注清水井腐蝕結(jié)垢機(jī)理及對(duì)策研究

項(xiàng)明杰，李毓楓，彭向明

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠(chǎng)，內(nèi)蒙古烏審旗 017300；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第四采油廠(chǎng)，陜西靖邊 718500；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西西安 710018）

為了解掌握注水系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢原因，對(duì)不同位置的腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物進(jìn)行組成分析。分析得出，腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物以腐蝕產(chǎn)物（FeCO3、Fe2O3、FeO、FeS）和有機(jī)物為主，以碳酸鹽垢等水垢（CaCO3、MgCO3、CaSO4）為輔（只有個(gè)別樣品中有少量Ca2+、Mg2+存在）；腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物中有機(jī)物含量（可能為細(xì)菌排泄物和細(xì)菌尸體）在14 %～25 %、泥沙在10 %～53 %。說(shuō)明大路溝二區(qū)清水系統(tǒng)主要以腐蝕為主、結(jié)垢很少；細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖和溶解氧可能是造成腐蝕的主要原因之一。

1 清水組成性質(zhì)分析

各水源井清水為弱堿性、其礦化度較低（在450～1 200 mg/L），水質(zhì)和水型有一定差別，水中HCO3-、SO42-、Ca2+、Mg2+等成垢離子變化較大，部分水樣中懸浮固體含量較高（懸浮固體含量最高11.50 mg/L）。

清水系統(tǒng)TGB 含量較低，能滿(mǎn)足指標(biāo)要求；SRB在部分點(diǎn)超標(biāo)但超標(biāo)幅度不大；FB 細(xì)菌含量較高、沿程呈增大趨勢(shì)，說(shuō)明清水系統(tǒng)適宜于FB 細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖；高FB 細(xì)菌含量可能是造成清水系統(tǒng)腐蝕的主要原因之一。

表1 大路溝二區(qū)水源井水質(zhì)組成分析結(jié)果

表2 大路溝二區(qū)水源井水質(zhì)組成分析結(jié)果

表3 國(guó)標(biāo)級(jí)J55 鋼的化學(xué)成分與現(xiàn)場(chǎng)材質(zhì)組成實(shí)測(cè)值對(duì)比

2 現(xiàn)場(chǎng)J55 管材結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成分析

從現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)取回的J55 管材金相組織符合J55 鋼材標(biāo)準(zhǔn)，其化學(xué)組成完全符合國(guó)標(biāo)中各組分的指標(biāo)要求，未見(jiàn)異常。

2.1 大路溝二區(qū)清水腐蝕性評(píng)價(jià)

羅一注清水對(duì)現(xiàn)場(chǎng)J55 管材制備的掛片同樣具有一定腐蝕性，其腐蝕速率與標(biāo)準(zhǔn)J55 鋼材的腐蝕速率相近，腐蝕產(chǎn)物主要以氧、鐵元素為主，說(shuō)明導(dǎo)致腐蝕的主要原因是溶解氧。

高溫高壓反應(yīng)釜腐蝕監(jiān)測(cè)結(jié)果與搖床腐蝕監(jiān)測(cè)結(jié)果一致，說(shuō)明羅一注原水罐清水對(duì)標(biāo)準(zhǔn)J55 鋼材掛片和現(xiàn)場(chǎng)J55 管材制備的掛片具有同樣的腐蝕性，其腐蝕速率基本相同，腐蝕產(chǎn)物主要以氧、鐵元素為主，溶解氧是導(dǎo)致腐蝕的主要原因之一。

2.2 結(jié)垢原因及影響因素分析

（1）侵蝕性二氧化碳含量的測(cè)定（見(jiàn)表4）。

表4 大路溝二區(qū)清水中侵蝕性二氧化碳分析

（2）溶解氧對(duì)腐蝕的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在密閉隔氧比暴氧條件下腐蝕速率低很多（見(jiàn)圖1，圖2）

圖1 隔氧和暴氧條件腐蝕速率對(duì)比

圖2 不同溫度腐蝕速率對(duì)比

在相同含量氧（0.1 mg/L）條件下，隨著溫度升高，采出水的腐蝕速率明顯增強(qiáng)，在同一溫度下，隨著溶解氧含量的逐漸增加，采出水的腐蝕速率逐漸增強(qiáng)。

（1）大路溝二區(qū)清水中幾乎不含侵蝕性二氧化碳，不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳腐蝕，產(chǎn)生腐蝕的主要原因是溶解氧腐蝕。

