天然氣氣井腐蝕與防腐技術(shù)研究

郭學(xué)輝，駱建斌

(西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065)

材料

天然氣氣井腐蝕與防腐技術(shù)研究

郭學(xué)輝，駱建斌

(西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065)

在研究區(qū)的氣井進(jìn)行生產(chǎn)開(kāi)發(fā)時(shí)，由于產(chǎn)出來(lái)的天然氣中有腐蝕介質(zhì)，這些介質(zhì)能夠腐蝕氣井油管發(fā)生很?chē)?yán)重的腐蝕，從而破壞油管影響生產(chǎn)。針對(duì)目前的研究區(qū)的腐蝕情況，對(duì)氣井產(chǎn)生的腐蝕因素進(jìn)行分析，經(jīng)過(guò)生產(chǎn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)室研究，加注適量的緩蝕劑是最有效最省開(kāi)支的防腐材料。然后通過(guò)監(jiān)測(cè)技術(shù)形成監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)氣井進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以及時(shí)有效的調(diào)整加注方案，為氣井防腐、氣田穩(wěn)產(chǎn)的提供一定的指導(dǎo)。

防腐對(duì)策；緩蝕劑；加注

某氣礦開(kāi)發(fā)了近二十多年，其礦區(qū)的氣井油管都有不同程度的腐蝕，腐蝕的類(lèi)型多樣，腐蝕的范圍由小到大都存在，腐蝕最壞的程度是管壁腐蝕變薄，部分管段直接腐蝕斷落到井底當(dāng)中，嚴(yán)重的影響和限制了其氣田的工作生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)度。

1 氣井腐蝕主要影響因素

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外氣田氣井的研究資料來(lái)看，影響氣井井管腐蝕的因素多種，但其最主要的因素有3種：天然氣中所含H2S；天然氣中所含CO2；氣田水中的Cl-。

H2S的破壞力主要是點(diǎn)蝕氣井管壁，使其部分管壁厚度減小變薄、坑蝕或穿孔，H2S與鋼材發(fā)生反應(yīng)形成氫鼓泡；CO2腐蝕管道剛主要表現(xiàn)為孔腐蝕和輪蘚狀腐蝕，并且腐蝕穿孔的效率非常高；氯離子(Cl-)主要有兩種來(lái)源：第一是氣田水中礦化物；第二是氣井進(jìn)行酸化作業(yè)時(shí)殘留的酸，由于存在氯離子使其腐蝕的速度加快2～5倍，尤其會(huì)加快管道剛的局部腐蝕。

2 氣井防腐的工藝技術(shù)

目前，含硫氣井的防腐的工藝技術(shù)有:使用抗硫耐蝕材料、涂抹防腐蝕涂層、加裝多層套管、安裝井下封隔器、加注緩蝕劑及套管的陰極保護(hù)。通過(guò)礦區(qū)長(zhǎng)期的生產(chǎn)防腐經(jīng)驗(yàn)得出選用能夠有效的對(duì)抗硫油套管防腐的保護(hù)技術(shù)是加注合適的緩蝕劑[1]。

在選用抗硫油套管上，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)規(guī)范了技術(shù)指標(biāo)，而緩蝕劑沒(méi)有可參照技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)槠涫褂玫奶厥庑?，所以，在結(jié)合到氣礦區(qū)生產(chǎn)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，總結(jié)歸納每次加入緩蝕劑的應(yīng)用效果，再結(jié)合前人的研究成果，對(duì)今后每一口需要加緩蝕劑提供更合理的方案。

2.1氣井緩蝕劑保護(hù)技術(shù)

緩蝕劑，別名又叫腐蝕抑制劑，將其投入一定量到氣井當(dāng)中時(shí)，能在管道壁和已經(jīng)腐蝕面上減緩其腐蝕的速度，起了一定的保護(hù)作用。由表1得，J1井是加注了合適的緩蝕劑，J38井按固定量加的，其腐蝕結(jié)果是J1井井管腐蝕較輕，J38井井管腐蝕嚴(yán)重。

表1 J1井、J38井腐蝕介質(zhì)含量和腐蝕情況

2.1.1 緩蝕劑選擇

緩蝕劑具體的應(yīng)用及應(yīng)用種類(lèi)是根據(jù)腐蝕介質(zhì)和其特定的腐蝕環(huán)境來(lái)決定的，若是同種腐蝕介質(zhì)，腐蝕的環(huán)境不同，所用緩蝕劑不一樣。在實(shí)際的操作中，先確定該氣井的腐蝕的介質(zhì)和環(huán)境，在經(jīng)過(guò)室內(nèi)的分析化驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)來(lái)確定緩蝕劑[2]。

