CFD油田注水管線腐蝕分析及緩蝕劑評價

*

(1. 中海油有限公司天津分公司曹妃甸作業(yè)公司，天津 300461；2. 中海油能源發(fā)展股份有限公司采油技術(shù)服務(wù)分公司，天津 300452)

CFD油田注水管線腐蝕分析及緩蝕劑評價

田 楠1劉 暉1楊 秘1黃曉東1張繼偉1胡富強2禹 盟2*

(1. 中海油有限公司天津分公司曹妃甸作業(yè)公司，天津 300461；2. 中海油能源發(fā)展股份有限公司采油技術(shù)服務(wù)分公司，天津 300452)

為了控制CFD油田注水管線腐蝕情況，通過水樣及管線運行工況分析，研究了管線腐蝕主要影響因素，分析表明CFD油田注水管線腐蝕受溫度、Cl-及水體流動影響較大。為緩解管線腐蝕，采用旋轉(zhuǎn)掛片法考察了幾種緩蝕劑的緩蝕效果。室內(nèi)試驗表明在90℃，0.3MPaCO2+3.0MPaN2，轉(zhuǎn)速451轉(zhuǎn)/分的條件下，緩蝕劑YFHC-093具有良好的緩蝕效果。現(xiàn)場試驗結(jié)果表明緩蝕劑YFHC-093加注濃度在25mg·L-1時，可將注水管線腐蝕速率控制在0.0366mm·a-1以下，低于油田腐蝕標準。

注水管線 腐蝕 緩蝕劑 海上油田 腐蝕分析

0 引言

CFD油田的原油開采已進入注水開發(fā)階段。近年來由于注入水組成和性質(zhì)變化等原因造成的注水管線腐蝕[1,2]的問題日趨嚴重，顯著影響了正常生產(chǎn)。因此針對CFD油田實際情況，分析注水管線的腐蝕機理原因,并采取針對性的措施加以防護，對保證油田的正常生產(chǎn)將起到巨大促進作用。添加緩蝕劑是油田常用的控制腐蝕的措施[3-7]。一般來說，在腐蝕體系中，加入微量或少量的緩蝕劑就可顯著降低金屬材料在該介質(zhì)中的腐蝕速率，同時還可保持金屬材料原來的物理機械性能不變。本文首先對注水管線的腐蝕情況進行了分析，然后參考中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準 SY/T 5273-2000《油田采出水緩蝕劑性能評價方法》，用旋轉(zhuǎn)掛片法考察幾種緩蝕劑的緩蝕效果。同時在現(xiàn)場檢驗了緩蝕劑的緩蝕效果，并與現(xiàn)場在用緩蝕劑SRN-5443進行了比較。

表1 注水管線工況

表2 水樣分析數(shù)據(jù)

1 油田腐蝕現(xiàn)狀分析

1.1 注水管線工況分析

CFD油田注水系統(tǒng)的基本資料見表1。

從表1中得知，注水水溫為60℃，根據(jù)相關(guān)文獻[8-11]等研究表明：60℃位于嚴重腐蝕的溫度區(qū)間。此外，注水管線中流體流動處于湍流狀態(tài)，實踐證明[12-14]，當流體流速處湍流時，腐蝕速率明顯增加。水體流動主要通過兩種方式加速腐蝕，一方面水體流動可以增強氧氣的擴散能力，使得溶解氧更容易到達金屬表面，從而加快氧的去極化反應(yīng)速度；另一方面，水體流動能沖刷掉金屬表面的腐蝕產(chǎn)物膜，使基體表面暴露，從而增大了腐蝕反應(yīng)面積，削弱了沉積物對腐蝕反應(yīng)的阻滯作用，加劇腐蝕問題。

1.2 水樣分析

對現(xiàn)場注水水質(zhì)進行全分析，主要包括水樣中各類離子的含量、pH值、礦化度及水中溶解氧的含量等，實驗數(shù)據(jù)見表2。

由表2可知：注水樣的pH值呈弱堿性，因此管材的主要腐蝕類型為吸氧腐蝕[15]。金屬發(fā)生氧去極化腐蝕時，多數(shù)情況下陽極過程發(fā)生金屬活性溶解，腐蝕過程處于陰極控制之下。氧去極化腐蝕的速度主要取決于溶解氧向電極表面的傳遞速度和氧在電極表面的放電速度。

1.3 腐蝕趨勢預測

采用lador指數(shù)法[16]預測Cl-對金屬的腐蝕傾向。

其中[Cl-]、[SO42-]及總堿度[A]的單位均為mmol·L-1以(1/2 CaCO3計)。隨著LI值的增大，注水對金屬的腐蝕性增強，LI>0.5時，其腐蝕性較明顯。采用lador指數(shù)法預測海水、水源井水、采出水的腐蝕傾向，預測結(jié)果見表3。

