海上某油田油井管柱腐蝕影響因素及防治措施研究

薛 鎣

(中海石油(中國(guó))有限公司上海分公司，上海 200335)

隨著油氣田的不斷開(kāi)發(fā)，國(guó)內(nèi)大部分油氣田已進(jìn)入了高含水階段，采出水中含水率上升會(huì)對(duì)油氣井管柱造成更嚴(yán)重的腐蝕，從而影響油氣田的正?？碧脚c開(kāi)發(fā)[1-5]。造成油井管柱腐蝕的影響因素較多，主要包括油井采出水的礦化度、離子組成、pH值、井筒溫度及壓力等，因此，有必要對(duì)油井管柱腐蝕的影響因素進(jìn)行研究，針對(duì)性地提出油井管柱防腐蝕措施[6-10]。

海上某油田在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，油井管柱腐蝕問(wèn)題已普遍存在于大多數(shù)區(qū)塊內(nèi)，油管、抽油桿和抽油泵等井筒設(shè)備均出現(xiàn)了不同程度的點(diǎn)蝕、坑蝕或穿孔等腐蝕現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了油田的正常開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，給油田造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，作者以海上某油田油井采出水和油井管柱鋼片為研究對(duì)象，采用靜態(tài)掛片失重法研究采出水中硫化物含量、pH值、腐蝕溫度以及氯離子含量等因素對(duì)腐蝕速率的影響，在分析油井管柱腐蝕影響因素的基礎(chǔ)上，提出相應(yīng)的防治措施，并評(píng)價(jià)緩蝕劑STB-11對(duì)目標(biāo)油田油井管柱鋼片的緩蝕性能。以期為目標(biāo)油田油井管柱防腐技術(shù)提供一定的技術(shù)支持，以確保油田的安全高效合理開(kāi)發(fā)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑與儀器

模擬海上某油田油井采出水，礦化度為21 500 mg·L-1，水型為NaHCO3；鋼片，采用海上某油田油井現(xiàn)場(chǎng)管柱加工而成，尺寸均為50 mm×25 mm×2 mm，材質(zhì)為J55鋼。

硫化鈉、氯化鈉、氫氧化鈉、鹽酸(36%)，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；緩蝕劑STB-11(有效濃度>70%)，自制。

高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕反應(yīng)釜，南通儀創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

1.2 方法

使用高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕反應(yīng)釜，采用靜態(tài)掛片失重法對(duì)海上某油田油井管柱腐蝕影響因素進(jìn)行分析，根據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SY/T 5273-2014 《油田采出水處理用緩蝕劑性能指標(biāo)及評(píng)價(jià)方法》對(duì)緩蝕劑性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與討論

2.1 油井管柱腐蝕影響因素

2.1.1 硫化物含量的影響

在模擬海上某油田油井采出水中加入不同含量的Na2S，腐蝕溫度為80 ℃，腐蝕時(shí)間為7 d，考察硫化物含量對(duì)油井管柱J55鋼片腐蝕速率的影響，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 硫化物含量對(duì)腐蝕速率的影響

由表1可知，隨著油井采出水中硫化物含量的增加，J55鋼片的腐蝕速率逐漸加快，當(dāng)硫化物含量為400 mg·L-1時(shí)，J55鋼片的腐蝕速率達(dá)到1.215 mm·a-1。目標(biāo)油田油井采出水中含有較多的硫化物(250 mg·L-1左右)，會(huì)對(duì)油井管柱造成比較嚴(yán)重的局部腐蝕，是造成目標(biāo)油田油井管柱腐蝕的主要原因之一。

2.1.2 pH值的影響

使用鹽酸和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)模擬海上某油田油井采出水的pH值，腐蝕溫度為80 ℃，腐蝕時(shí)間為7 d，考察不同pH值對(duì)油井管柱J55鋼片腐蝕速率的影響，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同pH值對(duì)腐蝕速率的影響

由表2可知，隨著油井采出水pH值的增大，J55鋼片的腐蝕速率逐漸減慢，當(dāng)pH值由3增大至10時(shí)，J55鋼片的腐蝕速率由2.318 mm·a-1減慢至0.142 mm·a-1，可見(jiàn)采出水pH值對(duì)腐蝕速率的影響較大。這是由于在pH值較小時(shí)，采出水中的H+會(huì)溶解部分腐蝕產(chǎn)物硫化亞鐵，使腐蝕進(jìn)程加劇，腐蝕速率加快。

2.1.3 腐蝕溫度的影響

測(cè)定了不同腐蝕溫度下海上某油田油井采出水對(duì)J55鋼片的腐蝕速率，腐蝕時(shí)間為7 d，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 腐蝕溫度對(duì)腐蝕速率的影響