2.1.2 緩蝕劑預(yù)膜

緩蝕劑預(yù)膜的概念是在往氣井里加入足量的緩蝕劑使金屬壁能夠充分與緩蝕劑接觸并對(duì)表面壁形成保護(hù)，這樣能夠減少投入緩蝕劑。在第1次或者6個(gè)月以上沒(méi)有加注緩蝕劑，就應(yīng)進(jìn)行緩蝕劑預(yù)膜的操作。準(zhǔn)備好預(yù)膜的緩蝕劑在24 h以?xún)?nèi)全部加注到氣井當(dāng)中，在經(jīng)過(guò)5 d以后需要對(duì)氣井內(nèi)局部管壁沒(méi)有形成預(yù)膜的進(jìn)行加注修補(bǔ)，以此同時(shí)開(kāi)始加注正常的緩蝕劑量。氣井經(jīng)過(guò)緩蝕劑預(yù)膜處理形成預(yù)膜量的表達(dá)式(1)。

V=2.4D×L

(1)

式中V——預(yù)膜量，l；

D——管徑，mm；

L——管長(zhǎng)，km。

2.1.3 加注量

通過(guò)緩蝕劑室內(nèi)的分析化驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)來(lái)確定加注量和周期(見(jiàn)圖1)，還要考慮氣井類(lèi)別(已投產(chǎn)井、未投產(chǎn)井及特殊氣井)、井深、產(chǎn)氣量和產(chǎn)水量等因素。緩蝕劑正常加注量及周期見(jiàn)表1，在研究區(qū)各個(gè)氣井的情況不一樣，要結(jié)合具體實(shí)際情況，按照表中的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加注調(diào)整。

圖1 加注工藝示意圖

2.2緩蝕劑應(yīng)用效果

目前研究區(qū)評(píng)價(jià)緩蝕劑使用的合理加注量和類(lèi)型及其保護(hù)的效果的方法有3種：失量腐蝕掛片檢測(cè)；在線(xiàn)腐蝕探針監(jiān)測(cè)；緩蝕劑殘余濃度分析。以下來(lái)分析一下3種方法的優(yōu)勢(shì)及缺點(diǎn)，3種方法能夠相互搭配使用，能發(fā)揮出更好的使用效果。

失量腐蝕掛片檢測(cè)：在實(shí)驗(yàn)室中，進(jìn)行兩組實(shí)驗(yàn)對(duì)比，相同的材質(zhì)和質(zhì)量?jī)蓧K樣品，同一個(gè)腐蝕環(huán)境，一個(gè)是沒(méi)有加注和另外一個(gè)是加緩蝕劑，在相同的時(shí)間內(nèi)，同時(shí)取出樣品進(jìn)行清洗稱(chēng)重，把兩組樣品前后的質(zhì)量各自相減得出損失量，將損失量除以時(shí)間得出腐蝕率，進(jìn)而算得緩蝕劑的緩蝕率。

在線(xiàn)腐蝕探針監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能夠快速準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)并且易操作，該技術(shù)能在氣井采氣作業(yè)的過(guò)程中，直接用電信號(hào)來(lái)測(cè)量腐蝕速度的實(shí)時(shí)變化值，通過(guò)變化值能及時(shí)反映出腐蝕的環(huán)境；該監(jiān)測(cè)技術(shù)的電信號(hào)可以連接到常規(guī)儀器中，通過(guò)監(jiān)測(cè)值能夠監(jiān)測(cè)到氣井內(nèi)的腐蝕環(huán)境情況，并對(duì)生產(chǎn)裝置和加注的緩蝕劑進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最佳的生產(chǎn)及加注效果。

緩蝕劑殘余濃度分析，第1種和第2種技術(shù)都是通過(guò)腐蝕速率的測(cè)量值來(lái)推算出其緩蝕率，但是緩蝕劑都是通過(guò)產(chǎn)出的水帶回到地面，其產(chǎn)出水含有緩蝕劑的殘余濃度，通過(guò)對(duì)殘余濃度的檢測(cè)，就計(jì)算出井中緩蝕劑的含量，這樣就可以確定緩蝕劑是否對(duì)井管形成有效的保護(hù)。

2.3緩蝕劑質(zhì)量關(guān)

緩蝕劑原料是合成的化學(xué)制品，為了確保其質(zhì)量安全，需要對(duì)生產(chǎn)供應(yīng)商的緩蝕劑進(jìn)行抽樣檢測(cè)，檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)按照生產(chǎn)供應(yīng)商提供的，嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)。在實(shí)際的現(xiàn)成應(yīng)用過(guò)程中，需要對(duì)緩蝕劑的生產(chǎn)保質(zhì)期進(jìn)行查看，一旦超過(guò)保質(zhì)期，堅(jiān)決不能使用。

3 氣井防腐的操作建議

氣井防腐的工作是持續(xù)不斷的過(guò)程，在氣井生產(chǎn)運(yùn)行中時(shí)，要對(duì)氣井防腐進(jìn)行有效的組織管理，建立責(zé)任落實(shí)到位的監(jiān)督機(jī)制，對(duì)防腐的進(jìn)行全面的跟蹤，從方案制定到實(shí)施每一步都監(jiān)督，弱出現(xiàn)問(wèn)題可以隨時(shí)調(diào)整變化，確保防腐工作有效性。