（2）隨著水中溶解氧增加，腐蝕速率大幅度增加，說(shuō)明溶解氧是導(dǎo)致大路溝二區(qū)清水系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕的主要因素之一。

（3）隨著除氧劑加量增加、水中溶解氧含量逐漸降低，腐蝕速率快速降低，進(jìn)一步抑制了點(diǎn)蝕的發(fā)生。通過(guò)有效隔氧或除氧（如加除氧劑等）處理，可以有效降低清水系統(tǒng)的腐蝕性。

2.3 結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)

按SY/T0600-2009《油田水結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法》和SY/T5329-94《硫酸鋇結(jié)垢預(yù)測(cè)方法》等，對(duì)大路溝二區(qū)注入水和地層水結(jié)垢情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。大路溝二區(qū)清水系統(tǒng)結(jié)垢預(yù)測(cè)：

（1）常溫（30 ℃）下，大路溝二區(qū)清水系統(tǒng)無(wú)結(jié)垢趨勢(shì)存在，但隨著溫度升高，碳酸鈣的結(jié)垢趨勢(shì)逐漸增加，大路溝二區(qū)清水系統(tǒng)無(wú)硫酸鈣和硫酸鍶（鋇）結(jié)垢趨勢(shì)存在。

（2）四個(gè)注水站清水與采出水混合后，都有不同程度的CaCO3、CaSO4和BaSO4結(jié)垢趨勢(shì)存在，溫度升高結(jié)垢趨勢(shì)增加；采出水與清水以1：9 混合時(shí)碳酸鈣結(jié)垢趨勢(shì)最大；表明注入水與地層水配伍性較差。

3 腐蝕結(jié)垢的防治對(duì)策研究

通過(guò)水質(zhì)分析、腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物分析及各區(qū)塊的腐蝕、結(jié)垢監(jiān)測(cè)，說(shuō)明大路溝二區(qū)清水系統(tǒng)結(jié)垢以腐蝕產(chǎn)物為主、結(jié)垢產(chǎn)物其次，溶解氧是造成腐蝕的主要原因；現(xiàn)場(chǎng)處理時(shí)應(yīng)以除氧、緩釋為主、阻垢為輔。

3.1 除氧處理對(duì)腐蝕的影響

隨著除氧劑加量增加、溶解氧含量逐漸降低，清水腐蝕速率快速降低，進(jìn)一步驗(yàn)證了溶解氧是造成大路溝二區(qū)清水系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕的主要原因，但通過(guò)有效隔氧或除氧（如加除氧劑等）處理，可以有效的降低清水系統(tǒng)的腐蝕性。

圖3 除氧劑加量和腐蝕速率關(guān)系圖

3.2 緩蝕劑的篩選評(píng)價(jià)

通過(guò)投加緩蝕劑可以大幅度降低大路溝二區(qū)清水系統(tǒng)的腐蝕速率，降低溶解氧對(duì)腐蝕的影響；評(píng)價(jià)的三種緩蝕劑均能起到緩蝕作用，其中3#緩蝕劑的緩蝕性能明顯優(yōu)于其他兩種緩蝕劑。

3.3 阻垢劑的篩選評(píng)價(jià)

對(duì)碳酸鈣垢阻垢效果較好的阻垢劑為ZG-01 和ZG-03 阻垢劑。

4 結(jié)論

（1）各水源井清水均呈弱堿性、水中含鹽量較低，但不同水源井的水質(zhì)和水型差別較大，水中溶解氧含量較高，部分水中懸浮物含量較高。

（2）系統(tǒng)中TGB 含量較低，能滿(mǎn)足油田注水指標(biāo)要求；SRB 細(xì)菌含量在部分點(diǎn)超標(biāo)；FB 細(xì)菌含量較高、且沿程呈增大趨勢(shì)；高FB 細(xì)菌含量可能是造成清水系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢的原因之一。

（3）腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物以腐蝕產(chǎn)物為主、結(jié)垢產(chǎn)物較少；其中含有大量有機(jī)物（可能為細(xì)菌排泄物和細(xì)菌尸體）和泥沙；說(shuō)明大路溝二區(qū)清水系統(tǒng)以腐蝕為主，結(jié)垢為輔。

（4）現(xiàn)場(chǎng)J55 管材金相組織和化學(xué)組成符合J55鋼材標(biāo)準(zhǔn)，未見(jiàn)異常，其腐蝕性能與標(biāo)準(zhǔn)J55 鋼材相同，說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)J55 管材符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（5）常溫下清水無(wú)結(jié)垢趨勢(shì)存在，隨溫度升高，碳酸鈣結(jié)垢趨勢(shì)增加；清水中無(wú)硫酸鈣和硫酸鍶（鋇）結(jié)垢趨勢(shì)存在。采出水中有碳酸鈣、硫酸鈣和硫酸鋇（鍶）結(jié)垢趨勢(shì)存在，溫度升高，結(jié)垢趨勢(shì)增加。

