油套管鋼在CO2飽和的聚胺完井液中的腐蝕及緩蝕性能研究

榮沙沙 (

非常規油氣湖北省協同創新中心(長江大學),湖北 武漢 430100)長江大學化學與環境工程學院,湖北 荊州 434023

艾俊哲,陳以周

(長江大學化學與環境工程學院,湖北 荊州 434023)

油套管鋼在CO2飽和的聚胺完井液中的腐蝕及緩蝕性能研究

榮沙沙 (

非常規油氣湖北省協同創新中心(長江大學),湖北 武漢 430100)長江大學化學與環境工程學院,湖北 荊州 434023

艾俊哲,陳以周

(長江大學化學與環境工程學院,湖北 荊州 434023)

采用靜態掛片失重法評價了緩蝕劑CA101和JHS對G105、N80碳鋼和L80不銹鋼在飽和CO2的聚胺完井液中的腐蝕和緩蝕性能,分析了溫度對緩蝕劑性能的影響。試驗結果表明,在飽和CO2的聚胺完井液中,在溫度低于90℃時,G105和N80鋼在聚胺完井液體系中的腐蝕速率能控制在0.0567mm/a以下。當溫度高于110℃時,鋼片的腐蝕速率迅速增加;L80鋼幾乎不發生腐蝕。加入緩蝕劑后緩蝕速率明顯降低,但緩蝕劑JHS的緩蝕效果優于緩蝕劑CA101。緩蝕劑JHS對CO2腐蝕有良好的抑制作用,在高溫130℃時,仍可控制G105鋼和N80鋼的腐蝕效率在87.7%以上。

油套管鋼;聚胺完井液;CO2;腐蝕;緩蝕

聚胺完井液是以聚胺抑制劑PF-HAB為主要成分所研制的呈弱堿性的完井液。具有很好的黏土膨脹抑制性和降低油水界面張力能力,具有防膨能力強、高價離子螯合能力強、油水界面張力低、防腐蝕性能與儲層保護性能好等優點,能適用于酸敏性地層、疏松砂巖儲層和低孔低滲儲層的完井作業。但在油田完井作業中,隨地層深入、鉆遇含CO2的酸性儲層幾率增加,在水介質中CO2能引起鋼鐵材料的嚴重的全面腐蝕和局部腐蝕,往往能造成重大的經濟損失和社會后果[1-3]。室內開展的G105、N80碳鋼、L80不銹鋼在飽和CO2的聚胺完井液中不同溫度的腐蝕試驗,可為油田在完井作業中根據實際情況選取相應的材料及防腐措施提供參考[4-12]。

1 試驗部分

1.1 腐蝕介質

聚胺完井液配方:淡水+1.0%PF-HAB+5%NaCl(加重)+1.0%緩蝕劑(配方中的百分數為質量體積百分濃度)。

1.2 試驗方法

參照我國石油與天然氣行業標準SY/T 5273-2000,采用靜態掛片失重法測定G105鋼、N80鋼、L80鋼在飽和CO2的聚胺完井液中的腐蝕速率,對緩蝕劑CA101和JHS進行評價。將處理后的碳鋼掛片浸入不同腐蝕溶液中,恒溫反應24h,測定掛片的腐蝕率,試驗溫度為50～130℃。

1.3 試驗數據處理

腐蝕速率的計算公式如下:

式中,v為腐蝕速率,mm/a;m1、m2為腐蝕前后的鋼片重量,g;S為試樣的暴露面積,cm2;t為試驗時間,h;ρ為試樣的相對密度,7.85g/cm3。

腐蝕效率計算公式如下:

式中,f為腐蝕效率,%;v0為未加緩蝕劑時的腐蝕速率,mm/a;v1為加緩蝕劑時的腐蝕速率, mm/a。

2 結果與討論

2.1 G105鋼在飽和CO2的聚胺完井液中的緩蝕研究

試驗結果表明(見圖1),在溫度低于90℃時,G105鋼在聚胺完井液體系中的腐蝕呈先增大后減小的趨勢,但幅度較小。此時,CO2腐蝕成膜較困難,暫時形成的FeCO3腐蝕產物膜也會逐漸溶解或脫落。因此,鋼片表面或沒有FeCO3膜或有疏松且附著力低的FeCO3膜,鋼片表面光滑,呈均勻腐蝕。當溫度高于110℃時,鋼片的腐蝕速率迅速增加。在加入緩蝕劑JHS后,腐蝕速率迅速降低,鋼片的腐蝕表面形成一層致密的FeCO3保護膜。在加入緩蝕劑CA101后,腐蝕速率也有明顯降低,但緩蝕劑JHS的緩蝕效果優于緩蝕劑CA101。說明緩蝕劑JHS對該類腐蝕有良好的抑制作用,能將腐蝕控制在較低水平。

2.2 N80鋼在飽和CO2的聚胺完井液中的緩蝕研究

試驗結果表明(見圖2),N80鋼在聚胺完井液體系中的腐蝕規律與G105鋼類似。說明緩蝕劑JHS對該類腐蝕也有良好的抑制作用,也能將腐蝕控制在較低水平。

圖1 緩蝕劑對G105鋼在聚胺完井液體系中緩蝕效果

圖2 緩蝕劑對N80鋼在聚胺完井液體系中緩蝕效果

2.3 L80鋼在飽和CO2的聚胺完井液中的緩蝕研究

未加緩蝕劑時,在110℃附近時腐蝕速率有一個極大值,且腐蝕速率均在0.02mm/a以下;加入緩蝕劑后,L80鋼的腐蝕速率降的更低,且腐蝕速率隨溫度的影響并不大,均在0.005mm/a左右,說明該材料具有良好的抗腐蝕性能,如圖3所示。

從圖4中可以看出,L80鋼在聚胺完井液中幾乎不發生腐蝕,說明該材料具有良好的抗腐蝕性能。在溫度低于90℃,G105、N80鋼腐蝕速率變化不大,當溫度在110℃以上時,當溫度高于110℃時,鋼片的腐蝕速率迅速增加。這3種鋼片在聚胺完井液體系中的腐蝕受CO2的影響與其在隱形酸完井液體系中的腐蝕規律相同。

3 結論

1)在飽和CO2的聚胺完井液中,在溫度低于90℃時,G105和N80鋼在聚胺完井液體系中的腐蝕呈先增大后減小的趨勢,當溫度高于110℃時,鋼片的腐蝕速率迅速增加。L80鋼幾乎不發生腐蝕,該材料具有良好的抗腐蝕性能。

2)加入緩蝕劑后緩蝕速率明顯降低,但緩蝕劑JHS的緩蝕效果優于緩蝕劑CA101。

圖4 G105、N80、L80鋼在聚胺完井液體系中的腐蝕

圖3 緩蝕劑對L80鋼在聚胺完井液體系中緩蝕效果

3)緩蝕劑JHS對CO2腐蝕有良好的抑制作用,在高溫130℃時,仍可控制G105鋼和N80鋼的腐蝕效率在87.7%以上。

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[編輯]辛長靜

TG142

A

16731409(2014)25001903

2014-05-26

非常規油氣田湖北省協同創新中心基金項目(HBUOG-2014-21)。

榮沙沙(1990),女,碩士生,現主要從事電化學腐蝕方面的研究工作。

艾俊哲(1975),男,博士,副教授,現主要從事油氣田應用化學方面的教學與研究工作;E-mil:aajzz@163.com。