緩蝕阻垢劑對P110套管鋼腐蝕行為影響研究

孫世斌　孫振旭　劉明

摘要： 本文主要采用電化學工作站，借助三因素三水平正交實驗法，考慮溫度參數，研究緩蝕阻垢劑及酸洗液加入三元復合驅溶液后的腐蝕行為，分析加入不同種類和不同量時對套管P110鋼的腐蝕行為影響，確定影響腐蝕的主次因素。研究結果表明：在溫度為30℃、不含酸洗液以及緩蝕阻垢劑濃度為175 mg/L時，該介質對P110鋼的腐蝕性影響最小。溫度是影響套管P110鋼腐蝕的主要因素，其次是殘余酸液濃度，最后為緩蝕阻垢劑。在一定范圍內，套管鋼的腐蝕速度隨溫度升高而加快，隨著阻垢劑和殘余酸洗液含量的增加，腐蝕速率增加程度較小。

Abstract： The electrochemical corrosion behavior of P110 casing steel in ASP flooding with different concentration of corrosion-scale inhibitor and pickler was studied by electrochemical workstation. The effects of the temperature， concentration of corrosion-scale inhibitor and pickler on corrosion behavior were investigated. The influenced factor was determined by orthogonal experimental design. The results showed that the corrosion resistance of P110 steel was lowest at the conditions of 30℃， 175 mg/L corrosion-scale inhibitor and no pickler content. The temperature is the main factor that affect the corrosion resistance of P110 steel， the second is pickler， and the orrosion-scale inhibitor is the last. The corrosion resistance decreased with the increasing of temperature. The appears a little increase with the corrosion-scale inhibitor and pickler.

關鍵詞： ASP；緩蝕阻垢劑；酸洗液；套管

Key words： ASP；scale inhibitor；pickler；casing

中圖分類號：TG174 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）08-0088-03

0 引言

隨著石油需求量的增加，淺地層中的石油含量逐漸變少，石油開采的難度也隨之加大，于是三元復合驅（堿/表面活性劑/聚合物）這種強化采油技術被國內外采用。我國的大慶、勝利、克拉瑪依和遼河油田均進行過三元復合驅室內研究和先導性礦場試驗，取得了較好的效果。從試驗的規模、數量及整體研究水平來看，國內三元復合驅技術已走在世界的前列[1-2]。但同時，由于堿、表面活性劑、聚合物及混合物等介質的加入，雖然提高了采收率，但對套管也產生一定的腐蝕破壞[3-5]。

目前，多數油田采出液中CO2和HCO-3 構成弱酸性緩沖體系。蘊藏著腐蝕和結垢的化學因子H+和CO，極不穩定，具有很強的腐蝕結垢傾向。為了清除垢質通常要加入酸洗液進行酸洗。為了抑制腐蝕和結垢情況的發生，往往要加入緩蝕阻垢藥劑，借助藥劑的螯合和分散功能，實現阻垢的效果。但這種酸洗液和緩蝕阻垢劑的加入，使得原本復雜的三元復合驅體系，腐蝕問題變得更為復雜。二者的加入對于三元體系腐蝕的影響不得而知。國內外眾多研究都側向于研究酸洗和緩蝕阻垢效果，對于酸洗液和緩蝕阻垢劑對于腐蝕的影響甚少。

本文通過實驗，旨在找出緩蝕阻垢劑及酸洗液對套管鋼腐蝕的影響規律，為套管結垢腐蝕的減緩和防護提供一定的理論基礎。

1 實驗

1.1 實驗材料

實驗材料選用油井套管P110鋼，該鋼屬于中高級套管鋼，API SPEC 5CT標準對P110級石油套管力學性能有明確規定：屈服強度758～965MPa，抗拉強度≥862MPa，沖擊功[尺寸為10 mm×10 mm×55 mm]：橫向≥20J，縱向≥41J，伸長率≥13%。

1.2 實驗介質

三元復合驅的采出液主要用劑包括：堿、表面活性劑、聚合物、部分原油以及其他化學助劑，實驗時選用油田三元復合驅采出液。

緩蝕防垢劑有酸性、堿性兩種，酸性防垢劑以螯合作用為防垢機理。本文選用酸性藥劑。

酸洗劑為HF與HCl復配，HF濃度6%（質量百分數），HCl濃度8%（質量百分數）。

1.3 實驗過程

實驗儀器采用武漢科思特儀器有限公司生產的CS系列電化學工作站。測試時使用三電極系統，參比電極為甘汞電極，鉑片為輔助電極，工作電極為封裝后的套管P110鋼試片（1cm×1cm×1mm）。為了減小液接電勢影響，將參比電極和鹽橋相連并插入溶液中，其尖端和工作電極距離保持在1cm左右。

