延長油田C油區(qū)油井腐蝕產物分析研究

徐江峰，趙升，郝健，黎力，王成艷

（延長油田股份公司， 陜西 延安 716000）

延長油田C 油區(qū)，面積10.37 km2，其構造位置屬于鄂爾多斯盆地陜北斜坡中部，主要含油層系為侏羅系延安組和三疊系延長組。目前研究區(qū)共有生產井 77 口、注水井 12 口，石油地質儲量為1 166.29×104t，主要開采層位為延9、長2。

近年來，該區(qū)塊持續(xù)推進注水開發(fā)穩(wěn)產和精細注水，月注采比逐步增加，產量趨于穩(wěn)定。綜合含水率在70%～75%之間。

在油田注水開發(fā)的大背景下，油田含水率的增長成為具有普遍性，代表性的問題的引發(fā)因素。以草垛灣項目區(qū)為例，從2019年5月開始，綜合含水率穩(wěn)步回升。

研究發(fā)現(xiàn)，當含水率大于75%時，產出液換相，由油包水型轉換為水包油型，桿、管表面失去原油的保護作用，摩擦的潤滑劑由原油變?yōu)楫a出水，失去原油的潤滑劑作用，產出水直接接觸抽油桿和油管，腐蝕速度增大，抽油桿和油管內壁磨損速度加快，磨損嚴重。

檢泵周期2～3 個月，部分油井修井發(fā)生頻繁。主要原因：井筒內采出發(fā)生腐蝕、結垢。草垛灣的區(qū)塊的總生產油井77 口，目前開井27 口，開井率35%。有注水井18 口，開井17 口。發(fā)生腐蝕、結垢比較嚴重的油井數(shù)量約20 口。

1 材料及方法

1.1 主要儀器及試劑

主要試劑：石油醚，鹽酸，EDTA 溶液，總鐵測試試劑，氫氧化鈉溶液，氨水緩沖液，鉻黑T 指示劑，鈣指示劑，硫酸鹽還原菌（SRB）培養(yǎng)瓶，鐵細菌（IOB）培養(yǎng)瓶，腐生菌（TGB）培養(yǎng)瓶，測試管。

主要設備：電子天平，梅特勒-托利多，型號ME204；高溫電子爐，日本panasonic 公司，型號MOV-212-PC：超聲波清洗器，昆山市超聲儀器廠，型號KQ3200E；紫外分光光度計，哈希DR6000；電熱恒溫箱，上海博訊，型號BP272；高溫滅菌箱，日本ALP，型號CL-32L；多參數(shù)水質現(xiàn)場測試儀，鄭州沃特，ZZW-II 型; EDS 能譜儀。

1.2 腐蝕及結垢產物取樣標準

現(xiàn)場取樣工作對樣品實驗室檢測結果具有較大的影響。為保證實驗結果的準確性，對現(xiàn)場腐蝕及結垢產物取樣依據(jù)《SY/T 0546—2016 腐蝕產物的采集與鑒定技術規(guī)范》進行。

1.3 實驗方法

腐蝕及結垢產物采集[1]：利用非金屬鏟及非金屬鑷子對修井時取出的油管及油桿現(xiàn)場腐蝕垢樣進行刮取，將產物迅速放置至已備好的充滿氮氣的容器中；另取一部分垢樣，將腐蝕產物沿金屬基體取下立刻放入裝滿200 mL 生理鹽水（氯化鈉含量0.9%）的溶液中，立即密封保存，24 h 之內帶回實驗室檢測。所有取樣器具均在高溫滅菌箱中經過121 ℃滅菌20 min。

水分含量測定：將垢樣粉碎并研磨，用燒杯稱取一定量垢樣，置于恒溫箱中105 ℃干燥2 h，置于干燥器中冷卻30 min稱量質量差，計算水分含量。

有機物含量測定：對烘干后的垢樣進行研磨，過篩，稱取過篩后的質量，用石油醚浸泡2 h，必要時使用超聲加速溶解，多次浸泡至恒重，恒溫105 ℃干燥2 h，冷卻稱重，計算垢樣減重，計算有機物含量。

酸不溶物質量：取上述垢樣，加入過量鹽酸20 mL 溶解，稱量經烘干后濾紙質量，將濾紙折疊，過濾入量筒，烘干濾紙，稱量，計算濾紙增重，記錄量筒中濾液體積。

測定鐵的含量：取10 mL 的濾液，用50 m 去離子水稀釋，加入鐵試劑，同時做空白，測定并且計算濾液含鐵量。

鈣鎂的測定：取1 mL 濾液，加入50 mL 去離子水稀釋，分別添加氨水緩沖液、鉻黑T 和氫氧化鈉溶液、鈣指示劑，對溶液的鈣鎂含量進行測定，并且換算成對應的碳酸鈣、碳酸鎂質量。

