儲氣庫注采井完井保護液應用分析

李 治，顧繼鵬，于曉明，師延鋒，李眉揚，陳 浩

（中國石油長慶油田分公司儲氣庫管理處，陜西靖邊 718500）

國外針對高產(chǎn)氣井的管柱防護主要以優(yōu)選高性能合金管材為主，在配套多功能完井工具（井下安全閥和液控管線、封隔器和循環(huán)滑套、坐落短節(jié)等）時，為保護油套管環(huán)空，一般都配套高性能環(huán)空保護液。

根據(jù)流體連續(xù)相的性質，環(huán)空保護液可分為水基和油基兩種。油基環(huán)空保護液主要由輕質油、芳香烴等組成，密度比水基保護液低，在高溫下的熱穩(wěn)定性好，單位成本高，對封隔器膠筒的長期老化影響大。水基環(huán)空保護液相對成本低，在國內普光氣田和長北合作區(qū)、大張坨儲氣庫氣井等都有應用，但要達到高緩蝕率需要有緩蝕、殺菌和除氧等組分，配伍性和長期的穩(wěn)定性都需要大量實驗來優(yōu)化。

1 儲氣庫注采井對環(huán)空保護液的要求

1.1 儲氣庫環(huán)空保護液需求

儲氣庫注采井需滿足強注強采、高安全性能和長使用壽命的基本要求。基于儲氣庫建設的戰(zhàn)略意義，要求儲氣庫注采井壽命達到30 年～50 年。所以，井筒腐蝕和防護技術是地下儲氣庫建設鉆采工程中一項關鍵性的技術。

目前長慶的儲氣庫所用的鉆井液是無土相低傷害酸溶暫堵鉆（完）井液體系，當完成鉆井時，鉆完井溶液由于是酸溶性的，對油套環(huán)空有很大的腐蝕作用，因此需要選擇新的環(huán)空保護液體系對油套環(huán)空進行保護[1]。

1.2 環(huán)空保護液性能要求

國外針對儲氣庫注采井的油套管環(huán)空保護，一般都配套高性能環(huán)空保護液。油套管環(huán)形空間是一個密閉帶壓空間，礦化度高，造成的腐蝕主要有：（1）溶解氧腐蝕；（2）溶解鹽的腐蝕；（3）微生物的腐蝕。環(huán)空保護液的作用除了減輕套管頭或封隔器承受的油藏壓力以及降低油管與環(huán)空之間的壓差外，主要的作用是抑制油管外壁和套管內壁的腐蝕傾向。

參考其他儲氣庫所用環(huán)空保護液的指標要求，并依據(jù)儲氣庫建設相關指導意見，因此，對環(huán)空保護液的要求為：（1）不產(chǎn)生固相沉淀，穩(wěn)定性好，與不同完井液、高礦化度水的配伍性良好；（2）對封隔器的膠筒不產(chǎn)生老化影響；（3）具有優(yōu)良的緩蝕率及殺菌、阻垢綜合性能。

2 儲氣庫注采井環(huán)空保護液室內評價和性能指標

儲氣庫注采井為了減輕套管頭或封隔器承受氣藏壓力，降低油管與環(huán)空之間的壓差，抑制油管和套管的腐蝕，完井后都在油套環(huán)空中注入高性能完井保護液。儲氣庫生產(chǎn)井的注采強度高，溫度、壓力變化大，油、套管使用壽命要求長（30～50 年），在選用L80 套管和L80-13Cr 油管后，油套環(huán)空保護液的配方、加注工藝和可靠性都需要開展配套試驗。

2.1 室內效果評價

水基環(huán)空保護液是最常用的一種環(huán)空保護液。根據(jù)來源，水基環(huán)空保護液又可分為改性鉆井液環(huán)空保護液、低固相環(huán)空保護液和清潔鹽水環(huán)空保護液。前兩種在長期作用下，會出現(xiàn)固化沉積，影響防腐效果。而清潔鹽水環(huán)空保護液無固相，從而不會產(chǎn)生沉積，能長效保持防腐作用，因此選擇清潔鹽水環(huán)空保護液。同時，由于無機鹽水溶液（如CaCl2、CaBr2、ZnBr2等）具有對溫度敏感、腐蝕性強、與處理劑配伍性差等缺點，因此，選定采用無固相、自身不腐蝕的有機鹽類，在緩蝕劑等三種試劑評價篩選的基礎上，根據(jù)井筒礦化度情況復配除氧劑、抗鹽劑。

2.1.1 配伍性實驗 選擇高、中、低3 種礦化度水溶液，開展環(huán)空保護液配方體系的配伍性研究，3 種礦化度水介質的化學成分（見表1）。

在3 種礦化度水中，環(huán)空保護液靜置6 個月，未發(fā)現(xiàn)固相沉淀或絮凝。說明礦化度對環(huán)空保護液的穩(wěn)定性沒有影響，與不同礦化度地層水的配伍性良好。

表1 高、中、低三種礦化度水質成分

2.1.2 對封隔器的膠筒老化影響 開展了環(huán)空保護液對膠筒老化試驗，水質成分（見表2），老化試驗結果（見表3）。由表2、表3 可以看出，膠筒材料（HNBR 氫化丁腈橡膠）老化前后各項性能指標的變化率均符合《HG/T 2702-95 油氣田用擴張式封隔器膠筒》標準要求（見表4），達到較高的控制水平，環(huán)空保護液對膠筒的老化影響小。