（6）清水與地層水混合后，有不同程度的碳酸鈣、硫酸鈣和硫酸鋇結(jié)垢趨勢(shì)存在，隨溫度升高結(jié)垢趨勢(shì)增加；表明大路溝二區(qū)注入水與地層水配伍性較差，在注水過(guò)程中應(yīng)考慮進(jìn)行防垢處理。

（7）大路溝二區(qū)清水中幾乎不含侵蝕性二氧化碳，不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳腐蝕；但隨著水中溶解氧含量增加、腐蝕速率大幅度增加，掛片表面的腐蝕產(chǎn)物主要以氧、鐵元素為主，其他元素含量相對(duì)較少；說(shuō)明溶解氧是導(dǎo)致清水系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕的主要原因。

（8）隨著除氧劑加量增加、水中溶解氧含量逐漸降低，腐蝕速率快速降低、點(diǎn)蝕也得到了有效抑制；即通過(guò)有效隔氧或除氧（如加除氧劑等）處理，可以大幅度降低清水系統(tǒng)的腐蝕性。

（9）投加緩蝕劑可以大幅度降低腐蝕速率、減小溶解氧對(duì)腐蝕的影響；DNS 緩蝕劑具有很好的水溶性、成膜性和防腐效果，ZG-01 和ZG-03 阻垢劑對(duì)碳酸鈣垢有很好的阻垢效果。

［1］ 溫淑新，楊建平，孫海杰，等.前大油田腐蝕結(jié)垢的原因及對(duì)策［J］.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2002，14（5）:299-301.

［2］ 康振媛，張紅，金淑祥.油田地面建設(shè)工程，華北油田開(kāi)發(fā)實(shí)踐與認(rèn)識(shí)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2003：12-23.

［3］ 紀(jì)永波，王春嚴(yán)，張紅.高含硫稠油油田地面建設(shè)工程［J］.華北石油設(shè)計(jì)，1998，（3）:19-21.

［4］ 胡鵬飛，文九巴，李全安.國(guó)內(nèi)外油氣管道腐蝕及防護(hù)技術(shù)研究現(xiàn)狀及進(jìn)展［J］河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，（2）:102-105.

［5］ 魏寶明主編.金屬腐蝕理論及應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001:11-13.

［6］ 盧琦敏，等.石油工業(yè)中的腐蝕與防護(hù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001:20-23.

［7］ 張建軍，王德喜，李福軍，陳月勛，李曉川.油水井套管的腐蝕及防護(hù)理論、實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用-陽(yáng)極防腐套管應(yīng)用準(zhǔn)則［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，（4）:5-9.

［8］ 周波，崔潤(rùn)炯.淺談CO2對(duì)油井管的腐蝕及抗蝕套管的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀［J］.鋼管，2003，32（1）:21-24.

［9］ 李春富.油氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中的二氧化碳腐蝕機(jī)理及防護(hù)技術(shù)研究［D］.西南石油學(xué)院博士學(xué)位論文，2005.

［10］ 馮啟言，李向東，韓寶平.油田電潛泵結(jié)垢的微觀(guān)形態(tài)與形成機(jī)理［J］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，（1）:9-13.

［11］ 劉麗佳. 油田回注水金屬管道防腐方法及其裝置的研制［D］.武漢:華中科技大學(xué)，2005.

［12］ 王艷飛，鄭經(jīng)堂，吳明鉑.活性碳纖維處理油田回注水的可能性［J］.工業(yè)水處理，2007，27（11）:8-10.

［13］ 何瀟. 油田回注水系統(tǒng)中的防腐阻垢技術(shù)研究［D］.南京:南京理工大學(xué)，2009

［14］ 張淑俠.馬賽油田采油污水回注處理技術(shù)研究［D］.西安:西安石油大學(xué)，2008

［15］ 何瀟.油田回注水系統(tǒng)中的防腐阻垢技術(shù)研究［D］. 南京:南京理工大學(xué)，2009.

［16］ 龔敏.金屬腐蝕理論及腐蝕控制［M］.北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［17］ 張吉明.油水井筒腐蝕結(jié)垢及防垢除垢工藝研究［D］. 天津:天津工業(yè)大學(xué)，2007.