CO2復(fù)合蒸汽驅(qū)井筒腐蝕防治技術(shù)研究與應(yīng)用

鐘文浩

CO2復(fù)合蒸汽驅(qū)井筒腐蝕防治技術(shù)研究與應(yīng)用

鐘文浩

（新疆油田公司重油開(kāi)發(fā)公司， 新疆 克拉瑪依 834000）

新疆油田九6區(qū)齊古組油藏已處于蒸汽驅(qū)開(kāi)發(fā)后期，開(kāi)發(fā)效果逐年變差，為提高該油藏采收率，開(kāi)發(fā)方式轉(zhuǎn)換成CO2復(fù)合驅(qū)，但注入CO2后其腐蝕問(wèn)題也日益凸顯出來(lái)。針對(duì)九6區(qū)CO2復(fù)合驅(qū)的腐蝕問(wèn)題，通過(guò)分析腐蝕原因，并結(jié)合九6區(qū)的生產(chǎn)特點(diǎn)優(yōu)化井筒工藝，優(yōu)選緩蝕劑方案，從而有效解決CO2復(fù)合驅(qū)腐蝕問(wèn)題，提高CO2腐蝕防治能力。

井筒腐蝕；影響因素；緩蝕劑；防腐措施；

新疆油田稠油儲(chǔ)量豐富，主要以蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)為主，隨著油田開(kāi)發(fā)不斷深入，油汽比低于0.1，含水上升至97%，需要轉(zhuǎn)換開(kāi)發(fā)方式，提高油藏采收率。CO2復(fù)合驅(qū)能有效降低稠油黏度，提高蒸汽利用率，增大波及面積，提高油藏采收率。但是注入CO2會(huì)造成井筒腐蝕，且試驗(yàn)區(qū)油井均為老井利用，CO2腐蝕問(wèn)題會(huì)更加嚴(yán)重和復(fù)雜，存在竄漏及安全環(huán)保隱患。因此，以九6區(qū)為研究對(duì)象，開(kāi)展CO2復(fù)合驅(qū)腐蝕防治技術(shù)研究，有效解決CO2復(fù)合驅(qū)腐蝕問(wèn)題，提升腐蝕防治能力，最大程度實(shí)現(xiàn)CO2復(fù)合驅(qū)降本增效。

1 油藏開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

選取了新疆油田九6區(qū)南部96108等9井組作為CO2復(fù)合驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)共有各類(lèi)油汽井48口，其中采油井39口，注汽井9口。CO2復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)注汽壓力2～5 MPa，CO2采用段塞式注入，平均日注量1 t，注入壓力5 MPa，溫度30 ℃；試驗(yàn)區(qū)內(nèi)生產(chǎn)井井口溫度65～106 ℃，日產(chǎn)液量在10～25 t，含水96%～99%，生產(chǎn)井井筒材質(zhì)套管為N80。CO2復(fù)合驅(qū)使井下管柱及工具處于更加嚴(yán)重的腐蝕環(huán)境中，同時(shí)老井居多的現(xiàn)狀會(huì)加劇腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，需要加強(qiáng)井筒腐蝕防治方面的研究，并提出相應(yīng)的技術(shù)對(duì)策。

2 井筒腐蝕防治技術(shù)研究

2.1 腐蝕機(jī)理分析

高溫蒸汽條件下，持續(xù)注入CO2對(duì)井下管柱結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的腐蝕性。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為，影響井筒腐蝕的主要因素有溫度、壓力、含水率、管柱材質(zhì)、氯離子含量等。

溫度升高，腐蝕反應(yīng)各物質(zhì)所具有的能量增加，各反應(yīng)進(jìn)行的速率加快，腐蝕速度加快；但當(dāng)溫度超過(guò)一定的界限后，就會(huì)在管材表面形成一層附著力強(qiáng)的致密保護(hù)膜，這種膜具有較好的保護(hù)作用，能夠減緩腐蝕速率。

隨著CO2的分壓增加，腐蝕速率有增加的趨勢(shì)，當(dāng)CO2分壓大于0.1 MPa，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕；一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)CO2分壓在0.05～0.1 MPa，應(yīng)考慮腐蝕作用；當(dāng)CO2分壓小于0.05 MPa，一般不考慮腐蝕作用。

