躍進二號油田注水系統(tǒng)腐蝕性分析與對策

摘要:躍進二號油田構(gòu)造復(fù)雜，斷塊小，油水關(guān)系復(fù)雜。隨著開發(fā)的深入，地層水礦化度高，注入水水質(zhì)波動較大，使腐蝕速度加快。腐蝕問題已嚴重的影響了回注水系統(tǒng)的正常工作，進而影響了整個油田的生產(chǎn)。通過回注水系統(tǒng)的相關(guān)實驗，確定出各類溶解氣體、各類細菌、礦化度是影響腐蝕的主要因素。針對影響該油田水系統(tǒng)的腐蝕因素，主要采取了包括投加緩蝕劑、環(huán)空保護液，選擇耐腐蝕材料等措施;并改善了注入水水質(zhì)，對注水系統(tǒng)的腐蝕防護取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞:油田回注水 腐蝕 溶解氣體 礦化度 防護措施

躍進二號油田是一個儲量豐度高的同沉積復(fù)雜斷塊油田，位于柴達木盆地西部南區(qū)，躍進二號油田構(gòu)造及圈閉復(fù)雜，斷層發(fā)育，屬復(fù)雜斷塊油田。構(gòu)造被斷層復(fù)雜化，斷塊小，油水關(guān)系復(fù)雜。隨著開發(fā)的深入，地層水礦化度高，礦化度高的水電導(dǎo)率高，加速電化學(xué)反應(yīng)，使腐蝕速度加快。

1、躍進二號注水系統(tǒng)存在的問題

隨著注水系統(tǒng)的運行，躍進二號油田注水系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕問題日益嚴重。由于設(shè)備及管線腐蝕穿孔泄漏，造成環(huán)境污染，需要消耗大量的資金用于環(huán)境治理。

對于油田注水系統(tǒng)來說，如果水質(zhì)較差將會給注水管線、設(shè)備以至油層帶來腐蝕、結(jié)垢、堵塞三大問題，而這三大問題就是影響油田正常生產(chǎn)的主要危害因素[1]。

從注水系統(tǒng)管線和井下管柱腐蝕情況來看，腐蝕往往分外部腐蝕和內(nèi)部腐蝕，特別在躍進二號油田所在的鹽堿地中，外部腐蝕也不可忽視。但我們對現(xiàn)場管線和管柱腐蝕情況的大量調(diào)研中，多為內(nèi)部腐蝕。這主要有以下原因:

⑴.注水系統(tǒng)地面管線外部采用Ryt-Wrap雙組份冷纏帶防腐系統(tǒng)。

⑵.在井筒中，油管和套管環(huán)形空間，水處于靜止、密封狀態(tài)， 對油管的腐蝕會隨著水中各類腐蝕性離子及物質(zhì)的含量的減少，腐蝕率降低。

⑶.對井下油管每100米安裝了一只陰極保護器，有效的阻止了外部腐蝕的發(fā)生。

2、躍進二號注水系統(tǒng)腐蝕因素探討

2.1 室內(nèi)腐蝕實驗

將從接轉(zhuǎn)站喂水泵出口的注入水裝入5個有掛片的廣口瓶中，每個250ml。密封后將它們置于52℃下的恒溫水浴中，按每過7、10、15、20、30天的時間順序，依次取出其中的掛片，進行失重測量，確定出腐蝕速率隨時間的變化規(guī)律，并測定殘留液中SO42-和S2-含量，結(jié)果如表2-1。靜態(tài)腐蝕實驗情況下，腐蝕的前一階段腐蝕速率較高，隨著時間的增長，腐蝕速率迅速下降，后一階段腐蝕率下降趨勢減緩，在經(jīng)過較長腐蝕時間后，腐蝕速率基本趨向于某一定值。分析認為，在腐蝕剛開始時，腐蝕液中富含大量促進金屬腐蝕的去極化物質(zhì)(SRB及多種離子等)，保護膜未形成之前，在全面腐蝕和局部腐蝕的共同作用下腐蝕速率較大;隨腐蝕過程中兩極反應(yīng)對去極化劑的消耗，各種去極化物質(zhì)(離子)的濃度迅速降低(見表2-1)，而在密封的條件下這些物質(zhì)得不到補充，導(dǎo)致腐蝕介質(zhì)的去極化作用減弱，且增多增厚的保護膜減緩了金屬的溶蝕速度，此時主要以局部腐蝕為主，因此金屬的腐蝕就慢慢趨向于平衡。

