CFD油田注水管線腐蝕分析及緩蝕劑評價

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(1. 中海油有限公司天津分公司曹妃甸作業公司，天津 300461；2. 中海油能源發展股份有限公司采油技術服務分公司，天津 300452)

CFD油田注水管線腐蝕分析及緩蝕劑評價

田 楠1劉 暉1楊 秘1黃曉東1張繼偉1胡富強2禹 盟2*

(1. 中海油有限公司天津分公司曹妃甸作業公司，天津 300461；2. 中海油能源發展股份有限公司采油技術服務分公司，天津 300452)

為了控制CFD油田注水管線腐蝕情況，通過水樣及管線運行工況分析，研究了管線腐蝕主要影響因素，分析表明CFD油田注水管線腐蝕受溫度、Cl-及水體流動影響較大。為緩解管線腐蝕，采用旋轉掛片法考察了幾種緩蝕劑的緩蝕效果。室內試驗表明在90℃，0.3MPaCO2+3.0MPaN2，轉速451轉/分的條件下，緩蝕劑YFHC-093具有良好的緩蝕效果?，F場試驗結果表明緩蝕劑YFHC-093加注濃度在25mg·L-1時，可將注水管線腐蝕速率控制在0.0366mm·a-1以下，低于油田腐蝕標準。

注水管線 腐蝕 緩蝕劑 海上油田 腐蝕分析

0 引言

CFD油田的原油開采已進入注水開發階段。近年來由于注入水組成和性質變化等原因造成的注水管線腐蝕[1,2]的問題日趨嚴重，顯著影響了正常生產。因此針對CFD油田實際情況，分析注水管線的腐蝕機理原因,并采取針對性的措施加以防護，對保證油田的正常生產將起到巨大促進作用。添加緩蝕劑是油田常用的控制腐蝕的措施[3-7]。一般來說，在腐蝕體系中，加入微量或少量的緩蝕劑就可顯著降低金屬材料在該介質中的腐蝕速率，同時還可保持金屬材料原來的物理機械性能不變。本文首先對注水管線的腐蝕情況進行了分析，然后參考中華人民共和國石油天然氣行業標準 SY/T 5273-2000《油田采出水緩蝕劑性能評價方法》，用旋轉掛片法考察幾種緩蝕劑的緩蝕效果。同時在現場檢驗了緩蝕劑的緩蝕效果，并與現場在用緩蝕劑SRN-5443進行了比較。

表1 注水管線工況

表2 水樣分析數據

1 油田腐蝕現狀分析

1.1 注水管線工況分析

CFD油田注水系統的基本資料見表1。

從表1中得知，注水水溫為60℃，根據相關文獻[8-11]等研究表明：60℃位于嚴重腐蝕的溫度區間。此外，注水管線中流體流動處于湍流狀態，實踐證明[12-14]，當流體流速處湍流時，腐蝕速率明顯增加。水體流動主要通過兩種方式加速腐蝕，一方面水體流動可以增強氧氣的擴散能力，使得溶解氧更容易到達金屬表面，從而加快氧的去極化反應速度；另一方面，水體流動能沖刷掉金屬表面的腐蝕產物膜，使基體表面暴露，從而增大了腐蝕反應面積，削弱了沉積物對腐蝕反應的阻滯作用，加劇腐蝕問題。

1.2 水樣分析

對現場注水水質進行全分析，主要包括水樣中各類離子的含量、pH值、礦化度及水中溶解氧的含量等，實驗數據見表2。

由表2可知：注水樣的pH值呈弱堿性，因此管材的主要腐蝕類型為吸氧腐蝕[15]。金屬發生氧去極化腐蝕時，多數情況下陽極過程發生金屬活性溶解，腐蝕過程處于陰極控制之下。氧去極化腐蝕的速度主要取決于溶解氧向電極表面的傳遞速度和氧在電極表面的放電速度。

1.3 腐蝕趨勢預測

采用lador指數法[16]預測Cl-對金屬的腐蝕傾向。

其中[Cl-]、[SO42-]及總堿度[A]的單位均為mmol·L-1以(1/2 CaCO3計)。隨著LI值的增大，注水對金屬的腐蝕性增強，LI>0.5時，其腐蝕性較明顯。采用lador指數法預測海水、水源井水、采出水的腐蝕傾向，預測結果見表3。

表3 Cl-對金屬的腐蝕傾向預測

從表中可以看出注水樣的LI值大于0.5，說明Cl-對注水的腐蝕性有明顯影響；

氯離子[17]含量是影響腐蝕的重要因素。有理論指出：氯離子原子半徑小，可以穿透金屬的表面膜，從金屬表面膜的底部將膜破壞，使金屬失去保護而加重腐蝕。同時氯離子的濃度越高，水樣的電導率就越大，從而加快了腐蝕電化學反應中的電荷遷移速度，使得腐蝕反應加快。

2 緩蝕劑評價

2.1 藥品和儀器

藥品：緩蝕劑YFHC-093、YFHC-090、BHH-01C、H20A、BHH-20、HYH-201F、BHH-15、BHH-19、BHH-01B均為采技服公司產品(工業級)；SRN-4543為強品公司藥劑(工業級)。

氫氧化鈉、鹽酸、丙酮、石油醚、無水乙醇、六亞甲基四胺均為分析純。

儀器：FA1004電子分析天平(0.0001g)；游標卡尺(0.02mm)；高壓動態腐蝕評價儀；CS202A型電熱保溫干燥箱、細線；漏斗；鑷子；燒杯(200mL)；干燥器；氮氣瓶；20#鋼片。

