海拉爾油田注水系統的腐蝕控制

　大慶油田工程有限公司

海拉爾油田注水系統的腐蝕控制

賈慶鄭潤芬劉威大慶油田工程有限公司

海拉爾油田注水管道內腐蝕嚴重，針對含防膨劑的清水系統研制出除氧型緩蝕劑，針對高含硫化物的污水系統研制出殺菌型緩蝕劑，并在現場試驗裝置上對藥劑的配方和加藥量進行優化。在德二聯注水站開展緩蝕劑的工業性現場試驗，清水系統腐蝕速率由0.972mm/a降至0.067mm/a，污水系統腐蝕速率由0.282mm/a降至0.019mm/a，有效地控制了海拉爾油田注水系統的腐蝕。

海拉爾油田；注水管道；內腐蝕；腐蝕速率；緩蝕劑；試驗

海拉爾油田為低滲透水敏性油藏，為防止黏土膨脹堵塞地層，在注水過程中需要添加防膨劑，以避免地面系統注水管線、閥門等腐蝕、穿孔頻繁，給油藏注水造成不利的影響[1]。在輸送介質中添加化學劑是針對已建系統的主要防腐措施，選取腐蝕嚴重并具有代表性的海拉爾貝28作業區德二聯注水系統為研究對象，對不同處理工藝段的水質進行試驗和分析，確定了清水系統腐蝕的主要影響因素是溶解氧、氯離子、銨根離子，污水系統腐蝕的主要影響因素是細菌、硫化物[2]，室內針對腐蝕主要影響因素開展藥劑篩選復配試驗，經過現場小試和工業化現場應用試驗，研究出適合海拉爾油田水敏性油藏注水系統的化學法腐蝕控制技術。

1　現場腐蝕測試

德二聯水處理系統分清水（地下水）系統和污水系統，清水處理后回注到興安嶺油層，為防止水敏性油藏黏土膨脹堵塞地層，回注清水中添加1.3%以NH4Cl為主要成分的防膨劑，注入量為0.96×103～1.2×103m3/d；污水處理后回注到布達特油層，回注水中不添加防膨劑，注入量為1.44× 103～1.68×103m3/d。每年5～9月還有一部分壓裂返排液經處理后進入清水污水系統，摻入量為144～336m3/d。現場調查表明，德二聯站內注水管道頻繁穿孔，運行8年中管道更換過3次，穿孔部位多發生在焊縫附近。

對德二聯回注水水質進行分析化驗得出，添加防膨劑的清水氯離子含量高達9847mg/L，溶解氧1.37mg/L；污水中硫化物含量高達25.34mg/L，硫酸鹽還原菌含量0.7×105mL-1，溶解氧0.28mg/L。由此得出清水注入系統中，溶解氧的陰極去極化作用、防膨劑中Cl-的自催化酸化效應和NH4+的絡合作用，相互聯合，共同促進，加大了水質腐蝕性；污水回注系統中，在厭氧條件下，硫酸鹽還原菌將污水中的硫酸鹽還原成硫化氫，導致水腐蝕性增強。

為了研究不同水質的腐蝕性以及管道焊縫的腐蝕情況，加工掛片筒，分別從清水、污水注水泵前的過濾器位置將掛片筒置入管道內，掛片筒上掛置常規試片和特制的焊接試片，試片材質選擇與管道相同的20#碳鋼，測試介質為清水、污水以及摻有壓裂返排液時的腐蝕情況[3]。因每年壓裂返排液回注時間為5個月，對腐蝕速率進行加權平均，試驗結果見表1。由表1可知，含防膨劑的清水腐蝕速率高達0.842mm/a，污水腐蝕速率為0.316mm/a；壓裂返排液進入系統后，增加了清水、污水的腐蝕性，腐蝕速率均增加0.20mm/a左右；清水系統焊接試片測得的腐蝕速率要高于常規試片0.210mm/a，污水系統僅增加0.049mm/a，可以看出清水系統試片的焊縫處腐蝕明顯，而污水對焊縫的腐蝕不明顯，說明含有防膨劑的清水對焊縫的腐蝕速率要遠高于污水。

