柳楊堡高溫氣井防腐工藝室內(nèi)優(yōu)選

劉玉祥 羅曦 周瑞立 王志彬

(1.中石化華北分公司工程技術(shù)研究院，鄭州 450006;2.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，成都 610000)

柳楊堡氣田氣井CO2含量在4%以上，分壓較高，容易形成嚴(yán)重的腐蝕環(huán)境。CO2腐蝕性的影響因素主要有:CO2分壓;溫度;pH值;介質(zhì)含水量;離子含量;介質(zhì)流速;合金元素［1-10］。常用的防腐措施主要有:選用耐腐蝕材質(zhì)的油管;加注緩蝕劑;防腐涂層;醇胺法 CO2脫除工藝;陽極犧牲［5-10］。柳楊堡氣田防腐工作采用的是加注緩蝕劑的方法。

傳統(tǒng)的緩蝕劑對(duì)溫度比較敏感，在高溫條件下易分解失效。柳楊堡氣藏屬于高溫氣藏，在生產(chǎn)中必須考慮緩蝕劑防腐問題。本次研究中主要針對(duì)柳楊堡氣藏溫度高、CO2含量高、腐蝕嚴(yán)重的具體情況，優(yōu)選適合柳楊堡氣田的抗CO2腐蝕高溫緩蝕劑，以降低CO2腐蝕對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的危害。

1 抗高溫及CO2腐蝕的緩蝕劑室內(nèi)優(yōu)選

在同等條件下，測(cè)試柳楊堡氣田地層水水樣中加入不同緩蝕劑時(shí)N80材質(zhì)鋼片的腐蝕情況，并據(jù)其緩蝕性能，優(yōu)選緩蝕效果較好的緩蝕劑。

1.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

(1)設(shè)定實(shí)驗(yàn)條件。實(shí)驗(yàn)溫度，130℃;CO2分壓，0.75 MPa;緩蝕劑，含量為0.01%;緩蝕評(píng)價(jià)儀轉(zhuǎn)速，250 r/min;實(shí)驗(yàn)水樣，LP4T井水樣;測(cè)試時(shí)間，72 h;氣田油管相同材質(zhì)的N80鋼片，密度為7.66 g/cm3。

(2)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)藥劑。SSH-A402緩蝕劑;MZL-1緩蝕劑;SDBS緩蝕劑;OS-2緩蝕劑;GS-1緩蝕劑;IMC-871緩蝕劑;Nm-1緩蝕劑;UT2-2緩蝕劑;無水乙醇(分析純);石油醚，沸程60～90℃(分析純);緩蝕酸去膜液(量取100 mL純鹽酸，稱取5～10 g六亞甲基四胺，加蒸餾水溶解稀釋至1 000 mL)。

(3)配制腐蝕液。稱取0.1 g SSH-A402緩蝕劑于100 mL燒杯中，加入LP4T井水樣攪拌均勻，轉(zhuǎn)入1 000 mL容量瓶，定溶至刻度線，即得到含量為0.01%的SSH-A402緩蝕劑稀釋液，備用;采用以上操作方法分別配制含量為0.01%的MZL-1、SDBS、OS-2、GS-1、IMC-871、Nm-1、UT2-2 緩蝕劑稀釋液。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

(1)實(shí)驗(yàn)前鋼片的處理。實(shí)驗(yàn)前鋼片需要經(jīng)過脫脂、脫水、干燥、測(cè)量、稱重等環(huán)節(jié)預(yù)先處理。

脫脂:將打磨好后的鋼片用粗濾紙或紗布擦去油污，放入盛有沸程為60～90℃的石油醚燒杯中，用脫脂棉除去鋼片表面的污物，并連續(xù)清洗兩次。

脫水:經(jīng)脫脂處理的鋼片，用無水乙醇浸泡5 min，進(jìn)一步脫脂脫水。

干燥:取出鋼片用清潔綢子擦拭，冷風(fēng)吹干，置于干燥器中干燥1～2 h。

測(cè)量:用游標(biāo)卡尺準(zhǔn)確測(cè)量鋼片的長(zhǎng)、寬、高，計(jì)算鋼片表面積。

稱量:將干燥后的鋼片用精確度為0.01 g的電子天平進(jìn)行稱量，稱準(zhǔn)至0.01 g;再用精確度為0.000 1 g的分析天平稱量，稱準(zhǔn)至0.000 1 g。將已稱量好的鋼片用工業(yè)濾紙包裝好，并在濾紙上標(biāo)明鋼片編號(hào)，置于干燥器中保存?zhèn)溆谩?/p>