隨著含水率的上升，腐蝕程度會(huì)加重，腐蝕產(chǎn)物所具有的形態(tài)也不同。含水率50%時(shí)腐蝕產(chǎn)物局部覆蓋于材料表面，含水率75%時(shí)蝕坑底部堆積形成瘤狀腐蝕產(chǎn)物，含水率90%時(shí)腐蝕坑中的腐蝕產(chǎn)物存在裂紋，且疏松多孔。

氯離子對(duì)鋼鐵的影響隨材質(zhì)的不同而不同，可導(dǎo)致鋼鐵發(fā)生嚴(yán)重的孔蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕。高濃度氯化物可能引起耐蝕鋼或高強(qiáng)鋼的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。目前在防止CO2腐蝕的選材上，采用加入能提高合金熱力學(xué)穩(wěn)定性和直接阻滯陽(yáng)極過(guò)程的Cr、Ni等元素，可以明顯地提高鋼材的耐腐蝕效果。

2.2 井筒工藝優(yōu)選

為提高注汽效果和注汽質(zhì)量，保證汽驅(qū)階段的開(kāi)發(fā)效果，盡量采取熱損失小的管柱結(jié)構(gòu)，以提高注入蒸汽的熱利用率，因此，汽驅(qū)階段注汽井采用Φ114 mm×62 mm的N80隔熱油管?？紤]到緩蝕劑現(xiàn)場(chǎng)加藥制度不能完全達(dá)到理論實(shí)驗(yàn)條件下的緩蝕劑防護(hù)效果，生產(chǎn)井的油管應(yīng)采用3Cr鋼級(jí)的管材。由于生產(chǎn)井均利用老井進(jìn)行投產(chǎn)，套管材質(zhì)為3Cr鋼級(jí)。9Cr套管與常規(guī)N80套管、3Cr套管相比，9Cr套管的耐腐蝕性能大幅提高，因此，更新井推薦采用9Cr材質(zhì)套管。

在稠油生產(chǎn)中，為減少稠油進(jìn)泵阻力，要求優(yōu)選使用泵徑較大的泵。因此生產(chǎn)井采用56 mm注抽兩用泵，考慮到腐蝕的問(wèn)題，泵筒應(yīng)選擇防腐合金鋼材，抽油桿也應(yīng)進(jìn)行防腐處理。

2.3 緩蝕劑方案優(yōu)化

2.3.1 緩蝕劑篩選

利用高溫高壓釜模擬二氧化碳驅(qū)生產(chǎn)井腐蝕工況條件，評(píng)價(jià)不同溫度下緩蝕劑的緩蝕性能，結(jié)果看TSA-02、CIW-311 、20C三種緩蝕劑緩蝕性能較好。綜合評(píng)價(jià)緩蝕劑性能，多數(shù)工況下緩蝕劑CIW-311緩蝕性能比緩蝕劑TSA-02好，且緩蝕劑CIW-311噸成本費(fèi)用為1.3萬(wàn)元，而緩蝕劑TSA-02噸成本費(fèi)用為1.5萬(wàn)元，緩蝕劑CIW-311性?xún)r(jià)比比TSA-02高，并且緩蝕劑CIW-311生產(chǎn)廠家可以提供現(xiàn)場(chǎng)油井防腐一體化服務(wù)，因此選用緩蝕劑CIW-311。

2.3.2 緩蝕劑加注工藝

目前國(guó)內(nèi)油田油井緩蝕劑加注工藝主要有兩種，分別為井口加藥裝置連續(xù)加藥工藝、油井環(huán)空定期加藥工藝。根據(jù)九6區(qū)CO2復(fù)合驅(qū)油藏及生產(chǎn)井工況特點(diǎn)結(jié)合防腐成本經(jīng)濟(jì)性考慮，采用井口加藥裝置連續(xù)加藥和環(huán)空定期加藥工藝相結(jié)合腐蝕防治方案，對(duì)于產(chǎn)液量大（日產(chǎn)液量≥10 t）、井口溫度高（≥90 ℃）、CO2分壓≥0.3 MPa、腐蝕比較嚴(yán)重的油井，采用井口連續(xù)加藥防治工藝，余下腐蝕相對(duì)較輕的油井采用環(huán)空定期加藥腐蝕防治工藝。2.3.3 腐蝕監(jiān)測(cè)工藝

九6區(qū)CO2復(fù)合驅(qū)主要通過(guò)緩蝕劑殘余質(zhì)量濃度檢測(cè)、鐵離子質(zhì)量濃度檢測(cè)等工藝對(duì)二氧化碳腐蝕防治效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)情況調(diào)整緩蝕劑加注參數(shù)，保證緩蝕劑加注腐蝕防治效果。

