對高溫酸化緩蝕劑評價標準的研究及優化建議

張云芝，李繼勇，董 浩，趙俊橋

中國石化勝利油田分公司石油工程技術研究院 （山東 東營 257000）

對高溫酸化緩蝕劑評價標準的研究及優化建議

張云芝，李繼勇，董 浩，趙俊橋

中國石化勝利油田分公司石油工程技術研究院 （山東 東營 257000）

高溫緩蝕劑高溫高壓動態腐蝕速率評價方法依據行業標準SY/T 5405—1996《酸化用緩蝕劑試驗方法及評價指標》。實際評價工作中，由于加入量不統一、反應起始時間界定模糊、措施體系防腐性能評價缺失等情況，造成高溫高壓動態腐蝕速率平行試驗結果相對誤差大、現場應用關聯度低等問題。在原標準的基礎上，結合現場實際應用需要及室內可操作性，分析加入量、反應時間、試片材質等因素的影響并加以優化。優化后的試驗結果相對誤差降低，充分體現高溫酸化緩蝕劑單劑、措施體系的效果趨勢。

高溫酸化緩蝕劑；高溫高壓動態腐蝕速率；標準

酸化（酸壓）作為常用的儲層改造措施之一，在高溫油藏有非常大的應用前景[1]。為保護生產井管柱壽命、延長作業周期、保障酸化措施實施效果等，在實施的工藝方案中添加高溫酸化緩蝕劑進行防腐，應用高效的、有針對性的酸化緩蝕劑是高溫油藏優化開發、提質保效、從源頭上降低改造油藏成本獲得有效產能的主要目的，是達到保護設備及管柱等施工期間安全、保障酸化措施的實施效果的關鍵。因此，客觀準確地評價高溫酸化緩蝕劑防腐性能極其重要。目前高溫酸化緩蝕劑的主要指標為高溫高壓動態腐蝕速率，評價方法依據為SY/T 5405—1996《酸化用緩蝕劑試驗方法及評價指標》。該標準為適應技術發展需要，力求先進準確，該標準吸收采納美國材料協會ASTM G系列標準的部分內容[2]。由于存在加入量不統一、反應起始時間界定模糊、措施體系防腐性能評價缺失等情況，造成平行試驗結果相對誤差大、現場應用關聯度低等問題。通過對現有評價方法的加入量、反應時間、反應介質等因素的影響進行分析并加以優化，達到試驗結果相對誤差降低、充分體現高溫酸化緩蝕劑單劑、措施體系的效果的目的，在源頭上緩解和降低腐蝕引起更換管柱、套損、套變、頻繁作業及影響生產等直接和間接的經濟損失，為降本增效提供技術支撐。

1 試驗原理及儀器、材料

1.1 試驗原理

在試驗要求的溫度、壓力條件下，應用高溫高壓動態腐蝕設備根據失量法獲得試驗結果，按照式（1）計算高溫高壓動態腐蝕速率。

式中：vi為單片腐蝕速率，g/(m2·h)；Δmi為試片腐蝕失量，g；Ai為試片表面積，mm2；Δt為反應時間，h。

1.2 儀器、材料

XS205DU雙量程電子天平、FS-Ⅲ高溫高壓動態腐蝕儀、AC-2.0高溫高壓動態反應與腐蝕測試系統、游標卡尺、無水乙醇（分析純）、生料帶、N80試驗試片、鐵離子穩定劑等。

2 評價方法影響因素分析與優化

2.1 加入量的影響及優化

1）在SY/T 5405—1996中4.5.2高溫高壓動態腐蝕速率測定條件及評價指標（表1）、加入量是一個范圍。由此導致不同試驗人員在操作時，存在加入量可能不一致。表2為同一樣品選取加入量下限、中間值、上限對應試驗結果情況。

從表2可以看出，在規定的范圍內不同加入量均符合要求，同一樣品加入量雖有0.5%、1.0%的差別，但高溫高壓動態腐蝕速率結果差值竟達60.8 g/（m2·h）之多，最大相對誤差值達+55.4%，遠遠超出標準中3.6.5對試驗結果相對誤差的要求，且同一樣品由于不同的加入量，出現了合格、不合格的矛盾現象。不同加入量對評價結果影響非常明顯。

2）對高溫酸化緩蝕劑現場加入量的調研和查詢結果顯示：一部分選用上限的加入量，一部分按照實際應用情況不同程度高出上限要求，極少數在配有增效劑的情況下加入量低于標準規定的上限。為達到統一評價的目的，應根據現場實際應用情況明確加入量，特殊要求的可根據現場實際應用需要明示。表3為120℃采用加入量上限時測定的高溫高壓動態腐蝕速率情況。

在采用明確的、統一的加入量后，從表3可以看出高溫高壓動態腐蝕速率評價結果的相對誤差明顯降低，提高了試驗結果平行性。

2.2 反應時間的影響及優化

1）在標準的4.5.3中，試驗是在溫度、轉速、壓力均達到實驗條件要求開始計時，反應到預訂時間，安全斷電，泄壓、降溫后迅速取出試片。在開始計時前，雖未達到試驗條件，試片在已有溫度、壓力的介質中反應。試驗結束前，泄壓可在短時間內完成，在降溫過程中，試片仍在有一定溫度的介質中反應。試片在介質中反應的實際時間超過了要求的4 h,尤其試片在降溫泄壓過程由于溫度、壓力、組分不同腐蝕是不均勻的[3],獲得結果按照4 h計算偏大。

