緩蝕阻垢劑對(duì)P110套管鋼腐蝕行為影響研究

孫世斌　孫振旭　劉明

摘要： 本文主要采用電化學(xué)工作站，借助三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)法，考慮溫度參數(shù)，研究緩蝕阻垢劑及酸洗液加入三元復(fù)合驅(qū)溶液后的腐蝕行為，分析加入不同種類和不同量時(shí)對(duì)套管P110鋼的腐蝕行為影響，確定影響腐蝕的主次因素。研究結(jié)果表明：在溫度為30℃、不含酸洗液以及緩蝕阻垢劑濃度為175 mg/L時(shí)，該介質(zhì)對(duì)P110鋼的腐蝕性影響最小。溫度是影響套管P110鋼腐蝕的主要因素，其次是殘余酸液濃度，最后為緩蝕阻垢劑。在一定范圍內(nèi)，套管鋼的腐蝕速度隨溫度升高而加快，隨著阻垢劑和殘余酸洗液含量的增加，腐蝕速率增加程度較小。

Abstract： The electrochemical corrosion behavior of P110 casing steel in ASP flooding with different concentration of corrosion-scale inhibitor and pickler was studied by electrochemical workstation. The effects of the temperature， concentration of corrosion-scale inhibitor and pickler on corrosion behavior were investigated. The influenced factor was determined by orthogonal experimental design. The results showed that the corrosion resistance of P110 steel was lowest at the conditions of 30℃， 175 mg/L corrosion-scale inhibitor and no pickler content. The temperature is the main factor that affect the corrosion resistance of P110 steel， the second is pickler， and the orrosion-scale inhibitor is the last. The corrosion resistance decreased with the increasing of temperature. The appears a little increase with the corrosion-scale inhibitor and pickler.

關(guān)鍵詞： ASP；緩蝕阻垢劑；酸洗液；套管

Key words： ASP；scale inhibitor；pickler；casing

中圖分類號(hào)：TG174 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）08-0088-03

0 引言

隨著石油需求量的增加，淺地層中的石油含量逐漸變少，石油開采的難度也隨之加大，于是三元復(fù)合驅(qū)（堿/表面活性劑/聚合物）這種強(qiáng)化采油技術(shù)被國(guó)內(nèi)外采用。我國(guó)的大慶、勝利、克拉瑪依和遼河油田均進(jìn)行過(guò)三元復(fù)合驅(qū)室內(nèi)研究和先導(dǎo)性礦場(chǎng)試驗(yàn)，取得了較好的效果。從試驗(yàn)的規(guī)模、數(shù)量及整體研究水平來(lái)看，國(guó)內(nèi)三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)已走在世界的前列[1-2]。但同時(shí)，由于堿、表面活性劑、聚合物及混合物等介質(zhì)的加入，雖然提高了采收率，但對(duì)套管也產(chǎn)生一定的腐蝕破壞[3-5]。

目前，多數(shù)油田采出液中CO2和HCO-3 構(gòu)成弱酸性緩沖體系。蘊(yùn)藏著腐蝕和結(jié)垢的化學(xué)因子H+和CO，極不穩(wěn)定，具有很強(qiáng)的腐蝕結(jié)垢傾向。為了清除垢質(zhì)通常要加入酸洗液進(jìn)行酸洗。為了抑制腐蝕和結(jié)垢情況的發(fā)生，往往要加入緩蝕阻垢藥劑，借助藥劑的螯合和分散功能，實(shí)現(xiàn)阻垢的效果。但這種酸洗液和緩蝕阻垢劑的加入，使得原本復(fù)雜的三元復(fù)合驅(qū)體系，腐蝕問(wèn)題變得更為復(fù)雜。二者的加入對(duì)于三元體系腐蝕的影響不得而知。國(guó)內(nèi)外眾多研究都側(cè)向于研究酸洗和緩蝕阻垢效果，對(duì)于酸洗液和緩蝕阻垢劑對(duì)于腐蝕的影響甚少。

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)，旨在找出緩蝕阻垢劑及酸洗液對(duì)套管鋼腐蝕的影響規(guī)律，為套管結(jié)垢腐蝕的減緩和防護(hù)提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料選用油井套管P110鋼，該鋼屬于中高級(jí)套管鋼，API SPEC 5CT標(biāo)準(zhǔn)對(duì)P110級(jí)石油套管力學(xué)性能有明確規(guī)定：屈服強(qiáng)度758～965MPa，抗拉強(qiáng)度≥862MPa，沖擊功[尺寸為10 mm×10 mm×55 mm]：橫向≥20J，縱向≥41J，伸長(zhǎng)率≥13%。

1.2 實(shí)驗(yàn)介質(zhì)

三元復(fù)合驅(qū)的采出液主要用劑包括：堿、表面活性劑、聚合物、部分原油以及其他化學(xué)助劑，實(shí)驗(yàn)時(shí)選用油田三元復(fù)合驅(qū)采出液。