(2)鋼片的安裝。量取250 mL的LP4T井水樣置于高溫高壓緩蝕評(píng)價(jià)儀中，將稱好的鋼片懸掛在釜內(nèi)掛鉤上，使鋼片完全浸泡于腐蝕液中，鋼片與鋼片之間相互分開，鋼片與釜壁隔開，將高溫高壓緩蝕評(píng)價(jià)儀釜口密封。連接轉(zhuǎn)子流量計(jì)和氮?dú)馄砍隹诠芫€，打開氣瓶閥門，調(diào)節(jié)氣流量為0.3 m3/h，持續(xù)穩(wěn)定地向釜內(nèi)沖入N2以驅(qū)除水樣中的O2，2 h后關(guān)閉氮?dú)忾y;然后保持反應(yīng)釜恒溫40℃，再打開CO2氣閥，向釜內(nèi)充入0.75 MPa氣體，保持動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速250 r/min，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為72 h。

(3)實(shí)驗(yàn)后期鋼片的處理。實(shí)驗(yàn)后期鋼片還需經(jīng)過清洗、酸去膜、清洗脫水、脫脂去污、干燥、稱量等處理。

清洗:將釜內(nèi)鋼片取出，用清水沖洗掉腐蝕液和腐蝕物，用醫(yī)用紗布擦干。

酸去膜:將擦干的鋼片放入去膜液中浸泡10 s，用脫脂棉輕拭鋼片表面腐蝕產(chǎn)物。

清洗脫水:從酸去膜液中取出鋼片，立即用清水沖去表面殘酸，并迅速用醫(yī)用紗布擦干，放入無水乙醇中浸泡5 min，進(jìn)行清洗脫水。

脫脂去污:將脫水后的鋼片移入裝有石油醚的燒杯中清洗脫脂，取出鋼片放入無水乙醇中再次脫脂、脫水。

干燥:取出鋼片用清潔綢子擦拭，用冷風(fēng)吹干，放入干燥器中干燥1～2 h。

稱量:將干燥后的鋼片用精確度為0.000 1 g的分析天平稱量，稱準(zhǔn)至0.000 1 g。

按上述同樣操作方法分別測(cè)試其余7種腐蝕液對(duì)N80材質(zhì)鋼片腐蝕速率，并根據(jù)同等條件下不含緩蝕劑LP4T井水樣腐蝕數(shù)據(jù)計(jì)算緩蝕率。

(4)腐蝕速率的計(jì)算。腐蝕速率可通過下式進(jìn)行計(jì)算:

式中:F—腐蝕速率，mm/a;

C— 換算常數(shù)，其值為8.76×104;

ΔM—鋼片實(shí)驗(yàn)前后質(zhì)量之差，g;

S— 鋼片表面積，cm2;

t— 腐蝕時(shí)間，h;

ρ — 鋼片材質(zhì)密度，7.66 g/cm3。

緩蝕率計(jì)算公式為:

式中:R—緩蝕率，%;

ΔM0—未加藥鋼片腐蝕前后質(zhì)量之差，g;

ΔM1—加藥鋼片腐蝕前后質(zhì)量之差，g。

1.3 緩蝕劑優(yōu)選

在同等條件下對(duì)比測(cè)試不同緩蝕劑在LP4T井水樣中腐蝕速率和緩蝕能力，測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同緩釋劑對(duì)N80材質(zhì)鋼片腐蝕速率

由圖1可以看出，幾種緩蝕劑均有一定緩蝕性能，相比之下，UT2-2緩蝕能力最強(qiáng)，所以在柳楊堡氣田L(fēng)P4T井防腐工藝中選擇UT2-2緩蝕劑。

2 緩蝕劑加注濃度優(yōu)選

通過測(cè)試同等條件下不同濃度UT2-2緩蝕劑的LP4T井水樣對(duì)N80鋼片的腐蝕情況，確定出防腐工藝中緩蝕劑最佳加注濃度。

(1)設(shè)定實(shí)驗(yàn)條件。緩蝕劑含量分別為0.005%，0.010%，0.020%，0.030%，0.050%，其余實(shí)驗(yàn)條件與前面緩蝕劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)條件相同。

(2)配制腐蝕液。稱取0.05g UT2-2緩蝕劑于100 mL燒杯中，加入LP4T井水樣攪拌均勻，轉(zhuǎn)入1 000 mL容量瓶，定溶至刻度線，即得到UT2-2緩蝕劑含量為0.005%的實(shí)驗(yàn)樣液，備用;用以上同樣操作方法分別配制緩蝕劑含量分別為0.010%，0.020%，0.030%，0.050%的實(shí)驗(yàn)樣液，備用。

(3)完成實(shí)驗(yàn)。分別測(cè)試UT2-2緩蝕劑含量為 0.005%，0.010%，0.020%，0.030%，0.050%的實(shí)驗(yàn)樣液對(duì)N80材質(zhì)鋼片的腐蝕速率，計(jì)算其緩蝕率。

不同濃度的緩蝕劑UT2-2在同等條件下的腐蝕速率和緩蝕能力如圖2所示。緩蝕率隨緩蝕劑含量的增大而增強(qiáng)，在0.020%時(shí)能達(dá)95%以上。該含量下腐蝕速率只有0.0431 mm/a，符合國家0.076 mm/a的標(biāo)準(zhǔn)。如繼續(xù)增大濃度，緩蝕率增加幅度不大，所以緩蝕劑最佳經(jīng)濟(jì)含量為0.020%。