工作電極測試前需經封裝，露出1.0 cm2的工作表面，其余均用環氧樹脂封裝。實驗前將工作電極經砂紙打磨并拋光，使之露出光亮面，然后用蒸餾水沖洗，無水乙醇擦拭后備用。

電化學測試時，先測試開路電位，待開路電位穩定1h后方可進行動電位極化曲線測試。動電位極化曲線測量掃描速率為0.1667 mV/s，掃描電位范圍-0.75～-0.2V。測試完采用CView軟件對極化曲線進行擬合，計算腐蝕速率。

1.4 實驗方法

采用正交試驗法，通過正交試驗法，可以簡單、高效、快捷的完成實驗，所得到的結果具有很強的說服力，便于使用者的分析與使用。實驗時選用L9（34）正交表來安排試驗，表1是實驗所涉及的因素及水平。

根據L9（34）正交表進行實驗，測試每組條件下P110鋼的動電位極化曲線，見圖1。然后進行采用CView軟件進行擬合，擬合后得到的鋼的腐蝕速率，單位為mm/a。

2 結果與討論

根據正交實驗分析方法，采用直觀分析法和方差分析法，對此結果進行分析，確定腐蝕主次因素。經過擬合，結果見表2。

2.1 確定同一因素的不同水平對試驗指標的影響

從表2中的最下面一欄極差Ri的分析中，我們可以看出因素A取A1比取A3和A2的腐蝕速率都低；因素B取B2比取B1和B3的腐蝕速率低。同樣，因素C取C1比取C2和C3的腐蝕速率都低。因此，在考慮因素單獨作用的條件下，A1B2C1的組合是使P110鋼腐蝕速度最慢的。

2.3 確定主次因素

確定各因素對試驗指標綜合影響的次序，即確定各因素對腐蝕速率的影響順序。具體來說就是對各個水平之間極差值大小進行比較。依照表2的分析結果，A因素各水平的極差最大為0.2557，B因素各水平的極差為0.0237，C因素各水平的極差為0.207。所以，按因素對腐蝕速率影響的綜合比較分析，得出R1>R3>R2。因此可以確定，溫度是影響P110鋼腐蝕的主要因素，其次是殘余酸液濃度，最后為緩蝕阻垢劑。

圖2是各因素與指標的關系圖，橫坐標用各因素的不同水平表示。

從圖2可以看出，各因素對P110鋼腐蝕速率的影響，縱坐標（腐蝕速率）A1最小，B2次之，最大者為C2。由此得出使P110鋼腐蝕速率最慢的組合使A1B2C1，與前面的分析結果一致。

3 結論

①在溫度為30℃、不含酸洗液以及緩蝕阻垢劑濃度為175 mg/L時，該介質對P110鋼的腐蝕性影響最小。

②溫度是影響套管鋼腐蝕的主要因素，套管鋼的腐蝕速度隨溫度升高而加快，其次是殘余酸液濃度，最后為緩蝕阻垢劑，隨著阻垢劑和殘余酸洗液含量的增加，腐蝕速率增加程度較小。

③建議在對三元復合驅加緩蝕阻垢劑及酸洗液的體系防腐時，首先控制體系溫度參數，在溫度不能改變的前提下，盡量降低酸洗液的加入量，最后再著力降低緩蝕阻垢劑的用量至接近175mg/L。這樣就能有效抑制P110套管鋼的腐蝕，進而為套管結垢腐蝕的減緩和防護提供了參考。

參考文獻：

[1]陳忠，羅蟄潭，沈明道.三元復合驅強化采油技術[J].西南石油學院學報，1997，19（4）：44-47.

[2]王鴻君.套管損壞機理及預防措施研究[D].西南石油大學博士學位論文，2005：12-29.

[3]張忠鐘，郭金寶.對油氣管材的腐蝕規律及國內外研究進展[J].寶鋼技術，2000，4：54-58.

[4]唐鋼，李華斌.化學劑濃度對復合驅油體系流變性影響實驗研究[J].海洋石油.2006，20（1）：85-87.

[5]張旭昀，蘇毅，劉長利，王勇，畢鳳琴.三元復合驅溶液組分對P110鋼腐蝕電化學性能的影響[J].兵器材料科學與工程，2012，3（35）：22-26.