緩蝕防垢劑有酸性、堿性兩種，酸性防垢劑以螯合作用為防垢機(jī)理。本文選用酸性藥劑。

酸洗劑為HF與HCl復(fù)配，HF濃度6%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)），HCl濃度8%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）。

1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)儀器采用武漢科思特儀器有限公司生產(chǎn)的CS系列電化學(xué)工作站。測(cè)試時(shí)使用三電極系統(tǒng)，參比電極為甘汞電極，鉑片為輔助電極，工作電極為封裝后的套管P110鋼試片（1cm×1cm×1mm）。為了減小液接電勢(shì)影響，將參比電極和鹽橋相連并插入溶液中，其尖端和工作電極距離保持在1cm左右。

工作電極測(cè)試前需經(jīng)封裝，露出1.0 cm2的工作表面，其余均用環(huán)氧樹脂封裝。實(shí)驗(yàn)前將工作電極經(jīng)砂紙打磨并拋光，使之露出光亮面，然后用蒸餾水沖洗，無(wú)水乙醇擦拭后備用。

電化學(xué)測(cè)試時(shí)，先測(cè)試開路電位，待開路電位穩(wěn)定1h后方可進(jìn)行動(dòng)電位極化曲線測(cè)試。動(dòng)電位極化曲線測(cè)量掃描速率為0.1667 mV/s，掃描電位范圍-0.75～-0.2V。測(cè)試完采用CView軟件對(duì)極化曲線進(jìn)行擬合，計(jì)算腐蝕速率。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

采用正交試驗(yàn)法，通過(guò)正交試驗(yàn)法，可以簡(jiǎn)單、高效、快捷的完成實(shí)驗(yàn)，所得到的結(jié)果具有很強(qiáng)的說(shuō)服力，便于使用者的分析與使用。實(shí)驗(yàn)時(shí)選用L9（34）正交表來(lái)安排試驗(yàn)，表1是實(shí)驗(yàn)所涉及的因素及水平。

根據(jù)L9（34）正交表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)試每組條件下P110鋼的動(dòng)電位極化曲線，見圖1。然后進(jìn)行采用CView軟件進(jìn)行擬合，擬合后得到的鋼的腐蝕速率，單位為mm/a。

2 結(jié)果與討論

根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)分析方法，采用直觀分析法和方差分析法，對(duì)此結(jié)果進(jìn)行分析，確定腐蝕主次因素。經(jīng)過(guò)擬合，結(jié)果見表2。

2.1 確定同一因素的不同水平對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響

從表2中的最下面一欄極差Ri的分析中，我們可以看出因素A取A1比取A3和A2的腐蝕速率都低；因素B取B2比取B1和B3的腐蝕速率低。同樣，因素C取C1比取C2和C3的腐蝕速率都低。因此，在考慮因素單獨(dú)作用的條件下，A1B2C1的組合是使P110鋼腐蝕速度最慢的。

2.3 確定主次因素

確定各因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)綜合影響的次序，即確定各因素對(duì)腐蝕速率的影響順序。具體來(lái)說(shuō)就是對(duì)各個(gè)水平之間極差值大小進(jìn)行比較。依照表2的分析結(jié)果，A因素各水平的極差最大為0.2557，B因素各水平的極差為0.0237，C因素各水平的極差為0.207。所以，按因素對(duì)腐蝕速率影響的綜合比較分析，得出R1>R3>R2。因此可以確定，溫度是影響P110鋼腐蝕的主要因素，其次是殘余酸液濃度，最后為緩蝕阻垢劑。

圖2是各因素與指標(biāo)的關(guān)系圖，橫坐標(biāo)用各因素的不同水平表示。

從圖2可以看出，各因素對(duì)P110鋼腐蝕速率的影響，縱坐標(biāo)（腐蝕速率）A1最小，B2次之，最大者為C2。由此得出使P110鋼腐蝕速率最慢的組合使A1B2C1，與前面的分析結(jié)果一致。

3 結(jié)論

①在溫度為30℃、不含酸洗液以及緩蝕阻垢劑濃度為175 mg/L時(shí)，該介質(zhì)對(duì)P110鋼的腐蝕性影響最小。

②溫度是影響套管鋼腐蝕的主要因素，套管鋼的腐蝕速度隨溫度升高而加快，其次是殘余酸液濃度，最后為緩蝕阻垢劑，隨著阻垢劑和殘余酸洗液含量的增加，腐蝕速率增加程度較小。

③建議在對(duì)三元復(fù)合驅(qū)加緩蝕阻垢劑及酸洗液的體系防腐時(shí)，首先控制體系溫度參數(shù)，在溫度不能改變的前提下，盡量降低酸洗液的加入量，最后再著力降低緩蝕阻垢劑的用量至接近175mg/L。這樣就能有效抑制P110套管鋼的腐蝕，進(jìn)而為套管結(jié)垢腐蝕的減緩和防護(hù)提供了參考。

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