表2 試驗用環(huán)空保護液水質成分

表3 膠筒在環(huán)空保護液水質中老化前后的各項性能指標

2.1.3 高溫高壓模擬實驗 研究表明L80-13Cr 合金鋼在80 ℃以上時，溫度每增加25 ℃，腐蝕速率就增加1 倍。儲氣庫注采井油管下深一般在2 300 m 左右，溫度約為90 ℃?？紤]注采井工作壓力小于地層壓力30 MPa，油套環(huán)空壓力又小于注采井工作壓力。同時腐蝕速率隨著壓力的增大而增加。

表4 油氣田用擴張式封隔器膠筒的各項性能指標

因此，根據(jù)以上情況，模擬注采井油套環(huán)空工況條件，開展高溫高壓腐蝕試驗。試驗條件為：溫度90 ℃，20 MPa，72 h，靜態(tài)。評價L80 和L80-13Cr 試樣在環(huán)空保護液中的平均腐蝕速率，并計算環(huán)空保護液的緩蝕率。

結果表明，環(huán)空保護液各項性能指標均滿足使用要求，緩蝕率大于90 %。L80 和L80-13Cr 試片的空白腐蝕速率分別為0.062 mm/a 和0.086 4 mm/a，而在環(huán)空保護液條件下，L80 和L80-13Cr 試片的腐蝕速率分別為0.003 5 mm/a 和0.000 7 mm/a，腐蝕輕微，因此套管L80+油管L80-13Cr+環(huán)空保護液的防腐工藝，可以滿足儲氣庫注采井套管長壽命的使用要求，同時還降低了油管的腐蝕速率，保護油管外壁。同時，環(huán)空保護液中L80 和L80-13Cr 兩種材質表面生成穩(wěn)定的保護膜，避免了2 種材質的電偶腐蝕（見圖1）。

圖1 加入和未加環(huán)空保護液試驗后的L80 試樣對比圖

2.1.4 長期耐溫穩(wěn)定性評價 評價環(huán)空保護液的熱穩(wěn)定性。試驗條件：溫度80 ℃，常壓，靜態(tài)放置60 d；水+環(huán)空保護液。結果表明，兩種配方的環(huán)空保護液耐溫性能良好，無絮凝物。

2.1.5 高溫高壓模擬實驗 模擬注采井油套環(huán)空的工況條件，采用高溫高壓腐蝕試驗，評價L80 和L80-13Cr 試樣在環(huán)空保護液中的平均腐蝕速率，并計算環(huán)空保護液的緩蝕率。

圖2 UGI-1 和UGI-2 環(huán)空保護液

試驗掛片：L80、L80-13Cr。試驗條件：溫度90 ℃，96 h，靜態(tài)；水+環(huán)空保護液。試驗結果（見表5）。

表5 環(huán)空保護液各項指標

結果表明，環(huán)空保護液各項性能指標均滿足使用要求，緩蝕阻垢率大于90 %，在環(huán)空保護液條件下，L80 和L80-13Cr 試片的腐蝕速率分別為0.003 5 mm/a和0.000 7 mm/a，因此普通碳鋼套管+環(huán)空保護液的防腐工藝，可以滿足儲氣庫注采井套管長壽命的使用要求，同時還可以降低油管外壁的腐蝕速率，保護油管外壁（見圖2）。

2.2 產(chǎn)品的主要性能

環(huán)空保護液的主要性能指標（見表6）。

表6 環(huán)空保護液各項指標

3 儲氣庫環(huán)空保護液的應用及效果評價

3.1 注采井現(xiàn)場實施

（1）陜X1 井（三開井）：油管下深2 290 m，當加注環(huán)空保護液時，為減少洗井液的影響，油管下至深度應比方案中的計劃深度多下100 m，所以按2 390 m 油套環(huán)空來準備環(huán)空保護液。環(huán)空保護液準備量為46.34 m3，施工現(xiàn)場按50 m3準備。

（2）陜X2 井（四開井）：油管下深2 240 m，當加注環(huán)空保護液時，為減少洗井液的影響，油管下至深度應比方案中的計劃深度多下100 m，所以按2 340 m 油套環(huán)空來準備環(huán)空保護液。環(huán)空保護液準備量為124.534 8 m3；施工現(xiàn)場按150 m3準備。

3.2 現(xiàn)場試驗及效果評價

表7 現(xiàn)場檢驗結果

通過表7 現(xiàn)場配液檢驗結果和技術要求對比判斷，儲氣庫所用的環(huán)空保護液符合性能指標要求。

為保證環(huán)空保護液可以完全替換鉆井液，采用返替，由于環(huán)空液的pH=8～10，選用電子pH 計測試以及顯色劑來判斷鉆井液體系是否替換完全。此環(huán)空保護液體系具有高緩蝕率、穩(wěn)定性好、密度可控等優(yōu)點，通過長期的電化學性能測試，膠筒老化測試和現(xiàn)場2 口井的試驗驗證了保護液效果優(yōu)良，緩蝕率達到91 %以上。

4 結論

根據(jù)套管和油管的井下腐蝕機理，優(yōu)選出了套管環(huán)空保護液中需要添加除氧劑、抗鹽劑等形成環(huán)空保護液配方，該保護液穩(wěn)定性好，穩(wěn)定期長，密度范圍寬，殺菌效果好，對鋼材料的腐蝕率低，環(huán)空保護液的這些性能能夠保證在井下對套管和油管起到很好的保護作用。

［1］ 鄭力會，張金波，楊虎，等.新型環(huán)空保護液的腐蝕性研究與應用［J］.石油鉆采工藝，2004，26（2）：13-16.