2.2 現(xiàn)場腐蝕實驗

從表2-2中可以看出，隨著井段的加深，腐蝕情況越來越嚴重，到編號為812的掛片時，腐蝕率達到了0.1177mm/a，較之井段較淺的846號掛片，腐蝕率增大了近170倍。這是因為隨著井段的加深，注入水的溫度升高，隨著溫度的升高，電化學(xué)反應(yīng)速度加快，鋼片的腐蝕加重。但隨著井段繼續(xù)深入，溫度繼續(xù)升高，腐蝕速度反而升下降，137號掛片腐蝕率降為0.0827mm/a，這是因為溫度的升高，使水中所溶解的硫化氫和二氧化碳等氣體溶解度降低。

注水井環(huán)套空間1000m以上的位置油套腐蝕比較嚴重[2]，因為該位置的環(huán)套空間的污水容易滋生SRB，可引起不同程度的腐蝕和結(jié)垢，同時環(huán)套空間缺少有效的防護。

注水井的油套環(huán)空腐蝕主要是污水中的SRB、FB、CO2和硫化物的共同作用造成的。由于環(huán)空部位的液體相對靜止，在長期注水過程中，環(huán)套空間內(nèi)的注人水本身具有腐蝕性，隨著深度的增加、溫度升高，為細菌的滋生和繁殖創(chuàng)造了有利條件。常見的細菌有SRB、FB和TGB，其中以SRB造成的腐蝕最嚴重，約占全部腐蝕的50%。SRB屬厭氧性細菌，適應(yīng)性強，其適宜生存溫度為25-37℃，適宜PH值為6.7-7.3。其腐蝕原理是把水中的SO42-還原成硫化物而引起腐蝕。

注入水中通常含有一定量的硫化物和硫酸鹽，這些鹽類對于環(huán)套均有不同程度的腐蝕作用，而且這些物質(zhì)腐蝕金屬后的產(chǎn)物主要是可溶物，因此對于后續(xù)的腐蝕沒有任何的屏蔽作用。同時，氯離子等活性離子還可以破壞金屬表面上已有的鈍化膜或其它保護膜，形成電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生點蝕，最終導(dǎo)致局部穿孔。

另外，注入水中溶解氣體導(dǎo)致的化學(xué)腐蝕也是一個重要因素。注入水中含有硫化氫和二氧化碳等腐蝕氣體，在條件適合的情況下，很容易對注水系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕。

3、躍進二號油田注水系統(tǒng)腐蝕防護

3.1 化學(xué)方法

針對躍進二號油田的注入水水質(zhì)情況，我們決定從添加緩蝕劑、環(huán)空保護液來改變腐蝕環(huán)境;并篩選出合適的緩蝕劑、環(huán)空保護液。

3.1.1緩蝕劑的初選

為了找出普遍適用于躍進二號油田的緩蝕阻垢劑，挑選七種緩蝕阻垢劑進行初選，濃度均為20ppm。其中CH-80緩蝕劑、XH-WS-01污水緩蝕劑、XH-WS-1污水緩蝕劑、緩蝕阻垢劑XH-WS-04和緩蝕阻垢劑XH-WS-4主要用于污水處理中，針對注水系統(tǒng)地面設(shè)備、管線的保護;而環(huán)空保護液XH-WS-02和環(huán)空保護液XH-WS-2主要添加到注水井井下管柱中，減緩井下管柱的腐蝕速率。

從表3-1所列的試驗結(jié)果可以看出，在污水處理中用的幾種緩蝕劑中，XH-WS-1污水緩蝕劑緩蝕效果最好，達到40%;在保護井下管柱的環(huán)空保護中，XH-WS-02環(huán)空保護液和XH-WS-2環(huán)空保護液的緩蝕效果較都很好，緩蝕率數(shù)值差僅為2個百分點。

3.1.2 緩蝕劑的復(fù)選試驗

從以上的試驗結(jié)果可以看出，污水處理藥劑中，XH-WS-1污水緩蝕劑緩蝕效果較好;而在對井下管柱的保護中，XH-WS-02環(huán)空保護液和XH-WS-2環(huán)空保護液的緩蝕效果差別不是很大。故我們從經(jīng)濟、有效的角度進行篩選，選用以上三種藥品做復(fù)選試驗，以確定最好的藥品和最佳的使用濃度。

從表3-2可以看出，XH-WS-1污水緩蝕劑在加入量為20ppm時，緩蝕效果較好，而加入量加倍，緩蝕效果反而有所下降，故選取加入量為20ppm較適宜。

XH-WS-2環(huán)空保護液在10-20ppm時，緩蝕率均高于80%，而增加到30ppm時，反而緩蝕率有所下降。XH-WS-02環(huán)空保護液無論濃度為多少，緩蝕率均未達到80%。從緩蝕效果和使用成本兩方面來看，XH-WS-2環(huán)空保護液在10ppm時，為最佳的使用濃度。

