劉奎
摘 要 隨著油田開發(fā)進入中后期,綜合含水率不斷上升,抽油機井井下工具、油管、抽油桿、套管等都存在不同程度的腐蝕,腐蝕治理難度大,控躺治躺矛盾突出。本文介紹了油井防腐蝕技術(shù)現(xiàn)狀,在腐蝕影響因素研究的基礎(chǔ)上,闡述了二氧化碳防腐工藝技術(shù)研究的方法和應(yīng)用效果。
關(guān)鍵詞 抽油機井 二氧化碳 防腐技術(shù) 應(yīng)用
中圖分類號:TE933 文獻標識碼:A
1抽油機井防腐蝕技術(shù)現(xiàn)狀
1.1抽油機井腐蝕現(xiàn)狀
油井高含水開發(fā)期是腐蝕的高發(fā)期,尤其是高含水大泵井的腐蝕。通過對馬廠、橋口、徐集、三春四個油田大量的資料統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),腐蝕嚴重的主要發(fā)生馬廠、徐集兩個油田,主要表現(xiàn)為坑蝕,穿孔。
1.2現(xiàn)有的防腐蝕措施及不足
目前采用油套環(huán)空大劑量投加防腐蝕劑,主要有周期加藥和點滴連續(xù)加藥方式,取得了一定的效果。但同時也存在成本較高、工作量大、針對性不強等問題。
采用犧牲陽極油管防腐短節(jié),該方法通過犧牲陽極保護陰極,能夠解決電化學(xué)腐蝕問題,但動液面以上的管柱未形成電流回路,無法進行保護。
2腐蝕影響因素研究
二氧化碳腐蝕鋼材(油套管)主要是二氧化碳溶于水生成碳酸而引起電化學(xué)腐蝕所致。腐蝕過程中有腐蝕電流,在鋼鐵金屬表面形成許多微電池,引起鋼鐵腐蝕。二氧化碳腐蝕主要考慮以下影響因素:
2.1二氧化碳分壓的影響
目前,在油氣工業(yè)中根據(jù)二氧化碳分壓來判斷二氧化碳腐蝕性經(jīng)驗規(guī)律(臨界判據(jù))如下:二氧化碳分壓小于0.021MPa不產(chǎn)生腐蝕;在0.021~0.21MPa間為中等腐蝕;大于0.21MPa產(chǎn)生嚴重腐蝕。
2.2礦化度的影響
溶液中Cl-、HCO3-、Ca2+、Mg2+ 及其它離子可影響鋼鐵表面腐蝕產(chǎn)物膜的形成和特性,從而影響腐蝕速度。溶液中以Cl-的影響最為突出,Cl-濃度越高,腐蝕速度越大,特別是當Cl-濃度大于3000mg/L 時腐蝕速度尤為明顯。這種現(xiàn)象是由于金屬表面吸附Cl-延緩了FeCO3 保護膜的形成所致。
2.3流速的影響
一般認為隨流速的增大,H2CO3和H+等去極化劑能更快地擴散到電極表面,使陰極
去極化增強,消除擴散控制,同時使腐蝕產(chǎn)生的Fe2+迅速離開腐蝕金屬的表面,因而腐蝕速率增大,實際經(jīng)驗和實驗室研究表明,流速對鋼的腐蝕有較大的影響。腐蝕速率隨流速增加有驚人的增大,并導(dǎo)致嚴重的局部腐蝕。在大量的試驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,得出腐蝕速率隨流速增大的經(jīng)驗公式:
Vc=BVn 式中:Vc為腐蝕速率,B,n為常數(shù), V為流速,在大多數(shù)情況下n取0.8。
2.4 PH值的影響
液體的PH值是影響腐蝕的一個重要因素。當二氧化碳分壓固定時,增大PH值將降低FeCO3的溶解度,有利于生成FeCO3保護膜。pH 值對腐蝕速度的影響表現(xiàn)在兩個方面:(1)PH值的增加改變了水的相平衡,使保護膜更容易形成;(2)PH值的增加改善了FeCO3保護膜的特性,使其保護作用增加。
2.5腐蝕影響因素認識
通過腐蝕因素的實驗分析,可以得出造成油井腐蝕的主要原因是:
