塔里木油田常用鉆井液垢下腐蝕性及緩蝕措施研究

楊龍龍，王志龍，石 銳

（1．長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434023；2．中石化西北油田分公司塔河采油二廠，新疆 烏魯木齊830000）

塔里木油田位于新疆塔里木盆地，油層埋藏較深，使用的泥漿體系多為抗溫、抗鹽的鉀聚磺體系。由于氯化物的大量存在，加上高溫高壓的作用，鉆井過程中的腐蝕已得到人們的充分認(rèn)識，但鉆具存放過程中產(chǎn)生的腐蝕往往容易被忽略，由于對鉆具的清洗不充分，鉆具上易附著大量的鉆井液，存放時間過長極易造成鉆具的腐蝕。

作者在此研究了塔里木油田常用水基鉆井液體系對鉆具的垢下腐蝕情況，并提出了將除氧劑和緩蝕劑結(jié)合使用的措施，緩蝕效果良好。

1 實(shí)驗(yàn)

1．1 塔里木油田常用鉆井液體系的類型及性能

實(shí)驗(yàn)用4種鉆井液取自塔里木油田，分別為聚合物鉆井液體系、鉀聚磺A鉆井液體系、鉀聚磺B鉆井液體系、飽和鹽水鉆井液體系。根據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY／T 5621－93《鉆井液測試程序》對4種鉆井液體系的基本性能進(jìn)行測試，結(jié)果如表1所示。

表1 4種塔里木油田常用鉆井液體系的性能Tab．1 The performance of the four common drilling fluids in Tarim Oilfield

1．2 塔里木油田常用鉆井液垢下腐蝕性研究

在常溫常壓條件下測試了目前塔里木油田的4種常用鉆井液體系對鉆具腐蝕情況［1］。

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)鋼片由現(xiàn)場報(bào)廢鉆桿切割而成（規(guī)格為50mm×10mm×3．5mm，S135類型鋼質(zhì)）。測試在室溫（25～30℃）、敞開環(huán)境中進(jìn)行，操作方法為：

（1）將準(zhǔn)備好的鋼片置于攪拌后的鉆井液體系中浸泡5～10min；

（2）浸泡后的鋼片懸掛好，置于敞開的環(huán)境中；

（3）腐蝕一定時間后，將鋼片按照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY／T 5390－91《鉆井液腐蝕性能檢測方法 鉆桿腐蝕環(huán)法》［2］進(jìn)行酸洗，稱重；

（4）計(jì)算腐蝕速率。

1．3 垢下腐蝕的防護(hù)

根據(jù)腐蝕劑的作用機(jī)理及現(xiàn)場鉆井液的緩蝕劑使用情況［3］，采用緩蝕劑IMC－03和除氧劑 HO－1協(xié)同作用的措施，對鉆井液垢下腐蝕進(jìn)行防護(hù)。測試在室溫（25～30℃）、敞開環(huán)境中進(jìn)行，在緩蝕劑IMC－03加量為1%、除氧劑HO－1加量為1%的條件下測試鋼片垢下腐蝕速率。

2 結(jié)果與討論

2．1 塔里木油田常用鉆井液垢下腐蝕情況

4種塔里木油田常用鉆井液的腐蝕性分析見表2，鋼片腐蝕情況見圖1。

表2 4種塔里木油田鉆井液腐蝕性分析Tab．2 The corrosion analysis of the four common drilling fluids in Tarim Oilfield

圖1 4種鉆井液垢下腐蝕（720h）照片F(xiàn)ig．1 The photos of corrosion（720h）under scale for the four drilling fluids

垢下腐蝕是鉆具存放過程中特有的腐蝕行為，存放的鉆具由于鉆井液清洗不完全，部分位置由鉆井液覆蓋。水分蒸發(fā)后，由于覆蓋的表面缺氧而形成原電池的陽極［4］，這一部分首先發(fā)生腐蝕行為。

由表2和圖1可知，4種鉆井液體系垢下腐蝕的情況嚴(yán)重，均有一個加速過程，而且腐蝕速率很快，所測試體系的腐蝕速率都呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢；而且鋼片表面的點(diǎn)蝕情況也非常嚴(yán)重。