表1 高溫高壓動態腐蝕速率測定條件及評價指標

表2 不同加入量時高溫高壓動態腐蝕速率結果情況

表3 加入量上限時高溫高壓動態腐蝕速率結果情況

2）進行酸化（酸壓）儲層改造，措施體系由井口、井筒、地層，溫度變化和腐蝕反應同樣是由低到高的過程。為模擬程度接近，計時可考慮在試片接觸到反應介質時。當殘酸從油套環空返排時，同樣溫度由高到低。計時結束后,降溫、泄壓，反應時間可按改造措施實施的4 h計算。界定起始時間后的試驗結果情況見表4。

在試驗過程中明確計時的前后節點外，還要考慮不同儀器設備的溫度、壓力升降需要的時間。通過比較現有兩臺儀器設備，溫度、壓力升降需要的時間差別不明顯，表4的120℃樣品及空白驗證試驗結果相對誤差也證明始末節點一定要明確、統一。

2.3 其他酸液添加劑配伍性的影響及優化

為利于返排、防止鐵的二次沉淀等作用，現場改造措施體系中還加有助排劑、鐵離子穩定劑、黏土穩定劑等其他添加劑[4]。室內單獨評價合格的高溫酸化緩蝕劑產品，再與其他添加劑混合后進行腐蝕速率評價時，如表5所示出現了不配伍、不合格的情況（添加劑：2.0%黏土穩定劑、1.5%助排劑、1.5%鐵穩劑），且與改造措施體系整體防腐性能不對應。

表4 界定同始末時間高溫高壓動態腐蝕速率結果情況

表5 有無添加劑對高溫高壓動態腐蝕速率結果影響 /(g·（m2·h）-1)

因此，在室內進行高溫高壓動態腐蝕速率試驗時，應按照現場應用實際情況，針對改造措施體系進行整體防腐性能評價。可以分為常規類和特殊要求類。當無特殊說明時，應滿足常規改造措施體系的防腐性能要求。具體的評價指標可根據高溫酸化緩蝕劑單劑、措施體系對應的評價結果趨勢界定。

2.4 油井管材材質的影響及優化

油管及管柱腐蝕引起更換管柱，同樣套管腐蝕后造成強度降低，會引起其他類型的套損，也是造成更換管柱的隱患之一。在現場應用的油井管材種類很多，除常規的N80鋼級外，還有34Mn6、42MnMo7等[5～6]。

為體現不同材質的試驗結果差別，以90℃條件下，3種材質試驗試片的空白試驗結果情況（表6）。試驗結果表明，應用不同材質的試片，得到的腐蝕速率不同，而且差異較大。因此，室內評價應充分考慮現場實際應用，在依據的標準中應適當體現對套管腐蝕傷害的情況。

表6 不同材質空白試驗腐蝕速率結果情況 /(g·（m2·h）-1)

3 建議

1）確保在統一條件下進行客觀評價，針對單劑、改造措施體系界定明確的加入量，降低平行結果相對誤差，有特殊加入量要求的應明示。

2）明確界定反應時間始末節點，充分考慮儀器設備的升、降溫差異，確保試驗時間可控。

3）高溫酸化緩蝕劑單劑腐蝕速率結果不能體現改造措施體系的防腐趨勢，評價改造措施體系整體效果趨勢可為現場應用提供客觀依據。

4）根據現場應用管材情況增加對套管材質的評價，適時體現對套管腐蝕傷害的情況。

[1]楊業飛,趙修太,邱廣敏,等.YSH-05高溫酸化緩蝕劑緩蝕性能研究[J].石油化工腐蝕與防護,2007,24（1）:8-11.

[2]石油工業標準化技術委員會.酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標:SY/T 5405—1996[S].北京:石油工業出版社,1997.

[3]石志英,田震宇,陳 麗.酸化殘酸腐蝕性研究與防治[J].斷塊油氣田,1999,6（3）52-54.

[4]劉應學,解 琪,陳曉媛.酸化解堵增能返排技術[J].油氣地質與采收率,2002,9（3）:85-88.

[5]楊獻平.34Mn6鋼N80鋼級石油套管熱處理工藝研究[J].鋼管,2004,33（3）:28-31.

[6]謝凱意.42MnMo7鋼N80級油管的熱處理工藝試驗[J].鋼管，2004,33（6）:32-34.

The evaluation of high temperature and high pressure dynamic corrosion rate of high temperature corrosion inhibitor is according to industry standard SY/T 5405—1996"Test Method and Evaluation Index of Corrosion Inhibitor for Acidizing".In the actual evaluation work,the relative error of the parallel test results of high temperature and high pressure dynamic corrosion rate is great,and the field application is of low correlation degree due to the different adding amount,the fuzzy definition of reaction start time and the lack of evaluation of the corrosion resistance of the measure system.On the basis of the original standard,combined with the actual application requirements and the operability in laboratory,the influences of adding amount,reaction time,specimen material and other factors were analyzed and optimized.After the optimization,the relative error of the test results is reduced,which fully reflects the effect trend of the single agent and measure system of the high temperature acidizing inhibitor.

high temperature acidizing corrosion inhibitor;high temperature and high pressure dynamic corrosion rate;standard

張云芝（1971-），女，高級工程師，現主要從事油田化學劑質量檢測研究及標準制修訂工作。

尉立崗

2017-11-06