒1溶解速度太慢，固體防垢棒的溶解速度與溫度基本呈線性關(guān)系，在75℃（石西J2X4及J2t的井底溫度約在72℃）時(shí)溶解速度為4.26g/h。

5、總結(jié)

目前石西井下防腐防垢采取的主要手段是投加固體防腐棒防垢棒抑制井下的腐蝕結(jié)垢，投入的固防藥劑釋放完畢后，缺乏補(bǔ)加手段；因此必須考慮采取措施提高防腐防垢藥劑的使用周期及使用量。由于固防棒的存在上述使用問(wèn)題，單獨(dú)使用固防藥劑抑制井下的腐蝕結(jié)垢，其檢泵周期的延長(zhǎng)有一定限度，必須考慮采取措施提高防腐防垢藥劑的使用周期，從而提高防腐防垢措施的實(shí)施效果；同時(shí)需要通過(guò)室內(nèi)研究，完善防腐防垢效果監(jiān)測(cè)手段。