表3 Cl-對金屬的腐蝕傾向預測

從表中可以看出注水樣的LI值大于0.5，說明Cl-對注水的腐蝕性有明顯影響；

氯離子[17]含量是影響腐蝕的重要因素。有理論指出：氯離子原子半徑小，可以穿透金屬的表面膜，從金屬表面膜的底部將膜破壞，使金屬失去保護而加重腐蝕。同時氯離子的濃度越高，水樣的電導率就越大，從而加快了腐蝕電化學反應(yīng)中的電荷遷移速度，使得腐蝕反應(yīng)加快。

2 緩蝕劑評價

2.1 藥品和儀器

藥品：緩蝕劑YFHC-093、YFHC-090、BHH-01C、H20A、BHH-20、HYH-201F、BHH-15、BHH-19、BHH-01B均為采技服公司產(chǎn)品(工業(yè)級)；SRN-4543為強品公司藥劑(工業(yè)級)。

氫氧化鈉、鹽酸、丙酮、石油醚、無水乙醇、六亞甲基四胺均為分析純。

儀器：FA1004電子分析天平(0.0001g)；游標卡尺(0.02mm)；高壓動態(tài)腐蝕評價儀；CS202A型電熱保溫干燥箱、細線；漏斗；鑷子；燒杯(200mL)；干燥器；氮氣瓶；20#鋼片。

2.2 實驗條件

溫度：90℃，壓力：0.3MPaCO2+3.0MPaN2，轉(zhuǎn)速：451轉(zhuǎn)/分，周期：20h，加藥濃度：25 mg·L-1、30 mg·L-1、40 mg·L-1，試驗介質(zhì)：現(xiàn)場注水水樣。

2.3 評選方法

將注水水樣裝到350ml高壓釜中，參考中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準 SY/T 5273-2000《油田采出水緩蝕劑性能評價方法》預處理鋼片并稱重，然后將鋼片懸掛在儀器上并保證掛片全面沒入水中，然后按照濃度要求加入待評藥劑，密封裝置，并充入0.3MPaCO2+3.0MPaN2加熱至90℃恒溫20h。實驗結(jié)束后取出掛片，觀察掛片腐蝕情況，并按照標準處理掛片稱重，腐蝕速率計算參照評價標準。緩蝕劑的緩蝕率按下列公式計算：

緩蝕率計算公式：

式中：

q—緩蝕率，%；

△m—空白實驗中試片的質(zhì)量損失 △m = ma－mb，g；

△ m’—加藥實驗中試片的質(zhì)量損失 △m’ = m0－ m1，g。

2.4 結(jié)果與討論

2.4.1 緩蝕劑室內(nèi)評價

針對現(xiàn)場水質(zhì)特點篩選了多種緩蝕劑，并進行室內(nèi)評選。實驗條件：90℃，0.3MPaCO2+3.0MPaN2，轉(zhuǎn)速451轉(zhuǎn)/分，反應(yīng)時間為20h，加藥濃度為40 mg·L-1，實驗結(jié)果如表4：

表4 緩蝕劑初選試驗

實驗結(jié)果表明YFHC-093，YFHC-090，BHH-01C，BHH-01C，H20A緩蝕效果較好，可將掛片腐蝕速率控制在0.076 mm·a-1以下。因此針對上述藥劑開展?jié)舛忍荻仍囼灒疾觳煌瑵舛认滤巹┚徫g效果，試驗結(jié)果見表5。

表5中結(jié)果進一步表明YFHC-093，YFHC-090，BHH-01C，H20A效果較好，并能將腐蝕速率控制在低于0.076 mm·a-1。其中，YFHC-093緩蝕劑緩蝕效果最優(yōu)。該種藥劑的主要成分為咪唑啉衍生物，其主要緩蝕機理為吸附機理：咪唑啉中的季銨陽離子以及含有大π鍵的苯環(huán)可以與鐵原子形成配位鍵，吸附在金屬表面，起到緩蝕作用，此外咪唑啉分子還可利用苯環(huán)的空間位阻以及疏水性，提高吸附膜的致密程度，從而抑制腐蝕。

2.4.2 緩蝕劑現(xiàn)場評價

在相同工藝條件下，考察緩蝕劑SRN-4543與緩蝕劑YFFG-093(25 mg·L-1)在CFD油田注水系統(tǒng)中的緩蝕劑效果，現(xiàn)場采用LPR設(shè)備連續(xù)監(jiān)測注水管線腐蝕速率，試驗監(jiān)測結(jié)果如表6。

表5 不同濃度緩蝕劑評選

從表6中數(shù)據(jù)可以看出：注水管線在不加入任何緩蝕劑的情況下平均腐蝕速率為0.1899mm·a-1，遠高于油田腐蝕標準0.076mm·a-1，腐蝕情況嚴重。緩蝕劑SRN-4543加注濃度為25mg·L-1時，平均緩蝕率為71.25%，緩蝕劑YFHC-093加注濃度為25mg·L-1時，平均緩蝕率高達83%，可將注水管線的腐蝕速率降低至0.0317mm·a-1，遠低于油田腐蝕標準0.076mm·a-1。緩蝕劑YFHC-093加注濃度為25mg·L-1時，緩蝕效果優(yōu)于現(xiàn)場在用藥劑SRN-4543，可滿足現(xiàn)場需求。2013年7月份，YFHC-093正式應(yīng)用在CFD油田，截止目前現(xiàn)場穩(wěn)定運行。

