流程腐蝕對海上S油田化學驅(qū)工作液的影響

張曉冉，孟祥海，韓玉貴，宋 鑫，鄒 劍

中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452

海上S油田在注水開發(fā)過程中，多次更換注入水質(zhì)，經(jīng)歷注海水開發(fā)、注水源井水開發(fā)、清污混合注入開發(fā)等方式。該油田現(xiàn)場注入系統(tǒng)受水源條件影響，管線腐蝕結(jié)垢問題嚴重，造成注入壓力增大、能耗增加，且對聚合物溶液的性能產(chǎn)生較大影響[1-5]。筆者首先從水源著手分析流程腐蝕原因，并研究流程腐蝕產(chǎn)物對聚合物溶液性能的影響，以期指導(dǎo)化學驅(qū)的開展。

1 海上S油田流程腐蝕原因分析

目前海上S油田化學驅(qū)采用清配污稀的方式進行化學驅(qū)工作液的配制和稀釋，即母液采用水源井水配制，水源井水與生產(chǎn)污水按比例混合稀釋母液至目標濃度，生產(chǎn)污水是多區(qū)塊污水混合，礦物度變化在一定的范圍內(nèi)波動；水源井水質(zhì)穩(wěn)定，但礦化度相對較高[6-8]。在現(xiàn)場注入過程中，易造成流程腐蝕的一般為水中的鹵離子，因此針對海上S油田所有井區(qū)的地層水/產(chǎn)出水進行水質(zhì)分析，研究聚合物溶液的配制環(huán)境及管線腐蝕結(jié)垢環(huán)境。針對海上S油田不同區(qū)塊近年內(nèi)的主要陽離子以及主要鹵離子Cl-組成進行分析，試驗結(jié)果見表1。

表1 不同區(qū)塊水源的主要離子組成 mg/L

注：D、E平臺無水源井，注入水全部為生產(chǎn)污水。

配液用水對流程的腐蝕主要來自水中的鹵化物。通過分析發(fā)現(xiàn)，該油田水源井水、生產(chǎn)污水屬于氯化鈣水型，鈣鎂離子含量高，注入地層后，不僅容易結(jié)垢導(dǎo)致滲透率降低，同時Cl-含量較高，配注管線長期處在一個易腐蝕的極性環(huán)境內(nèi)，會發(fā)生點蝕、穿孔等。因此綜合分析發(fā)現(xiàn)，長期高含量的Cl-是造成注聚流程管線腐蝕的主要原因。

2 流程腐蝕產(chǎn)物對聚合物溶液的影響

通過管線材質(zhì)及沿程各節(jié)點分析認為，流程腐蝕的主要產(chǎn)物為鐵離子及亞鐵離子[9]，水質(zhì)分析數(shù)據(jù)表明，在聚合物母液配制和高壓水稀釋過程中，配制水中都含有一定量的鐵離子，雖然含量并未超過行業(yè)標準，但均會影響聚合物溶液性能。因此，應(yīng)分析在海上S油田條件下亞鐵離子/鐵離子的含量對聚合物溶液性能的影響。

2.1 鐵離子濃度對目標液黏度的影響

在模擬流程溫度條件下，配制目標聚合物溶液濃度1 750 mg/L，并加入不同濃度的FeCl2、FeCl3溶液，分析不同濃度亞鐵離子/鐵離子對聚合物溶液的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 聚合物溶液在不同亞鐵離子/鐵離子濃度下黏度變化

亞鐵離子在水中是不穩(wěn)定的陽離子，極易發(fā)生還原反應(yīng)。由圖1可以看出，隨著亞鐵離子的濃度增加，聚合物溶液黏度呈線性趨勢下降。亞鐵離子含量達到3 mg/L時，溶液黏度損失達到60%，并出現(xiàn)淡黃色的絮狀體，這表明高濃度亞鐵離子會使聚合物溶液發(fā)生絮凝。因此，亞鐵離子的濃度對溶液有較大影響，化學驅(qū)現(xiàn)場必須控制亞鐵離子含量。

鐵離子在水中是相對穩(wěn)定，但其產(chǎn)生的靜電屏蔽作用也影響聚合物溶液黏度。由圖1可以看出，聚合物溶液黏度隨著鐵離子的含量增加液呈下降趨勢，但下降幅度較亞鐵離子影響小。鐵離子濃度0.4 mg/L時，溶液黏度損失5%。鐵離子較亞鐵離子時聚合物溶液黏度影響小。

2.2 聚合物與亞鐵離子接觸時間對聚合物溶液黏度的影響

基于亞鐵離子對聚合物溶液黏度影響較大，用含有不同亞鐵離子濃度的水配制聚合物溶液，并在不同時間進行取樣化驗，分析聚合物目標液黏度與亞鐵離子接觸時間關(guān)系，試驗結(jié)果見圖2。

圖2 聚合物溶液黏度受不同濃度亞鐵離子影響曲線

由圖2可以看出，隨著接觸時間延長，目標液黏度出現(xiàn)先增加后減小最終趨向平穩(wěn)的趨勢，在40 min左右達到黏度峰值。這是因為聚合物溶液在熟化過程中，黏度不斷上升，前期自身黏度增加作用大于亞鐵離子對其黏度的影響，后期亞鐵離子使聚合物溶液黏損開始下降，并最終趨于平穩(wěn)。亞鐵離子含量越低，溶液黏度趨于平穩(wěn)所需時間越短，80 ～100 min達到黏度穩(wěn)定，亞鐵離子含量越高，溶液黏度下降幅度越大，持續(xù)時間越長，120 min時黏度仍有下降趨勢。

現(xiàn)場生產(chǎn)過程中，亞鐵離子主要來源于管線及沿程設(shè)備腐蝕。對于流程腐蝕產(chǎn)生的亞鐵離子，需盡快處理。同時流程材質(zhì)必須選擇具有較強防腐能力的材質(zhì)，如加入金屬鉻[10]等，降低材質(zhì)碳含量和夾雜物，優(yōu)選優(yōu)質(zhì)C類鋼或碳素鋼，以及選用無鐵的玻璃鋼管，以控制目標液濃度損失，保證化學驅(qū)效果。

3 結(jié)論與建議

1)海上S油田配液用水對流程的腐蝕主要來自水中高濃度的Cl-離子，含量范圍在3 000～6 000 mg/L，配注管線長期處在一個易腐蝕的極性環(huán)境內(nèi)，會發(fā)生點蝕、穿孔等。

2)亞鐵離子含量對聚合物溶液黏度影響較大，濃度達到3 mg/L時，溶液黏度損失達到60%，并出現(xiàn)淡黃色的絮狀體，因此現(xiàn)場必須控制亞鐵離子含量。鐵離子對聚合物溶液黏度的影響小于亞鐵離子。

3)現(xiàn)場生產(chǎn)過程中可以通過加入惰性金屬元素、降低材質(zhì)碳含量和夾雜物、優(yōu)選優(yōu)質(zhì)C類鋼或碳素鋼等方式控制亞鐵離子、鐵離子含量，以控制目標液濃度損失。