油吳老區中高含水區塊防腐防垢技術研究

肖建雄，羅 躍，楊 歡，黃黎陽

（長江大學化學與環境工程學院，湖北荊州 434023）

油吳老區目前一共包括10個開采區塊，其中油房莊老區共包括5個開采區塊，吳起老區共包括5個開采區塊。油房莊老區結垢腐蝕矛盾較為突出的是定31、定62、定41三個區塊，平均含水84.7%，導致地面管網腐蝕嚴重；侏羅系、三疊系層位的不配伍性，導致油四轉、定612等混輸站點結垢問題比較突出。垢型分析主要是碳酸鹽垢，同時含有BaSO4等物質的混合垢。吳起老區結垢腐蝕矛盾較為突出的是吳133、吳135兩個區塊，平均含水72.5%，高含水硫化氫超標導致地面管網腐蝕嚴重；侏羅系、三疊系混輸導致吳四轉、吳六轉結垢嚴重。垢型分析主要是碳酸鹽垢，同時含有BaSO4等物質的混合垢。

針對上述情況，本文全面深入的研究了油吳老區高含水區塊的腐蝕結垢現狀、水質分析、垢樣分析，總結了該區塊腐蝕結垢機理及特征，并篩選、評價了6種阻垢劑、6種緩蝕劑，優化了油吳老區高含水區塊的防腐防垢技術。

1 主要實驗藥品及儀器

（1）主要藥品：硝酸銀、濃鹽酸、EDTA、氯化鈉、氯化鉀、無水氯化鈣、無水氯化鎂、無水碳酸鈉、無水硫酸鈉、碳酸氫鈉，分析純；油吳老區水樣、垢樣。

（2）主要儀器：HH數顯恒溫水浴鍋（江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠）、電子天平（賽多利斯科學儀器有限公司）、電熱式鼓風干燥箱（天津市華北實驗儀器有限公司）、80-2型電動離心機（江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠）、等離子體原子發射光譜儀（美國THERMO公司IRISINTREPIDII XSP）、掃描電鏡（日本日立公司）、EDAX能譜儀（美國EDAX公司）。

2 實驗方法

（1）水質分析：依據SY/T 5329-2000《碎巖油藏注水水質推薦指標及分析方法》及SY/T 5523-2000《油氣田水分析方法》對油吳老區的水樣進行檢測分析。

（2）垢樣分析：①垢樣能譜分析：將油吳老區垢樣用石油醚萃取出有機物后將剩余的樣品干燥后放入研缽中研磨，120℃烘干干燥，采用EDAX進行測試；②垢樣掃描電鏡分析：將垢樣干燥后放入研缽中磨細，取少量樣品置于專用樣品臺，采用掃描電鏡對垢樣進行掃描測試。

（3）阻垢劑阻垢性能評價：參照SY/T 5673-93《油田用阻垢劑性能評定方法》對現有阻垢劑進行篩選與評價[1，2]。

（4）緩蝕劑緩蝕性能評價：參照《常壓靜態腐蝕速率及緩蝕率測定方法》，將已稱重的金屬掛片分別掛入已加和未加緩蝕劑的實驗介質（每1 cm2掛片面積使用的實驗介質不少于20 mL）中，在一定溫度條件下浸泡到一定時間，然后取出掛片，經清洗干燥處理后稱量，根據掛片的質量損失計算出緩蝕率[3，4]。

3 結果與討論

3.1 水質分析

由表1和表2可知，油房莊部分水樣礦化度較高，水型以CaCl2型為主，不同井場的采出液礦化度差別較大，最高可達85 133 mg/L。Ca2+、Mg2+等成垢陽離子的含量較高，最高含量分別為3 258 mg/L、404 mg/L。吳起區塊對應水樣普遍礦化度很高，最高可達140 789 mg/L，除延7層位水型為Na2SO4水型，其余層位均為CaCl2型。除延 7層位不含 Ba2+、Sr2+，其余層位 Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+等成垢陽離子的含量均很高，最高含量分別為 3 704 mg/L、1 128 mg/L、396 mg/L。參照標準 SY/T 5673-93，模擬地層水實驗[5]，發現油房莊老區典型垢樣為CaCO3，理論最大結垢量為500 mg/L，吳起老區典型垢樣為CaCO3，理論最大結垢量為4 810 mg/L。