圖2 不同濃度UT2-2緩蝕劑緩蝕率測(cè)試結(jié)果

3 CO2分壓和溫度對(duì)緩蝕劑性能影響測(cè)試

3.1 CO2分壓對(duì)緩蝕劑性能影響

(1)設(shè)定實(shí)驗(yàn)條件。緩蝕劑，含量0.02%;CO2分壓分別為 0.30，0.50，0.75，1.0，3.0 MPa;其余實(shí)驗(yàn)條件與前面緩蝕劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)條件相同。

(2)配制腐蝕液。稱取0.20 g的UT2-2緩蝕劑于100 mL燒杯中，加入LP4T井水樣攪拌均勻，轉(zhuǎn)入1 000 mL容量瓶，定容至刻度線，即得到UT2-2緩蝕劑含量0.020%的稀釋液，備用。

(3)完成實(shí)驗(yàn)。分別測(cè)試 CO2分壓為0.30，0.50，0.75，1.00，3.00 MPa 時(shí) UT2-2 緩蝕劑實(shí)驗(yàn)樣液對(duì)N80材質(zhì)鋼片的腐蝕速率，并根據(jù)同等條件下不含緩蝕劑的LP4T井水樣腐蝕數(shù)據(jù)計(jì)算緩蝕率。

圖3 不同CO2分壓下腐蝕測(cè)試結(jié)果

(4)分析測(cè)試結(jié)果。如圖3所示，隨著CO2分壓的增加，空白LP4T井水樣和含0.02%UT2-2緩蝕劑的LP4T井水樣腐蝕液對(duì)N8O鋼材腐蝕速率逐漸加重;但在不同CO2分壓下UT2-2均有較好緩蝕效果，其緩蝕率達(dá)90%以上。在3 MPa時(shí)含UT2-2緩蝕劑腐蝕液年腐蝕速率也只有0.054 mm/a，小于0.076 mm/a的國家標(biāo)準(zhǔn)。這說明不同CO2分壓對(duì)UT2-2緩蝕劑緩蝕性能影響不大，即UT2-2緩蝕劑對(duì)不同CO2分壓氣井均有較好適應(yīng)性。

3.2 溫度對(duì)緩蝕劑性能影響

通過前面實(shí)驗(yàn)確定了柳楊堡氣田L(fēng)P4T井防腐工藝使用UT2-2油氣井抗CO2緩蝕劑的最佳含量為0.02%。此實(shí)驗(yàn)主要考察不同溫度條件下使用最佳含量緩蝕劑時(shí)柳楊堡氣田L(fēng)P4T井水樣腐蝕N80材質(zhì)鋼片的情況。

(1)實(shí)驗(yàn)條件。實(shí)驗(yàn)溫度分別為60，80，100，130，150℃，其余實(shí)驗(yàn)條件與前面緩蝕劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)條件相同。

(2)腐蝕液配制。稱取0.20 g UT2-2緩蝕劑于100 mL燒杯中，加入LP4T井水樣攪拌均勻，轉(zhuǎn)入1 000 mL容量瓶，定容至刻度線，即得含0.02%UT2-2緩蝕劑的稀釋液，備用。

(3)實(shí)驗(yàn)方法。分別在 60，80，100，130，150 ℃條件下測(cè)試UT2-2緩蝕劑含量為0.02%實(shí)驗(yàn)樣液對(duì)N80材質(zhì)鋼片腐蝕速率，并根據(jù)同等條件下不含緩蝕劑LP4T井水樣腐蝕數(shù)據(jù)計(jì)算緩蝕率。

(4)測(cè)試結(jié)論。如圖4所示，隨著溫度升高，空白LP4T井水樣和UT2-2緩蝕劑含量為0.02%的LP4T井水樣腐蝕液對(duì)N8O鋼材的腐蝕速率逐漸加快;但在不同溫度下UT2-2緩蝕劑均有較好的緩蝕效果，緩蝕率達(dá)90%及以上，在150℃時(shí)含UT2-2腐蝕液年腐蝕速率也只有0.055 6 mm/a，小于國家標(biāo)準(zhǔn)(0.076 mm/a)。這些現(xiàn)象說明溫度對(duì)UT2-2緩蝕劑緩蝕性能影響不大，即UT2-2緩蝕劑對(duì)溫度有較好適應(yīng)性。

圖4 不同溫度腐蝕測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)語

(1)通過藥劑篩選實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出UT2-2作為柳楊堡氣田防腐工藝用緩蝕劑。該藥劑含量為0.01%時(shí)，緩蝕率就能達(dá)到85%以上。

(2)緩蝕劑UT2-2加注最經(jīng)濟(jì)的加注濃度為0.020%。在此濃度下緩蝕率達(dá)95%，腐蝕速率0.043 1 mm/a，優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。

(3)不同CO2分壓、不同溫度下UT2-2均具有良好的緩蝕性能，UT2-2對(duì)CO2分壓和溫度有良好的適應(yīng)性。

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