3 結(jié)論

a) CFD油田注水管線腐蝕受溫度、Cl-及水體流動影響較大，其空白腐蝕速率高于0.1899mm·a-1，遠高于油田腐蝕速率標準0.076 mm·a-1，腐蝕嚴重。

b) 室內(nèi)評價結(jié)果表明，YFHC-093加藥濃度為40 mg·L-1時，可將腐蝕速率控制在0.0325mm·a-1以下，低于油田腐蝕標準0.076 mm·a-1，緩蝕效果良好。

c) 現(xiàn)場試驗表明，緩蝕劑YFHC-093加注濃度為25mg·L-1時，可將油田注水管線的腐蝕速率降低至0.0317mm·a-1，低于油田腐蝕標準0.076mm·a-1，滿足現(xiàn)場需求。

[1] 劉秀晨, 安成強.金屬腐蝕學[M].北京: 國防工業(yè)出版社, 2002: 138-139.

[2] 呂群. 金屬腐蝕機理與腐蝕形態(tài)[J].九江師專學報, 1997, 15(5): 71-75.

[3] 張?zhí)靹?緩蝕劑[M].北京: 化學工業(yè)出版社, 2002, 124-129.

[4] 朱苓. 緩蝕劑緩蝕作用的研究方法[J]. 腐蝕與防護, 1999, 20(7): 300-302.

[5] 張貴才. 油田污水防垢與緩蝕技術(shù)研究[D]. 成都: 西南石油學院(石油與天然氣工程), 2005.

[6] 王慶. 東辛油田注水系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢機理研究[J].石油化工腐蝕與防護, 2007, 24(1): 25-28.

[7] 李青山, 李怡庭. 水環(huán)境監(jiān)測實用手冊[M]. 北京: 中國水利水電出版社, 2003: 50-55.

[8] 彭德遲, 余良旺. 水泵葉輪腐蝕因素分析與防腐對策[J]. 給水排水, 2007, 33(6): 98.

[9] 趙鳳蘭, 鄢捷年, 胡海紅. 注水系統(tǒng)腐蝕規(guī)律與防腐技術(shù)[J]. 油氣田地面工程, 2002, 21(6): 19-20.

[10]Takasaki,Shinichi.Effects of temperature and aggressive anions on corrosion of carbon steel in potable water[J]. Corrosion Science,2007,49(1):240-247.

[11]劉晶姝, 李強, 龍媛媛.勝利油田強腐蝕區(qū)塊管線腐蝕影響因素研究[J].腐蝕與防護, 2006, 27(6): 299-302.

[12]丁二峰, 張新潮, 王永亮.淺層地下水的腐蝕機理綜述[J].地下水, 2008, 30(5): 91-92.

[13]崔景海, 龔利華.城市污水體系下金屬材料的腐蝕研究初探[J].全面腐蝕控制, 2009, 23(5): 39-42.

[14]于倩秀.陸梁油田生產(chǎn)系統(tǒng)腐蝕規(guī)律實驗研究及腐蝕速率預測技術(shù)[D].成都: 西南石油大學(油氣儲運工程), 2006.

[15]呂德東, 孫艷紅, 尹春峰, 等.勝利油田典型區(qū)塊埋地混輸管道腐蝕結(jié)垢原因分析與防護措施[J].石油工程建設(shè), 2009, 35(4): 52-54.

[16]楊群英.電化學方法評價緩蝕劑性能的可行性研究[D].西安: 西安石油大學(應(yīng)用化學), 2010.

[17]張林, 鄧春光.水溶性緩蝕劑HS-2000研究開發(fā)[J].石油化工腐蝕與防護, 2001, 18(3): 30-34.

Study on Corrosion of Injection Water Pipe and its Corrosion Inhibitor

TIAN Nan1, LIU Hui1, YANG Mi1, HUANG Xiao-dong1, ZHANG Ji-wei1, Hu-Fuqiang2, YU Meng2*
(1. CNOOC China Limited CFD Operating Company, Tianjin 300461, China; 2. CNOOC Energy Technology & Services —oilf i eld Technology Services Co. Tianjin 300452, China)

In this paper, the operation of injection pipe and injection water was analysed through different methods. On this basis, a squeezing adsorptive corrosion inhibitor (YFHC-093) was synthesized in laboratory, the corrosion inhibition effect of YFHC-093 was attested to be good on injection water The corrosion rate of injection water could be limited under the standard (0.076mm·a-1) range, when the optimal concentration of YFHC-093was 25 mg·L-1.

injection pipe; corrosion; corrosion inhibitor; oilf i eld; corrosion analysis

TQ320.79

A< class="emphasis_bold">文章編號：1008-7818(2014)03-0084-04

1008-7818(2014)03-0084-04

田楠 (1957－) , 男，四川成都人，高級工程師，碩士，主要從事油田開發(fā)研究工作。