空氣泡沫驅用環(huán)空保護液研制與應用

饒?zhí)炖瑥埼膩恚鯘堄栏?（中石油長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川750006）

蘇高申 （長江大學化學與環(huán)境工程學院，湖北 荊州434023）

空氣泡沫驅是將空氣驅和泡沫驅有機結合起來的具有調剖和驅油雙重作用的一種提高采收率技術［1］。長慶油田第三采油廠在某區(qū)塊進行了低滲透油藏空氣泡沫驅先導試驗。項目實施過程中，發(fā)現(xiàn)試驗區(qū)塊注水井注氣管柱和套管嚴重腐蝕，特別是有部分注管柱有腐蝕穿孔的現(xiàn)象。因此，需研發(fā)具有針對性的高效緩蝕環(huán)空保護液。

1 配方組成設計

針對空氣泡沫驅注水井環(huán)空高溫、高壓、氧氣浸入、細菌超標等現(xiàn)狀，環(huán)空保護液組成擬采用緩蝕劑、殺菌劑、pH 調節(jié)劑和除氧劑復配組成。緩蝕劑選用以氧緩蝕劑為主，二氧化碳緩蝕劑為輔，防止由于高溫環(huán)境下氧氣和二氧化碳浸入而形成的腐蝕；殺菌劑主要作用是殺滅水體中的硫酸鹽還原菌（SRB）、鐵細菌 （FB）和腐生菌 （TGB），防止由于細菌孳生而產(chǎn)生的腐蝕；pH 調節(jié)劑的加入主要考慮氧腐蝕發(fā)生在低pH 條件下，通過調節(jié)保護液的pH 值為9以上，一方面可減緩氧腐蝕化學反應的進程，另一方面可延長緩蝕劑的使用壽命［2］；除氧劑的作用是除去水中微量的溶解氧，可在環(huán)空保護液注入初期消耗一定量的溶解氧，延長環(huán)空保護液的使用壽命。

2 試驗藥品與方法

2．1 藥品

緩蝕劑HCR－1、HCR－2、殺菌劑CD－11（荊州埃科科技有限公司）；除氧劑CHY－1、CHY－2 （湖南株洲金誠科技發(fā)展有限公司）；亞硫酸氫鈉（天津光復試劑有限公司）；pH 調節(jié)劑AMP－95（美國陶氏化學）。

2．2 方法

參考SY／T 5273－2000 《油田采出水用緩蝕劑性能評價方法》，針對空氣泡沫驅環(huán)空溶有氧氣的特點，評價容器采用開口和密閉氧氣加壓 （0．8MPa）2種形式，溫度60±2℃，鋼片采用與套管一致的材料J55鋼，根據(jù)現(xiàn)場配液用水化學成分配制模擬水，配水成分如表1所示，對所有藥劑進行緩蝕性能評價；參考SY／T 5329－1994 《碎屑巖油藏注水水質推薦指標及分析方法》中殺菌劑的評價方法對殺菌劑的殺菌效果進行評價。

3 單因素試驗結果與討論

表1 模擬水配水表

3．1 殺菌劑

由表2殺菌劑CD－11的評價結果表明，殺菌劑CD－11殺菌效果較好，加藥濃度100mg／L 以上時硫酸鹽桿菌SRB、腐生菌TGB均得到有效抑制。

3．2 緩蝕劑

緩蝕劑HCR－1緩釋效果如圖1所示，緩蝕劑HCR－1濃度越高，腐蝕速率越低，緩蝕率越高，但濃度達到1100mg／L時腐蝕速率和緩蝕率也只能分別達到0．2093mm／a和30．86%，遠高于標準要求。緩蝕劑HCR－2緩釋效果如圖2所示，緩蝕劑HCR－2濃度越高，腐蝕速率越低，緩蝕率越高，濃度達到900mg／L時腐蝕速率和緩蝕率分別達到0．00599mm／a和97．996%。因此緩蝕劑HCR－2緩蝕效果遠高于HCR－1。