2．2 垢下腐蝕緩蝕效果評價

2．2．1 緩蝕劑IMC－03機(jī)理分析

緩蝕劑IMC－03為吸附膜型緩蝕劑，在腐蝕介質(zhì)中對金屬表面有良好的吸附性（圖2），這種吸附改變了金屬表面的性質(zhì)，抑制了金屬的腐蝕［5］。這是因?yàn)椋徫g劑IMC－03的分子結(jié)構(gòu)具有不對稱性，分子由極性基和非極性基組成，其中非極性基為親油性烴基，而極性基具有親水性和對金屬表面的親和性。當(dāng)緩蝕劑分子的極性基在金屬表面吸附后，其較長的非極性基也在范德華力的作用下緊密排列，從而形成牢固的吸附膜。表面吸附一方面改變了金屬表面的電荷狀態(tài)和界面性質(zhì)，使金屬表面的能量狀態(tài)趨于穩(wěn)定，增大了腐蝕反應(yīng)的活化能，減緩了腐蝕速度；另一方面，非極性基的隔離作用將金屬表面和腐蝕介質(zhì)隔開，阻礙了電化學(xué)反應(yīng)相關(guān)的電荷或物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，從而減緩了腐蝕。

圖2 緩蝕劑IMC－03在金屬表面的吸附Fig．2 The adsorption of corrosion inhibitor IMC－03 on the metal surface

2．2．2 鉆井液垢下腐蝕的緩蝕效果（表3、圖3）

表3 緩蝕劑IMC－03和除氧劑HO－1聯(lián)用的緩蝕效果評價Tab．3 Evaluation of the corrosion inhibition effect of corrosion inhibitor IMC－03combining with deoxidizer HO－1

圖3 采取緩蝕措施后4種鉆井液的垢下腐蝕（720h）照片F(xiàn)ig．3 The photos of corrosion（720h）under scale for the four drilling fluids after the anticorrosion measure was taken

由表3和圖3可以看出，加入1%緩蝕劑IMC－03和1%除氧劑HO－1后，鉆井液對鋼片產(chǎn)生的垢下腐蝕的腐蝕速率明顯降低，緩蝕率達(dá)50%左右；鋼片的垢下腐蝕的點(diǎn)蝕現(xiàn)象也明顯減弱。表明，緩蝕劑IMC－03與除氧劑HO－1協(xié)同作用，再結(jié)合鉆具清潔工作，可以很好地防止鉆井液的垢下腐蝕。

3 結(jié)論

（1）4種塔里木油田常用鉆井液的垢下腐蝕情況嚴(yán)重，腐蝕速率在初始階段均有一個加速過程，呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢，鋼片的點(diǎn)蝕情況也很嚴(yán)重。

（2）加入1%緩蝕劑IMC－03和1%除氧劑 HO－1后，鉆井液對鋼片產(chǎn)生的垢下腐蝕的腐蝕速率明顯降低，緩蝕率達(dá)50%左右，鋼片的點(diǎn)蝕現(xiàn)象也明顯減弱。

（3）采取緩蝕劑IMC－03和除氧劑 HO－1協(xié)同作用的緩蝕措施，再結(jié)合鉆具清潔工作，可有效控制鉆井液的垢下腐蝕。

［1］王志龍，羅躍，金娜，等．塔里木油田常用鉆井液體系的腐蝕分析［J］．化學(xué)與生物工程，2012，29（9）：84－86．

［2］SY／T 5390－91，鉆井液腐蝕性能檢測方法 鉆桿腐蝕環(huán)法［S］．

［3］吳修斌，李銘瑞，羅富先．復(fù)合緩蝕劑ZH－1在中原油田聚合物鹽水泥漿中的應(yīng)用［J］．油田化學(xué)，1996，13（2）：100－105．

［4］張克勤．鉆井技術(shù)手冊2鉆井液［M］．北京：石油工業(yè)出版社，1988：623－644．

［5］曹楚南．腐蝕電化學(xué)［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1994：127－149．