空氣泡沫驅(qū)用環(huán)空保護(hù)液研制與應(yīng)用

饒?zhí)炖瑥埼膩?，王濤，龍永?（中石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川750006）

蘇高申 （長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

空氣泡沫驅(qū)是將空氣驅(qū)和泡沫驅(qū)有機(jī)結(jié)合起來的具有調(diào)剖和驅(qū)油雙重作用的一種提高采收率技術(shù)［1］。長(zhǎng)慶油田第三采油廠在某區(qū)塊進(jìn)行了低滲透油藏空氣泡沫驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)。項(xiàng)目實(shí)施過程中，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)區(qū)塊注水井注氣管柱和套管嚴(yán)重腐蝕，特別是有部分注管柱有腐蝕穿孔的現(xiàn)象。因此，需研發(fā)具有針對(duì)性的高效緩蝕環(huán)空保護(hù)液。

1 配方組成設(shè)計(jì)

針對(duì)空氣泡沫驅(qū)注水井環(huán)空高溫、高壓、氧氣浸入、細(xì)菌超標(biāo)等現(xiàn)狀，環(huán)空保護(hù)液組成擬采用緩蝕劑、殺菌劑、pH 調(diào)節(jié)劑和除氧劑復(fù)配組成。緩蝕劑選用以氧緩蝕劑為主，二氧化碳緩蝕劑為輔，防止由于高溫環(huán)境下氧氣和二氧化碳浸入而形成的腐蝕；殺菌劑主要作用是殺滅水體中的硫酸鹽還原菌（SRB）、鐵細(xì)菌 （FB）和腐生菌 （TGB），防止由于細(xì)菌孳生而產(chǎn)生的腐蝕；pH 調(diào)節(jié)劑的加入主要考慮氧腐蝕發(fā)生在低pH 條件下，通過調(diào)節(jié)保護(hù)液的pH 值為9以上，一方面可減緩氧腐蝕化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程，另一方面可延長(zhǎng)緩蝕劑的使用壽命［2］；除氧劑的作用是除去水中微量的溶解氧，可在環(huán)空保護(hù)液注入初期消耗一定量的溶解氧，延長(zhǎng)環(huán)空保護(hù)液的使用壽命。

2 試驗(yàn)藥品與方法

2．1 藥品

緩蝕劑HCR－1、HCR－2、殺菌劑CD－11（荊州?？瓶萍加邢薰荆?；除氧劑CHY－1、CHY－2 （湖南株洲金誠(chéng)科技發(fā)展有限公司）；亞硫酸氫鈉（天津光復(fù)試劑有限公司）；pH 調(diào)節(jié)劑AMP－95（美國(guó)陶氏化學(xué)）。

2．2 方法

參考SY／T 5273－2000 《油田采出水用緩蝕劑性能評(píng)價(jià)方法》，針對(duì)空氣泡沫驅(qū)環(huán)空溶有氧氣的特點(diǎn)，評(píng)價(jià)容器采用開口和密閉氧氣加壓 （0．8MPa）2種形式，溫度60±2℃，鋼片采用與套管一致的材料J55鋼，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)配液用水化學(xué)成分配制模擬水，配水成分如表1所示，對(duì)所有藥劑進(jìn)行緩蝕性能評(píng)價(jià)；參考SY／T 5329－1994 《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》中殺菌劑的評(píng)價(jià)方法對(duì)殺菌劑的殺菌效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 單因素試驗(yàn)結(jié)果與討論

表1 模擬水配水表

3．1 殺菌劑

由表2殺菌劑CD－11的評(píng)價(jià)結(jié)果表明，殺菌劑CD－11殺菌效果較好，加藥濃度100mg／L 以上時(shí)硫酸鹽桿菌SRB、腐生菌TGB均得到有效抑制。

3．2 緩蝕劑

緩蝕劑HCR－1緩釋效果如圖1所示，緩蝕劑HCR－1濃度越高，腐蝕速率越低，緩蝕率越高，但濃度達(dá)到1100mg／L時(shí)腐蝕速率和緩蝕率也只能分別達(dá)到0．2093mm／a和30．86%，遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求。緩蝕劑HCR－2緩釋效果如圖2所示，緩蝕劑HCR－2濃度越高，腐蝕速率越低，緩蝕率越高，濃度達(dá)到900mg／L時(shí)腐蝕速率和緩蝕率分別達(dá)到0．00599mm／a和97．996%。因此緩蝕劑HCR－2緩蝕效果遠(yuǎn)高于HCR－1。

表2 殺菌劑CD－11評(píng)價(jià)結(jié)果

圖1 緩蝕劑HCR－1緩蝕效果

圖2 緩蝕劑HCR－2濃度對(duì)緩蝕效果的影響

3．3 pH 調(diào)節(jié)劑

AMP－95不僅可以作為pH 調(diào)節(jié)劑，還具有緩釋效果。緩釋評(píng)價(jià)結(jié)果見圖3，隨AMP－95濃度升高，腐蝕速率先升高后降低，并趨于平穩(wěn)。但從試驗(yàn)現(xiàn)象上看，濃度大于3g／L 后鋼片未見腐蝕，腐蝕速率較高的原因可能是AMP－95緩蝕機(jī)理為非成膜機(jī)理，在用鹽酸清洗腐蝕產(chǎn)物時(shí)鋼片直接與鹽酸反應(yīng)而損失了一部分質(zhì)量。AMP－95緩蝕機(jī)理有待于進(jìn)一步研究。