表2 殺菌劑CD－11評價結果

圖1 緩蝕劑HCR－1緩蝕效果

圖2 緩蝕劑HCR－2濃度對緩蝕效果的影響

3．3 pH 調節(jié)劑

AMP－95不僅可以作為pH 調節(jié)劑，還具有緩釋效果。緩釋評價結果見圖3，隨AMP－95濃度升高，腐蝕速率先升高后降低，并趨于平穩(wěn)。但從試驗現(xiàn)象上看，濃度大于3g／L 后鋼片未見腐蝕，腐蝕速率較高的原因可能是AMP－95緩蝕機理為非成膜機理，在用鹽酸清洗腐蝕產(chǎn)物時鋼片直接與鹽酸反應而損失了一部分質量。AMP－95緩蝕機理有待于進一步研究。

3．4 除氧劑

分別考察除氧劑CHY－1、CHY－2單獨使用時的緩蝕效果。由圖4可知，隨CHY－1濃度升高，緩蝕速率降低；但濃度為300mg／L時，腐蝕速率仍比行業(yè)標準大1．5倍左右，不能單獨作為緩蝕劑使用。由圖5可知，隨CHY－2 濃度升高，腐蝕速率降低，但效果不如CHY－1。考察市面上常用的除氧劑Na2SO3，其濃度對緩蝕效果的影響如圖6所示，除氧劑亞硫酸鈉單獨使用時沒有緩蝕效果，且加量越多腐蝕速率越高。

圖3 AMP－95濃度對緩蝕效果的影響

圖4 除氧劑CHY－1濃度對緩蝕效果的影響

圖5 除氧劑CHY－2濃度對緩蝕效果的影響

圖6 Na2SO3 濃度對緩蝕效果的影響

4 正交試驗

參考單因素緩蝕試驗結果，對配方中主要功能組分進行正交試驗設計L9（34），采用常壓開口腐蝕評價方法進行評價試驗。考察了緩蝕劑、pH 調節(jié)劑、殺菌劑和除氧劑等4組分的配伍性，并根據(jù)正交試驗結果，優(yōu)化4 個因素的加量水平。正交試驗結果如表3。

通過正交試驗結果可知，4個因素對緩蝕效果影響大小的順序是CHR－2、AMP－95、CHY－2、CD－11，四組分之間有協(xié)同緩蝕作用。因此，環(huán)空保護液配方4組分設計是合理可行的，最佳配方如下：CHR－2濃 度 為900mg／L，AMP－95 濃 度為5g／L，CD－11濃度為150mg／L，CHY－2濃度為100mg／L。

表3 正交試驗結果

5 高溫高壓動態(tài)腐蝕試驗

正交試驗的結果是在常壓開口腐蝕評價方法下得到的，為了進一步驗證其實際應用效果，還需要在模擬應用環(huán)境下進行驗證試驗。采用得到的環(huán)空保護液最佳配方，利用高溫高壓動態(tài)腐蝕評價儀，考察該配方的在模擬工況下 （65℃，空氣壓力15MPa）的緩蝕效果。評價結果如表4，高溫高壓動態(tài)腐蝕試驗鋼片如圖7所示。

高溫高壓動態(tài)腐蝕試驗結果表明，殺菌劑、緩蝕劑、除氧劑和pH 調節(jié)劑有協(xié)同緩蝕效果，最佳配方的平均腐蝕速率為0．0514mm／a，緩蝕率達到86．5%，可以達到標準要求。

表4 高溫高壓動態(tài)腐蝕試驗（A空白，B加藥）

6 結論

1）緩蝕劑HCR－2濃度越高，腐蝕速率越低，緩蝕率越高，濃度達到900mg／L時腐蝕速率和緩蝕率分別達到0．00599mm／a和97．996%。2）隨AMP－95濃度升高，腐蝕速率先升高后降低，并趨于平穩(wěn)。

3）除氧劑CHY－1、CHY－2單獨使用時也具有一定的緩蝕效果，亞硫酸鈉單獨使用沒有緩蝕效果，隨加藥濃度增大，腐蝕速率增加。

4）HCR－2、AMP－95、CD－11和CHY－2具有協(xié)同緩蝕作用，4個因素對緩蝕效果影響大小的順序是HCR－2、AMP－95、CHY－2、CD－11。環(huán)空保護液最佳配方為CHR－2濃度為900mg／L，AMP－95濃度為5g／L，CD－11濃度為150mg／L，CHY－2濃度為100mg／L。

5）高溫高壓動態(tài)腐蝕試驗結果表明，在模擬工況條件下，最佳配方平均腐蝕速率為0．0514mm／a，緩蝕率達到86．5%。

圖7 高溫高壓動態(tài)腐蝕試驗鋼片（A空白，B加藥）

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