(1)油井含水率高,平均含水94.5%,介質(zhì)的礦化度較高,Cl-、HCO3-等強腐蝕性離子含量高,溶液的PH值介于5.5~6.0之間,呈弱酸性,勢必會造成油管、桿的電化學(xué)腐蝕。
(2)伴生氣中二氧化碳含量較多,平均含量為1.78%,最高達4.68%,通過計算,34.6%油井的二氧化碳分壓都大于0.2MPa,因此二氧化碳是造成腐蝕的重要因素。
(3)93%以上油井產(chǎn)出水中檢測到硫酸鹽還原菌(SRB),SRB引起腐蝕形成的協(xié)同效應(yīng)也是造成油管、桿腐蝕的不容忽視的因素。
3二氧化碳防腐工藝技術(shù)研究
3.1技術(shù)路線
調(diào)查發(fā)現(xiàn)該類油井產(chǎn)出液的二氧化碳分壓較高,促進了碳酸的電離和H+濃度的升高,因H+的去極化作用而使腐蝕加速。二氧化碳分壓對油井和生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生中、重度腐蝕,通過分離井筒中產(chǎn)出液中的二氧化碳含量,降低液體中的二氧化碳含量,減緩H+的去極化作用,從而減輕二氧化碳造成的腐蝕。解決思路:井下配套防氣技術(shù),將二氧化碳分離并通過環(huán)套排出,減少泵筒內(nèi)產(chǎn)出液中二氧化碳的濃度,以此削弱二氧化碳腐蝕;同時由于進入環(huán)空的二氧化碳流速大大降低,減緩二氧化碳的腐蝕,在液面以上,二氧化碳呈氣態(tài),沒有了H+的去極化作用,二氧化碳腐蝕大大降低。
3.2配套工藝
井下的氣液分離主要采用高效氣液分離器,其原理如下:
產(chǎn)出液由進液孔進入高效防氣裝置,通過防氣濾網(wǎng)順著環(huán)形空間下行進入螺旋分離機構(gòu)部分,氣液混合物在螺旋機構(gòu)內(nèi)部螺旋向下流動,在離心力的作用下,氣體因密度較小沿著螺旋片的內(nèi)側(cè)經(jīng)過螺旋片上部的小孔上行,浮到錨體環(huán)形空間頂部時,經(jīng)排氣孔排到油套環(huán)形空間,而液體因密度較大,就沿著螺旋片外側(cè)下行,下行至錨體的下部,經(jīng)氣敏網(wǎng)進入中心管內(nèi)部經(jīng)抽油泵排出,液體經(jīng)過氣敏網(wǎng)時,液體內(nèi)部所含的細小氣泡被過濾在外,沿錨體的環(huán)形空間上行至頂部排氣孔排出(圖1)。
4現(xiàn)場應(yīng)用及效果
2016年以來,我們對腐蝕井進行了全方位的跟蹤分析,針對二氧化碳腐蝕進行了深入研究,應(yīng)用高效防氣技術(shù)有針對性的治理工作,取得了明顯的效果。
針對腐蝕較為嚴重的8口油井綜合分析,定性為典型二氧化碳腐蝕,措施前8口井的平均免修周期為104天,措施后的4口井平均免修周期延長的276天,延長了196天,遠遠超過了措施前的免修期,另外4口井持續(xù)正常生產(chǎn),效果十分顯著。
5結(jié)論及認識
(1)對以二氧化碳腐蝕為主因的油井配套防氣技術(shù),將二氧化碳分離并通過環(huán)套排出,減少泵筒內(nèi)產(chǎn)出液中二氧化碳的濃度,減輕二氧化碳腐蝕,從實踐結(jié)果來看是可行的。
(2)目前我們針對二氧化碳分壓和流速的影響加以控制,取得了良好的效果,為進一步提高防腐效果,下步針對二氧化碳腐蝕協(xié)同的其它方面不斷加以優(yōu)化。
參考文獻
[1] 鄭觀輝.二氧化碳采油井筒防腐技術(shù)實驗研究[J].中國化工貿(mào)易,2015,7(32).