3.1氣井井管腐蝕預(yù)測(cè)

通過(guò)氣井所測(cè)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，建立其氣井的腐蝕模型，該模型能夠計(jì)算腐蝕的速度并能預(yù)測(cè)氣井管壁的使用年限，這樣能對(duì)新井的完井設(shè)計(jì)提供一些指導(dǎo)。改模型是建立在大量的數(shù)據(jù)(室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)分析、各種儀器的檢測(cè))基礎(chǔ)之上的，數(shù)據(jù)越豐富，預(yù)測(cè)的結(jié)果越好[3]。

3.2建立監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)

在氣井從開(kāi)采，到后期防腐一系列的工藝，其產(chǎn)量、氣井的壓力、產(chǎn)液量等井內(nèi)的參數(shù)都在發(fā)生變化，緩蝕劑的類(lèi)型、加注量也要發(fā)生變化。所以，通過(guò)腐蝕掛片、在線(xiàn)探針監(jiān)測(cè)和緩蝕劑殘余濃度分析3種技術(shù)來(lái)建立氣井腐蝕監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)能及時(shí)了解氣井的腐蝕程度，實(shí)時(shí)關(guān)注加注緩蝕劑后的效果，通過(guò)腐蝕監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)可以及時(shí)調(diào)整緩蝕劑類(lèi)型和分量，更科學(xué)的防腐，為氣井穩(wěn)產(chǎn)提供一定的保障。

4 結(jié) 論

對(duì)研究區(qū)氣井井管進(jìn)行防腐是系統(tǒng)工程，其過(guò)程涉及到生產(chǎn)開(kāi)發(fā)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，要早預(yù)防，早發(fā)現(xiàn)，早處理的工作方針，在氣井開(kāi)始投產(chǎn)前，就需要對(duì)氣井管壁進(jìn)行保護(hù)，重點(diǎn)防腐的是準(zhǔn)備投產(chǎn)的新井和剛先換的井管的作為目標(biāo)。

在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)室對(duì)氣井腐蝕檢測(cè)分析中，加注緩蝕劑是對(duì)氣井井管防腐最有效最節(jié)約成本的。通過(guò)對(duì)每個(gè)氣井的實(shí)際生產(chǎn)情況和腐蝕的程度及腐蝕的環(huán)境，進(jìn)行選取合適的緩蝕劑進(jìn)行加注，確保最佳效果。

在氣井從開(kāi)采，到后期防腐一系列的工藝，井內(nèi)的參數(shù)都在發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)的緩蝕劑也要發(fā)生變化。即通過(guò)文中敘述的3種技術(shù)來(lái)建立氣井腐蝕監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)能及時(shí)了解氣井的腐蝕程度，實(shí)時(shí)關(guān)注加注緩蝕劑后的效果，通過(guò)腐蝕監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)可以及時(shí)調(diào)整緩蝕劑量，做到科學(xué)的防腐，為氣井穩(wěn)產(chǎn)提供一定的保障。

[1] 張文鐘, 高嵩, 戰(zhàn)風(fēng)濤. 環(huán)烷酸基咪唑啉類(lèi)緩蝕劑的合成及緩蝕性能評(píng)價(jià)[J]. 廣東化工, 2013(14): 56-57.

[2] 張志川, 唐和清. 油田腐蝕實(shí)例及腐蝕機(jī)理解析與控制技術(shù)[J]. 材料保護(hù), 2004, 36(10): 39-41.

[3] 張愛(ài)社, 吝愛(ài)芳. 中原油田油系統(tǒng)腐蝕狀況分析及對(duì)策[J]. 石油與天然氣化工, 2002, 31(1): 41-43.

CorrosionandAnticorrosionTechnologyofNaturalGasWell

GUO Xuehui, LUO Jianbin

(Xi'anUniversityofPetroleum,Xi'an,Shanxi710065,China)

During the production and development of gas wells, we think corrosive media in natural gas can corrode the serious corrosion of the gas well tubing to undermine the tubing to affect the production. In view of the corrosion situation in the current area, the corrosion factors of the gas wells are analyzed. After the production process and laboratory research, the appropriate amount of corrosion inhibitor is the most effective and cost-effective anticorrosive material. Through the monitoring technology to form a monitoring network in real-time monitoring of gas wells, we can make a timely and effective adjustment of the filling program for gas wells corrosion and gas field stability to provide some guidance.

Anti-corrosion measures; Corrosion inhibitor; Filling

2017-06-15

郭學(xué)輝(1962-)，男，湖南人，教授級(jí)高級(jí)工程師，研究方向：油田腐蝕控制與污水處理技術(shù)、化學(xué)解堵與油氣增產(chǎn)技術(shù)、提高采收率技術(shù)、油田化學(xué)劑應(yīng)用技術(shù)等，手機(jī)：17782625101，E-mail：shiyougxh@163.com.

TE983

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.05.029