流程腐蝕對(duì)海上S油田化學(xué)驅(qū)工作液的影響

張曉冉，孟祥海，韓玉貴，宋 鑫，鄒 劍

中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300452

海上S油田在注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中，多次更換注入水質(zhì)，經(jīng)歷注海水開(kāi)發(fā)、注水源井水開(kāi)發(fā)、清污混合注入開(kāi)發(fā)等方式。該油田現(xiàn)場(chǎng)注入系統(tǒng)受水源條件影響，管線腐蝕結(jié)垢問(wèn)題嚴(yán)重，造成注入壓力增大、能耗增加，且對(duì)聚合物溶液的性能產(chǎn)生較大影響[1-5]。筆者首先從水源著手分析流程腐蝕原因，并研究流程腐蝕產(chǎn)物對(duì)聚合物溶液性能的影響，以期指導(dǎo)化學(xué)驅(qū)的開(kāi)展。

1 海上S油田流程腐蝕原因分析

目前海上S油田化學(xué)驅(qū)采用清配污稀的方式進(jìn)行化學(xué)驅(qū)工作液的配制和稀釋，即母液采用水源井水配制，水源井水與生產(chǎn)污水按比例混合稀釋母液至目標(biāo)濃度，生產(chǎn)污水是多區(qū)塊污水混合，礦物度變化在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)；水源井水質(zhì)穩(wěn)定，但礦化度相對(duì)較高[6-8]。在現(xiàn)場(chǎng)注入過(guò)程中，易造成流程腐蝕的一般為水中的鹵離子，因此針對(duì)海上S油田所有井區(qū)的地層水/產(chǎn)出水進(jìn)行水質(zhì)分析，研究聚合物溶液的配制環(huán)境及管線腐蝕結(jié)垢環(huán)境。針對(duì)海上S油田不同區(qū)塊近年內(nèi)的主要陽(yáng)離子以及主要鹵離子Cl-組成進(jìn)行分析，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同區(qū)塊水源的主要離子組成 mg/L

注：D、E平臺(tái)無(wú)水源井，注入水全部為生產(chǎn)污水。

配液用水對(duì)流程的腐蝕主要來(lái)自水中的鹵化物。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，該油田水源井水、生產(chǎn)污水屬于氯化鈣水型，鈣鎂離子含量高，注入地層后，不僅容易結(jié)垢導(dǎo)致滲透率降低，同時(shí)Cl-含量較高，配注管線長(zhǎng)期處在一個(gè)易腐蝕的極性環(huán)境內(nèi)，會(huì)發(fā)生點(diǎn)蝕、穿孔等。因此綜合分析發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期高含量的Cl-是造成注聚流程管線腐蝕的主要原因。

2 流程腐蝕產(chǎn)物對(duì)聚合物溶液的影響

通過(guò)管線材質(zhì)及沿程各節(jié)點(diǎn)分析認(rèn)為，流程腐蝕的主要產(chǎn)物為鐵離子及亞鐵離子[9]，水質(zhì)分析數(shù)據(jù)表明，在聚合物母液配制和高壓水稀釋過(guò)程中，配制水中都含有一定量的鐵離子，雖然含量并未超過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但均會(huì)影響聚合物溶液性能。因此，應(yīng)分析在海上S油田條件下亞鐵離子/鐵離子的含量對(duì)聚合物溶液性能的影響。

2.1 鐵離子濃度對(duì)目標(biāo)液黏度的影響

在模擬流程溫度條件下，配制目標(biāo)聚合物溶液濃度1 750 mg/L，并加入不同濃度的FeCl2、FeCl3溶液，分析不同濃度亞鐵離子/鐵離子對(duì)聚合物溶液的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 聚合物溶液在不同亞鐵離子/鐵離子濃度下黏度變化