由表3可知，隨著腐蝕溫度的升高，J55鋼片的腐蝕速率逐漸加快，當(dāng)腐蝕溫度為120 ℃時(shí)，J55鋼片的腐蝕速率為2.156 mm·a-1。這是由于，溫度升高會(huì)促進(jìn)流體介質(zhì)對(duì)金屬表面的點(diǎn)蝕作用，使腐蝕進(jìn)程加劇，腐蝕速率加快；另外，溫度越高，金屬表面的腐蝕產(chǎn)物保護(hù)膜越疏松，易受流體沖刷而變薄，從而使腐蝕速率進(jìn)一步加快。

2.1.4 氯離子含量的影響

在模擬海上某油田油井采出水中加入不同含量的NaCl，腐蝕溫度為80 ℃，腐蝕時(shí)間為7 d，考察氯離子含量對(duì)油井管柱J55鋼片腐蝕速率的影響，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 氯離子含量對(duì)腐蝕速率的影響

由表4可知，隨著油井采出水中氯離子含量的增加，J55鋼片的腐蝕速率逐漸加快，當(dāng)氯離子含量為30 000 mg·L-1時(shí)，腐蝕速率達(dá)到1.726 mm·a-1。這是由于，氯離子屬于活性陰離子，較容易吸附在金屬表面，破壞金屬表面形成的氧化保護(hù)膜，使腐蝕進(jìn)程加劇，腐蝕速率加快。

2.2 油井管柱腐蝕防治措施

采用緩蝕劑是油田常用的一種經(jīng)濟(jì)、高效的防腐措施。針對(duì)海上某油田油井管柱腐蝕現(xiàn)狀及腐蝕影響因素評(píng)價(jià)結(jié)果，室內(nèi)研制了一種新型復(fù)合緩蝕劑STB-11，并評(píng)價(jià)其對(duì)目標(biāo)油田油井管柱的緩蝕性能。

2.2.1 緩蝕劑STB-11加量的確定

在模擬海上某油田油井采出水(硫化物含量250 mg·L-1)中加入不同量的緩蝕劑STB-11，腐蝕溫度為80 ℃，腐蝕時(shí)間為7 d，考察緩蝕劑STB-11加量對(duì)油井管柱腐蝕的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 緩蝕劑STB-11加量對(duì)油井管柱腐蝕的影響Fig.1 Effect of dosage of corrosion inhibitor STB-11 on oil well string corrosion

由圖1可知，隨著緩蝕劑STB-11加量的增大，腐蝕速率逐漸減慢，當(dāng)緩蝕劑STB-11加量為30 mg·L-1時(shí)，腐蝕速率降至0.051 mm·a-1，緩蝕率達(dá)到90%以上，能夠滿足石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SY/T 5273-2014 《油田采出水處理用緩蝕劑性能指標(biāo)及評(píng)價(jià)方法》要求(緩蝕劑加量為30 mg·L-1時(shí)靜態(tài)均勻緩蝕率≥70%)。說(shuō)明緩蝕劑STB-11具有較好的緩蝕性能，其適宜加量為30 mg·L-1。

2.2.2 緩蝕劑STB-11的耐溫性能

在緩蝕劑STB-11加量為30 mg·L-1、腐蝕溫度為30～120 ℃時(shí)，考察緩蝕劑STB-11的耐溫性能，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 緩蝕劑STB-11的耐溫性能Fig.2 High-temperature resistance performance of corrosion inhibitor STB-11

由圖2可知，隨著腐蝕溫度的升高，腐蝕速率逐漸加快，但升幅較小，緩蝕率逐漸下降，當(dāng)腐蝕溫度為120 ℃時(shí)，腐蝕速率為0.071 mm·a-1，緩蝕率達(dá)85%以上，仍能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。說(shuō)明緩蝕劑STB-11具有較好的耐溫性能，能夠滿足井底高溫環(huán)境對(duì)緩蝕劑性能的要求。

3 結(jié)論

(1)在分析海上某油田油井管柱腐蝕現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，室內(nèi)開(kāi)展了油井管柱腐蝕影響因素研究。結(jié)果表明，腐蝕速率隨采出水中硫化物含量、腐蝕溫度以及氯離子含量的升高而逐漸加快，腐蝕速率隨pH值的增大而逐漸減慢。

(2)油井管柱腐蝕防治措施研究結(jié)果表明，當(dāng)采出水中緩蝕劑STB-11加量為30 mg·L-1、腐蝕溫度為120 ℃時(shí)，腐蝕速率為0.071 mm·a-1，緩蝕率可以達(dá)到85%以上，能夠滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。