3．4 除氧劑

分別考察除氧劑CHY－1、CHY－2單獨(dú)使用時(shí)的緩蝕效果。由圖4可知，隨CHY－1濃度升高，緩蝕速率降低；但濃度為300mg／L時(shí)，腐蝕速率仍比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)大1．5倍左右，不能單獨(dú)作為緩蝕劑使用。由圖5可知，隨CHY－2 濃度升高，腐蝕速率降低，但效果不如CHY－1?？疾焓忻嫔铣Ｓ玫某鮿㎞a2SO3，其濃度對(duì)緩蝕效果的影響如圖6所示，除氧劑亞硫酸鈉單獨(dú)使用時(shí)沒有緩蝕效果，且加量越多腐蝕速率越高。

圖3 AMP－95濃度對(duì)緩蝕效果的影響

圖4 除氧劑CHY－1濃度對(duì)緩蝕效果的影響

圖5 除氧劑CHY－2濃度對(duì)緩蝕效果的影響

圖6 Na2SO3 濃度對(duì)緩蝕效果的影響

4 正交試驗(yàn)

參考單因素緩蝕試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)配方中主要功能組分進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)L9（34），采用常壓開口腐蝕評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)試驗(yàn)?？疾炝司徫g劑、pH 調(diào)節(jié)劑、殺菌劑和除氧劑等4組分的配伍性，并根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)化4 個(gè)因素的加量水平。正交試驗(yàn)結(jié)果如表3。

通過正交試驗(yàn)結(jié)果可知，4個(gè)因素對(duì)緩蝕效果影響大小的順序是CHR－2、AMP－95、CHY－2、CD－11，四組分之間有協(xié)同緩蝕作用。因此，環(huán)空保護(hù)液配方4組分設(shè)計(jì)是合理可行的，最佳配方如下：CHR－2濃 度 為900mg／L，AMP－95 濃 度為5g／L，CD－11濃度為150mg／L，CHY－2濃度為100mg／L。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

5 高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕試驗(yàn)

正交試驗(yàn)的結(jié)果是在常壓開口腐蝕評(píng)價(jià)方法下得到的，為了進(jìn)一步驗(yàn)證其實(shí)際應(yīng)用效果，還需要在模擬應(yīng)用環(huán)境下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。采用得到的環(huán)空保護(hù)液最佳配方，利用高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕評(píng)價(jià)儀，考察該配方的在模擬工況下 （65℃，空氣壓力15MPa）的緩蝕效果。評(píng)價(jià)結(jié)果如表4，高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕試驗(yàn)鋼片如圖7所示。

高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕試驗(yàn)結(jié)果表明，殺菌劑、緩蝕劑、除氧劑和pH 調(diào)節(jié)劑有協(xié)同緩蝕效果，最佳配方的平均腐蝕速率為0．0514mm／a，緩蝕率達(dá)到86．5%，可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

表4 高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕試驗(yàn)（A空白，B加藥）

6 結(jié)論

1）緩蝕劑HCR－2濃度越高，腐蝕速率越低，緩蝕率越高，濃度達(dá)到900mg／L時(shí)腐蝕速率和緩蝕率分別達(dá)到0．00599mm／a和97．996%。2）隨AMP－95濃度升高，腐蝕速率先升高后降低，并趨于平穩(wěn)。

3）除氧劑CHY－1、CHY－2單獨(dú)使用時(shí)也具有一定的緩蝕效果，亞硫酸鈉單獨(dú)使用沒有緩蝕效果，隨加藥濃度增大，腐蝕速率增加。

4）HCR－2、AMP－95、CD－11和CHY－2具有協(xié)同緩蝕作用，4個(gè)因素對(duì)緩蝕效果影響大小的順序是HCR－2、AMP－95、CHY－2、CD－11。環(huán)空保護(hù)液最佳配方為CHR－2濃度為900mg／L，AMP－95濃度為5g／L，CD－11濃度為150mg／L，CHY－2濃度為100mg／L。

5）高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕試驗(yàn)結(jié)果表明，在模擬工況條件下，最佳配方平均腐蝕速率為0．0514mm／a，緩蝕率達(dá)到86．5%。

圖7 高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕試驗(yàn)鋼片（A空白，B加藥）

［1］孟令軍．低滲油藏空氣／空氣泡沫驅(qū)提高采收率技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究 ［D］．北京：中國(guó)石油大學(xué)，2011：1～4．

［2］楊衛(wèi)國(guó)，徐君銘．（溶）氧腐蝕—一種容易被忽視的腐蝕形式 ［J］．廣州化工，2005，33 （3）：74～75．

［3］蔡永春．溫米油田水處理工藝研究與應(yīng)用 ［D］．大慶：東北石油大學(xué)，2011．

［4］尹先清，朱米家．油田注水除氧劑的研究進(jìn)展 ［J］．廣東化工，2010，37 （3）21～22．

［5］倪關(guān)龍．新型除氧劑二甲基酮肟及應(yīng)用 ［J］．化學(xué)清洗，1993，9 （3）：15～18．

［6］趙遠(yuǎn)鵬，郭學(xué)輝．空氣泡沫緩蝕劑的研究 ［D］．西安：西安石油大學(xué)，2010．

［7］林偉民，李雪峰，陳秀玲，等．注空氣泡沫驅(qū)油過程中的腐蝕與防護(hù)研究 ［J］．油田化學(xué)，2010，27 （3）：342～345．