亞鐵離子在水中是不穩(wěn)定的陽(yáng)離子，極易發(fā)生還原反應(yīng)。由圖1可以看出，隨著亞鐵離子的濃度增加，聚合物溶液黏度呈線性趨勢(shì)下降。亞鐵離子含量達(dá)到3 mg/L時(shí)，溶液黏度損失達(dá)到60%，并出現(xiàn)淡黃色的絮狀體，這表明高濃度亞鐵離子會(huì)使聚合物溶液發(fā)生絮凝。因此，亞鐵離子的濃度對(duì)溶液有較大影響，化學(xué)驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)必須控制亞鐵離子含量。

鐵離子在水中是相對(duì)穩(wěn)定，但其產(chǎn)生的靜電屏蔽作用也影響聚合物溶液黏度。由圖1可以看出，聚合物溶液黏度隨著鐵離子的含量增加液呈下降趨勢(shì)，但下降幅度較亞鐵離子影響小。鐵離子濃度0.4 mg/L時(shí)，溶液黏度損失5%。鐵離子較亞鐵離子時(shí)聚合物溶液黏度影響小。

2.2 聚合物與亞鐵離子接觸時(shí)間對(duì)聚合物溶液黏度的影響

基于亞鐵離子對(duì)聚合物溶液黏度影響較大，用含有不同亞鐵離子濃度的水配制聚合物溶液，并在不同時(shí)間進(jìn)行取樣化驗(yàn)，分析聚合物目標(biāo)液黏度與亞鐵離子接觸時(shí)間關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 聚合物溶液黏度受不同濃度亞鐵離子影響曲線

由圖2可以看出，隨著接觸時(shí)間延長(zhǎng)，目標(biāo)液黏度出現(xiàn)先增加后減小最終趨向平穩(wěn)的趨勢(shì)，在40 min左右達(dá)到黏度峰值。這是因?yàn)榫酆衔锶芤涸谑旎^(guò)程中，黏度不斷上升，前期自身黏度增加作用大于亞鐵離子對(duì)其黏度的影響，后期亞鐵離子使聚合物溶液黏損開(kāi)始下降，并最終趨于平穩(wěn)。亞鐵離子含量越低，溶液黏度趨于平穩(wěn)所需時(shí)間越短，80 ～100 min達(dá)到黏度穩(wěn)定，亞鐵離子含量越高，溶液黏度下降幅度越大，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，120 min時(shí)黏度仍有下降趨勢(shì)。

現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中，亞鐵離子主要來(lái)源于管線及沿程設(shè)備腐蝕。對(duì)于流程腐蝕產(chǎn)生的亞鐵離子，需盡快處理。同時(shí)流程材質(zhì)必須選擇具有較強(qiáng)防腐能力的材質(zhì)，如加入金屬鉻[10]等，降低材質(zhì)碳含量和夾雜物，優(yōu)選優(yōu)質(zhì)C類鋼或碳素鋼，以及選用無(wú)鐵的玻璃鋼管，以控制目標(biāo)液濃度損失，保證化學(xué)驅(qū)效果。

3 結(jié)論與建議

1)海上S油田配液用水對(duì)流程的腐蝕主要來(lái)自水中高濃度的Cl-離子，含量范圍在3 000～6 000 mg/L，配注管線長(zhǎng)期處在一個(gè)易腐蝕的極性環(huán)境內(nèi)，會(huì)發(fā)生點(diǎn)蝕、穿孔等。

2)亞鐵離子含量對(duì)聚合物溶液黏度影響較大，濃度達(dá)到3 mg/L時(shí)，溶液黏度損失達(dá)到60%，并出現(xiàn)淡黃色的絮狀體，因此現(xiàn)場(chǎng)必須控制亞鐵離子含量。鐵離子對(duì)聚合物溶液黏度的影響小于亞鐵離子。

3)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中可以通過(guò)加入惰性金屬元素、降低材質(zhì)碳含量和夾雜物、優(yōu)選優(yōu)質(zhì)C類鋼或碳素鋼等方式控制亞鐵離子、鐵離子含量，以控制目標(biāo)液濃度損失。