3.2 選擇耐腐蝕材料

由于整個油田注水系統(tǒng)中所用鋼材比較多，倘若我們使用一些耐蝕或者根本就不發(fā)生腐蝕的材料或構(gòu)件來代替鋼材，那么該系統(tǒng)的腐蝕問題將會得到很大程度上的緩解。

1.地面注水管網(wǎng)采用玻璃鋼復(fù)合管[3]

我國各大油田自80年代以后在耐蝕材料的應(yīng)用和研究上做了大量的工作，同時也積累了豐富的經(jīng)驗，油田的實踐證明，將玻璃鋼在油田防腐蝕體系內(nèi)的推廣和應(yīng)用，是解決油田諸多腐蝕問題的有效措施之一。

近幾年，躍進二號油田也在注水系統(tǒng)中，采用玻璃鋼復(fù)合管線代替已被腐蝕穿孔的鋼管，連續(xù)運行的兩年時間里，注水管線無腐蝕破漏，管壁無結(jié)構(gòu)現(xiàn)象，系統(tǒng)一直正常回注，平穩(wěn)生產(chǎn)，由此也顯示出了玻璃鋼管的優(yōu)越性。

2.井下注水管柱采用鎢合金油管

所謂鎢合金油管，實際是在成品油管的內(nèi)部、外部，或整根管的表面采用特殊工藝鍍一層約0.15mm的鎢合金，由于其表面非常光滑，加上鎢合金的耐腐蝕性，該油管即能起到較好的防腐蝕作用，還能起到一定的防垢作用。另一個優(yōu)點在于可根據(jù)對油管的不同的強度要求，采用不同的工藝，以達到所鍍層不被破壞。

2009年，采油二廠引進3000多米鎢合金油管，在躍Ⅱ3-11井、躍Ⅱ343井、躍Ⅱ5-17井、躍Ⅱ5-3井及躍西1井(鎢合金與普通油管混下)進行試驗，這些井均未下入陰極保護器。其中躍Ⅱ5-3井2009年7月26日下入鎢合金油管，2010年6月30日起出，經(jīng)鑒定油管本體及內(nèi)壁無任何腐蝕、點蝕及結(jié)垢痕跡，光亮如新。

根據(jù)現(xiàn)在油井作業(yè)周期，分注井一般不到一年，如果采用鎢合井油管，其換封周期(在封隔器不失效的前提下)可以延長到2-3年，這樣一是可以節(jié)約2次的作業(yè)費用，二是油管使用壽命根據(jù)躍Ⅱ5-3井的情況來看，達到3年應(yīng)該是可以的。總體比較，只要鎢合金油管使用壽命達到兩年以上，費用是可以降低的(鎢合金油管28000元/噸，涂料油管約15000元/噸，普通油管約8700元/噸)。

4、結(jié)論和建議

1.對不同控制條件下腐蝕實驗結(jié)果討論和理論分析，得出如下腐蝕規(guī)律:

⑴.腐蝕開始階段腐蝕速率較高，隨著時間的增長，腐蝕速率迅速減小，后一階段腐蝕速率下降緩慢，在經(jīng)過較長腐蝕時間后，腐蝕速率基本趨向于某一定值。

⑵.注水井環(huán)套空間1000m以上的位置油套腐蝕比較嚴重。

2.針對躍進二號油田注入水系統(tǒng)的腐蝕現(xiàn)狀，主要采用添加化學(xué)藥劑的措施進行防護。在對多種緩蝕劑的篩選中，XH-WS-1污水緩蝕劑效果最好;而對井下管柱的保護，XH-WS-2環(huán)空保護液的效果最好，并能很好的與其它藥劑配伍，其使用濃度為10ppm。

3.采用玻璃鋼管和鎢合金油管后，注水系統(tǒng)管線得到保護，并節(jié)約了費用。

參考文獻

[1] 馬嶺油田注水水質(zhì)研究，長慶石油勘探局研究院。1992。

[2] 柳平林，黃立新，花園油田套管腐蝕損壞的實驗研究。石油與天然氣化工，1997，26(2):119-120。

[3] 吳則中等，玻璃鋼管在我國油田上的應(yīng)用。全面腐蝕控制，11(l):12-15。

作者簡介:

張小波，男(漢族)，云南祿豐人，2005年畢業(yè)于四川大學(xué)化學(xué)系，現(xiàn)從事油田化驗分析工作。單位所在地:青海省茫崖行政委員會花土溝鎮(zhèn)中國石油青海油田分公司采油二廠工程技術(shù)大隊