細菌的測定：將取回的含菌待測樣用超聲處理10 min。利用絕跡稀釋法，取1 mL 含菌液注入1 號細菌瓶，震蕩搖晃混合均勻，再取1 mL 注入2 號樣，逐級注入至五號瓶。每個水樣做腐生菌，鐵細菌和硫酸鹽還原菌三個細菌種類，按二組重復法進行操作。將上述注射過的細菌瓶送入恒溫培養(yǎng)箱，設定30 ℃進行培養(yǎng)，根據(jù)陽性反應的瓶數(shù)，對照菌量計數(shù)表，讀取細菌數(shù)量。

X 射線能譜測量：取上述經油分含量測定過的樣品（樣品量大于1 g），冷風干燥，用瑪瑙研缽進行研磨，用x 射線衍射儀進行測定。

總鐵含量、氧含量、硫化物現(xiàn)場測定：取油井采出水，將對應測試管浸入待測水樣中折斷，待測液充滿測試管，依據(jù)不同檢測參數(shù)等待不同時間，按鍵讀取測量結果記錄。

2 實驗結果及分析

實驗過程中采集了六口井的垢樣及腐蝕產物，見圖1，對其結果進行了分析。

圖1 SRB 和 IOB 混合體系的腐蝕機理圖[4]

分析結論如表1。

表1 腐蝕產物和結垢產物測定結果

由表1 可以看出，各口井垢樣取回測定的結果中，均含有少量水分和少量有機物；以氧化鐵計算的鐵質量分數(shù)范圍值為9.7%～24.6%，說明油井井筒內部發(fā)生了不同程度的腐蝕；且各油井均有結垢的現(xiàn)象，其中結垢量最高達63.8%；各油井鈣鎂離子含量與鐵含量的情況各不相同，說明腐蝕和結垢的程度均不一樣，需針對油井具體情況進行防腐和防垢研究。在腐蝕產物中，普遍能檢測到細菌的存在，其中腐生菌（TGB）含量從9～1 300 個·mL-1，說明其能廣泛適應油井環(huán)境，為在油井中存在的優(yōu)勢菌群，在考慮腐蝕影響因素時應將其納入考慮。

對這六口井進行采出水現(xiàn)場參數(shù)測定，結果如表2。

表2 現(xiàn)場參數(shù)測定結果表

通過分析表2 數(shù)據(jù)，在溶液中部分能檢測中較高的溶解氧含量，部分原因來自修井等導致的氧氣侵入油井。

YJ419-6 井在氧質量濃度為6 mg·L-1的情況下，TGB 含量達1 300 個·mL-1，而SRB 和IOB 均有500個·mL-1。在混合微生物體系中[2]，協(xié)同作用會抑制或促進金屬材料腐蝕。這里的協(xié)同作用指的是兩種微生物之間在各自正常的生命活動下，對金屬材料腐蝕的抑制或促進會產生相同的影響。微生物的協(xié)同作用在自然界是一種普遍的現(xiàn)象，很多研究證實，協(xié)同作用促進了生物膜的形成和生物膜量的增加。許萍等認為[3]，研究較多的 SRB 和 IOB 的混合體系就是通過對氧需求的不同，促進了對金屬的腐蝕。

高含氧促進了好氧菌優(yōu)勢菌群的生長，而SRB在傳統(tǒng)認識中一直認定為厭氧菌，但有研究表明，在好氧菌大量繁衍形成胞外聚合物（EPS）的情況下，EPS 與金屬基底之間由于細菌繁衍消耗了氧氣，會形成局部低氧空間，有利于硫酸鹽還原菌的生長，如圖1 所示。

除此之外，有氧環(huán)境可能導致嚴重的金屬腐蝕。而高硫化物、硫化物與二氧化碳共存條件下的腐蝕亦有多有研究。

對三口典型井的eds 分析結果見表3。從表3可知，選取的三口井在腐蝕產物樣中硫化物含量有較大區(qū)別，可得知YJ435-3 和YJ409 存在硫化氫腐蝕；溶解二氧化碳存在導致了能譜中存在較高的碳元素，可得知YJ409 存在二氧化碳腐蝕和硫化物腐蝕。YJ419-6 存在較高的氧元素含量，與溶液中溶解氧含量對應，可得知高溶解氧促進了YJ419-6 的腐蝕。

表3 EDS 分析結果表 w/%

3 結論

C 油區(qū)腐蝕產物取樣的化學容量法及eds 分析結果認為存在硫化氫腐蝕、二氧化碳腐蝕和氧腐蝕類型；YJ419-6 可能存在細菌協(xié)同腐蝕作用；需從上述幾個腐蝕類型設計實驗，驗證防腐防垢效果。