3 應(yīng)用效果分析

在完井管柱方面，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)9口注汽井共下入9Cr套管2 700 m，39口老井利用的采油井下入3Cr油管9 300 m、防腐抽油泵39臺(tái)、防腐抽油桿 9 100 m。

在緩蝕劑加注方面，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)10口采用井口加藥裝置連續(xù)加藥工藝，油井平均產(chǎn)液量為15 m3·d-1，每天加注緩蝕劑，年消耗緩蝕劑10.95 t。29口井采用環(huán)空定期加藥工藝措施，油井平均產(chǎn)業(yè)量為 10 m3·d-1，每月分3輪注入，年消耗緩蝕劑20.88 t。

3.1 腐蝕監(jiān)測(cè)工藝應(yīng)用效果

3.1.1 緩蝕劑殘余質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)

圖1為油井緩蝕劑殘余質(zhì)量濃度趨勢(shì)圖。由 圖1可得出緩蝕劑殘余質(zhì)量濃度隨著時(shí)間的推移逐漸下降，由6～8天的數(shù)據(jù)可得出目前的加藥質(zhì)量濃度完全滿(mǎn)足油井生產(chǎn)需要。截至第八天藥劑質(zhì)量濃度針對(duì)20 m3·d-1以上的井依舊有效。

圖1 油井緩蝕劑殘余濃度趨勢(shì)圖

3.1.2 鐵離子質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)

采用快速測(cè)定法測(cè)定鐵離子質(zhì)量濃度，數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 油井鐵離子質(zhì)量濃度趨勢(shì)圖

結(jié)合數(shù)據(jù)可以得出，部分井措施后總鐵離子質(zhì)量濃度明顯低于措施前，另一部分油井措施后總鐵離子質(zhì)量濃度變化不大但趨勢(shì)較為穩(wěn)定，說(shuō)明油井的腐蝕得到一定控制，進(jìn)一步說(shuō)明了措施效果。

3.2 總體應(yīng)用情況

井筒管柱的優(yōu)選、防腐方案的優(yōu)化應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)后，修井過(guò)程中提出來(lái)的管柱結(jié)構(gòu)完好，均未發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，如圖3所示。

圖3 井上提出管柱

4 結(jié) 論

通過(guò)開(kāi)展九6區(qū)CO2復(fù)合驅(qū)井筒腐蝕防治技術(shù)工作，CO2復(fù)合驅(qū)的井筒腐蝕問(wèn)題得到了有效的控制。

選擇3Cr油管、9Cr套管的完井及舉升工藝的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用滿(mǎn)足了CO2復(fù)合驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)油井的生產(chǎn)需求，桿柱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提高了油井的生產(chǎn)效率，并且降低了因CO2腐蝕帶來(lái)的修井作業(yè)成本增加的問(wèn)題。

緩蝕劑的加注可以有效地減緩腐蝕速率，對(duì)井筒加以保護(hù)。按照油井產(chǎn)液量選擇不同加注方式，確保了經(jīng)濟(jì)性和防腐效果。

選用的CIW-311緩蝕劑無(wú)害且無(wú)刺激性氣味，但有些施工周期會(huì)溢出氣味，因此建議優(yōu)化泵車(chē)加藥工藝及定期檢測(cè)氣體。

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Research and Application of Wellbore Corrosion Prevention Technology in CO2Compound Steam Flooding

（PetroChina Xinjiang Oil Field Company Heavy Oil Development Company, Karamay Xinjiang 834000, China）

Qigu formation reservoir in Jiu6 district of Xinjiang oilfield is in the late stage of steam drive development, and the development effect is getting worse year by year. In order to improve the recovery of the reservoir, the development mode has been converted to CO2composite drive, but after CO2injection, its corrosion problem was becoming more and more prominent. Aiming at the corrosion problem of CO2combined flooding in Jiu6 area, by analyzing the corrosion causes, optimizing the wellbore process and optimizing the corrosion inhibitor scheme in combination with the production characteristics of Jiu6 area, the corrosion problem of CO2combined flooding has been effectively solved to improve the ability of CO2corrosion prevention and control.

Wellbore corrosion; Influencing factors; Corrosion inhibitor; Anti-corrosion measures

TE345

A

1004-0935（2022）04-0515-03

2021-10-10

鐘文浩（1989-），男，湖北省天門(mén)市人，工程師，2011年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程專(zhuān)業(yè)，研究方向：稠油熱采開(kāi)發(fā)研究與管理。