表1　現場腐蝕情況測試結果

從試片腐蝕形貌上看，含有防膨劑的清水、污水對試片都產生了坑蝕，對試片表面的腐蝕產物進行能譜分析，無返排液時期，清水系統中腐蝕產物的主要元素有Fe、O、C，污水系統中腐蝕產物比清水多了S元素，表明污水系統中的腐蝕是由硫酸鹽還原菌造成的。

2　緩蝕劑的研制及應用

針對清水系統中溶解氧和氯離子造成的腐蝕，室內研究出除氧型緩蝕劑配方CI-1007，其中緩蝕組分與除氧組分比為5∶3。采用高壓釜靜態掛片法對研制的除氧型緩蝕劑進行效果評價，試驗介質為現場注入水。通過氮氣吹掃使試驗介質中的溶解氧含量達到現場的1.37mg/L，試驗周期為28d，加藥量120mg/L，試驗結果見表2。除氧型緩蝕劑配方具有加藥量低，緩蝕效果好的優點。

表2　除氧型緩蝕劑室內靜態試驗

針對污水系統由細菌和硫化物造成的腐蝕，室內研制殺菌型緩蝕劑，并采用德二聯現場安裝的防腐措施評價裝置[4]對藥劑配方和加藥量進行優化，確定殺菌型緩蝕劑中殺菌組分和緩蝕組分比例為1∶1，最佳加藥量100mg/L時，腐蝕速率可由加藥前的0.165mm/a降到0.016mm/a。

在小型試驗的基礎上，2013年9月在德二聯注水系統開展工業性試驗，在清水注水泵前和污水注水泵前分別安裝20#碳鋼的常規試片和焊接試片，監測清水系統投加除氧型緩蝕劑前后和污水系統投加殺菌型緩蝕劑前后腐蝕速率的變化情況，監測結果見圖1、圖2和表3。由表3可知，清水系統投加除氧型緩蝕劑后，系統腐蝕速率從0.972mm/a降至0.067mm/a，緩蝕率為93.1%，藥劑成本為1.32元/m3。污水系統投加殺菌型緩蝕劑后，腐蝕速率從0.282mm/a降至0.019mm/a，緩蝕率為93.3%，藥劑成本為1.75元/m3。

表3　工業性現場試驗結果

圖1　清水系統焊接掛片加藥前后對比

圖2　污水系統焊接掛片加藥前后對比

3　結論

（1）海拉爾油田德二聯注水系統腐蝕原因：清水系統中溶解氧的陰極去極化作用、防膨劑中Cl-的自催化酸化效應和NH4+的絡合作用，相互促進，加大了水質腐蝕性；污水回注系統中，硫酸鹽還原菌產生的硫化氫導致水腐蝕性增強。

（2）含有防膨劑的清水對焊縫的腐蝕速率要遠高于污水，壓裂返排液的存在對清水和污水水質腐蝕性均有增強作用。

（3）化學劑可以有效控制海拉爾油田水敏性油藏注水系統的腐蝕。清水系統投加除氧型緩蝕劑后系統腐蝕速率從0.972mm/a降至0.067mm/a，緩蝕率為93.1%；污水系統投加殺菌型緩蝕劑后，腐蝕速率從 0.282mm/a降至 0.019mm/a，緩蝕率為93.3%。

[1]孫彥吉．海拉爾油田注水管道內腐蝕原因分析及對策[J]．腐蝕與防護，2013（2）：180-182.

[2]劉威，鄭潤芬，智春生．呼倫貝爾油田注水系統腐蝕機理[J]．油氣田地面工程，2015，34（9）：23-24.

[3]孟祥剛．腐蝕監測技術中監測點設置原則[J]．油氣田地面工程，2013，32（3）：98.

[4]賈慶．注水管道防腐措施評價裝置的研制與應用[J]．油氣田地面工程，2015，34（9）：109-111.

（0459）5903786、jiaqing@petrochina.com.cn

（欄目主持焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.12.030

賈慶：高級工程師，1988年畢業于大慶石油學院油田應用化學專業，現任大慶油田工程有限公司化學工程部主任工程師，主要從事油田防腐、防垢技術研究。

2015-12-28