表1 油房莊區塊油田水水質分析表（mg/L）

表2 吳起區塊油田水水質分析表（mg/L）

3.2 垢樣分析

針對油吳老區結垢嚴重的情況，分別采集油房莊和吳起區塊結垢嚴重的一個點的垢樣：油房莊老區長2定592-21垢樣和吳起老區磚39-9油管外壁返出垢樣，進行能譜及SEM分析（見圖1，圖2），確定垢樣組成。由圖1和圖2垢樣能譜及SEM分析圖可知，油房莊老區結垢類型以碳酸鹽垢和少量腐蝕產物為主，夾雜著少量原油、泥沙、析出鹽和有機垢；吳起老區結垢產物以腐蝕產物鐵的氧化物和碳酸垢為主，還有部分硫酸鋇鍶垢，夾雜少量原油和有機垢。

3.3 阻垢劑阻垢性能評價

油吳老區不同層位采出液中一部分富含成垢陽離子，一部分富含成垢陰離子，兩種水體相遇后即形成沉淀，沉淀物吸附、沉積在集輸系統管壁上就形成了垢。油吳老區垢樣主要為CaCO3，其成垢離子為Ca2+、CO32-和 HCO3-[6，7]。

由圖3可知，除HZG-01之外的其他5種阻垢劑，在低濃度時對硫酸鋇鍶垢的阻垢有促進作用。隨著濃度增加，SIB對硫酸鋇鍶垢表現出優于其他阻垢劑的性能。由圖4可知，在低濃度時KZG-1的阻碳酸鈣垢性能優于其他5種阻垢劑，在較高濃度時KEW-129的阻垢性能穩定。油房莊老區典型垢樣為碳酸鈣，理論最大結垢量為500 mg/L。因此推薦使用KEW-129，在加量20 mg/L～30 mg/L時使用即可達到80%以上的阻垢率。吳起老區典型垢樣為腐蝕產物、碳酸鈣和部分硫酸鋇鍶垢，推薦使用SIB，在加量60 mg/L～80 mg/L時使用阻垢率即可達到75%左右。

3.4 緩蝕劑緩蝕性能評價

油吳老區典型垢樣成分組成為碳酸鈣，其他成分主要是金屬氧化物，金屬氧化物是垢下氧腐蝕的產物；垢樣中還有一部分氯化物，氯離子是形成點腐蝕的主要原因[7，8]。腐蝕產物附著于管壁，形成鐵鹽垢，尤其是腐蝕嚴重的系統，鐵的氧化物是主要垢型。油吳老區油井垢樣的另一種成分為FeCO3，同時也說明了管材存在一定的腐蝕[9]。

圖1 油房莊老區長2定592-21垢樣能譜和掃描電鏡分析

圖2 吳起老區磚39-9油管外壁返出垢樣能譜和掃描電鏡分析

圖3 6種阻垢劑阻硫酸鋇鍶垢效果評價圖

圖4 6種阻垢劑阻碳酸鈣垢效果評價圖

由圖5可知，在相同加量的情況下，緩蝕劑HHS-08的性能明顯優于其他的緩蝕劑。因油吳老區模擬水樣的年平均腐蝕率為0.219 mm/a，屬于腐蝕速率較高的情況，故推薦使用HHS-08藥劑作為緩蝕劑，加量為100 mg/L，緩蝕率約為80%。

圖5 6種緩蝕劑緩蝕效果評價圖

4 結論

通過對油吳老區采出水進行組分分析和對各區塊垢樣的定性、定量及微觀結構分析，得出以下結論：

（1）采出水組分分析結果表明：油房莊老區有形成碳酸鹽垢的趨勢，容易造成氯根腐蝕，腐蝕后易形成鐵氧化物垢；吳起老區采出水礦化度高、高濃度Cl-引起的鹽鹵腐蝕，腐蝕后易形成鐵氧化物垢，且吳起老區Ba2+、Sr2+、HCO3-、SO42-含量均較高，有形成碳酸鹽垢以及硫酸鋇鍶垢的趨勢。

（2）各區塊垢樣的定性、定量及微觀結構分析結果表明：油吳老區各特征油井結垢樣品的垢型一致，垢樣中主要含有 KCl、NaCl、CaCO3、CaSO4、FeCO3、硅酸鹽、硫酸鋇鍶等物質，結垢樣品中都含有少量FeS。說明結垢類型以腐蝕產物、碳酸鈣和部分硫酸鋇鍶垢為主。

（3）藥劑篩選及加量推薦：油房莊老區典型垢樣為碳酸鈣垢，推薦使用KEW-129，加量為20 mg/L～30 mg/L；吳起老區典型垢樣為腐蝕產物、碳酸鈣和部分硫酸鋇鍶垢，推薦使用SIB，加量為60 mg/L～80 mg/L。因油吳老區模擬水樣的年平均腐蝕率為0.219 mm/a，屬于腐蝕速率較高的情況，故推薦使用HHS-08藥劑作為緩蝕劑，加量為100 mg/L，緩蝕率約為80%。