2.2 實驗條件

溫度：90℃，壓力：0.3MPaCO2+3.0MPaN2，轉速：451轉/分，周期：20h，加藥濃度：25 mg·L-1、30 mg·L-1、40 mg·L-1，試驗介質：現場注水水樣。

2.3 評選方法

將注水水樣裝到350ml高壓釜中，參考中華人民共和國石油天然氣行業標準 SY/T 5273-2000《油田采出水緩蝕劑性能評價方法》預處理鋼片并稱重，然后將鋼片懸掛在儀器上并保證掛片全面沒入水中，然后按照濃度要求加入待評藥劑，密封裝置，并充入0.3MPaCO2+3.0MPaN2加熱至90℃恒溫20h。實驗結束后取出掛片，觀察掛片腐蝕情況，并按照標準處理掛片稱重，腐蝕速率計算參照評價標準。緩蝕劑的緩蝕率按下列公式計算：

緩蝕率計算公式：

式中：

q—緩蝕率，%；

△m—空白實驗中試片的質量損失 △m = ma－mb，g；

△ m’—加藥實驗中試片的質量損失 △m’ = m0－ m1，g。

2.4 結果與討論

2.4.1 緩蝕劑室內評價

針對現場水質特點篩選了多種緩蝕劑，并進行室內評選。實驗條件：90℃，0.3MPaCO2+3.0MPaN2，轉速451轉/分，反應時間為20h，加藥濃度為40 mg·L-1，實驗結果如表4：

表4 緩蝕劑初選試驗

實驗結果表明YFHC-093，YFHC-090，BHH-01C，BHH-01C，H20A緩蝕效果較好，可將掛片腐蝕速率控制在0.076 mm·a-1以下。因此針對上述藥劑開展濃度梯度試驗，考察不同濃度下藥劑緩蝕效果，試驗結果見表5。

表5中結果進一步表明YFHC-093，YFHC-090，BHH-01C，H20A效果較好，并能將腐蝕速率控制在低于0.076 mm·a-1。其中，YFHC-093緩蝕劑緩蝕效果最優。該種藥劑的主要成分為咪唑啉衍生物，其主要緩蝕機理為吸附機理：咪唑啉中的季銨陽離子以及含有大π鍵的苯環可以與鐵原子形成配位鍵，吸附在金屬表面，起到緩蝕作用，此外咪唑啉分子還可利用苯環的空間位阻以及疏水性，提高吸附膜的致密程度，從而抑制腐蝕。

2.4.2 緩蝕劑現場評價

在相同工藝條件下，考察緩蝕劑SRN-4543與緩蝕劑YFFG-093(25 mg·L-1)在CFD油田注水系統中的緩蝕劑效果，現場采用LPR設備連續監測注水管線腐蝕速率，試驗監測結果如表6。

表5 不同濃度緩蝕劑評選

從表6中數據可以看出：注水管線在不加入任何緩蝕劑的情況下平均腐蝕速率為0.1899mm·a-1，遠高于油田腐蝕標準0.076mm·a-1，腐蝕情況嚴重。緩蝕劑SRN-4543加注濃度為25mg·L-1時，平均緩蝕率為71.25%，緩蝕劑YFHC-093加注濃度為25mg·L-1時，平均緩蝕率高達83%，可將注水管線的腐蝕速率降低至0.0317mm·a-1，遠低于油田腐蝕標準0.076mm·a-1。緩蝕劑YFHC-093加注濃度為25mg·L-1時，緩蝕效果優于現場在用藥劑SRN-4543，可滿足現場需求。2013年7月份，YFHC-093正式應用在CFD油田，截止目前現場穩定運行。

3 結論

a) CFD油田注水管線腐蝕受溫度、Cl-及水體流動影響較大，其空白腐蝕速率高于0.1899mm·a-1，遠高于油田腐蝕速率標準0.076 mm·a-1，腐蝕嚴重。

b) 室內評價結果表明，YFHC-093加藥濃度為40 mg·L-1時，可將腐蝕速率控制在0.0325mm·a-1以下，低于油田腐蝕標準0.076 mm·a-1，緩蝕效果良好。

c) 現場試驗表明，緩蝕劑YFHC-093加注濃度為25mg·L-1時，可將油田注水管線的腐蝕速率降低至0.0317mm·a-1，低于油田腐蝕標準0.076mm·a-1，滿足現場需求。

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Study on Corrosion of Injection Water Pipe and its Corrosion Inhibitor

TIAN Nan1, LIU Hui1, YANG Mi1, HUANG Xiao-dong1, ZHANG Ji-wei1, Hu-Fuqiang2, YU Meng2*
(1. CNOOC China Limited CFD Operating Company, Tianjin 300461, China; 2. CNOOC Energy Technology & Services —oilf i eld Technology Services Co. Tianjin 300452, China)

In this paper, the operation of injection pipe and injection water was analysed through different methods. On this basis, a squeezing adsorptive corrosion inhibitor (YFHC-093) was synthesized in laboratory, the corrosion inhibition effect of YFHC-093 was attested to be good on injection water The corrosion rate of injection water could be limited under the standard (0.076mm·a-1) range, when the optimal concentration of YFHC-093was 25 mg·L-1.

injection pipe; corrosion; corrosion inhibitor; oilf i eld; corrosion analysis

TQ320.79

A< class="emphasis_bold">文章編號：1008-7818(2014)03-0084-04

1008-7818(2014)03-0084-04

田楠 (1957－) , 男，四川成都人，高級工程師，碩士，主要從事油田開發研究工作。