對(duì)高溫酸化緩蝕劑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的研究及優(yōu)化建議

張?jiān)浦ィ罾^勇，董 浩，趙俊橋

中國(guó)石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院 （山東 東營(yíng) 257000）

對(duì)高溫酸化緩蝕劑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的研究及優(yōu)化建議

張?jiān)浦ィ罾^勇，董 浩，趙俊橋

中國(guó)石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院 （山東 東營(yíng) 257000）

高溫緩蝕劑高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕速率評(píng)價(jià)方法依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5405—1996《酸化用緩蝕劑試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)》。實(shí)際評(píng)價(jià)工作中，由于加入量不統(tǒng)一、反應(yīng)起始時(shí)間界定模糊、措施體系防腐性能評(píng)價(jià)缺失等情況，造成高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕速率平行試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)誤差大、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用關(guān)聯(lián)度低等問(wèn)題。在原標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用需要及室內(nèi)可操作性，分析加入量、反應(yīng)時(shí)間、試片材質(zhì)等因素的影響并加以優(yōu)化。優(yōu)化后的試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)誤差降低，充分體現(xiàn)高溫酸化緩蝕劑單劑、措施體系的效果趨勢(shì)。

高溫酸化緩蝕劑；高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕速率；標(biāo)準(zhǔn)

酸化（酸壓）作為常用的儲(chǔ)層改造措施之一，在高溫油藏有非常大的應(yīng)用前景[1]。為保護(hù)生產(chǎn)井管柱壽命、延長(zhǎng)作業(yè)周期、保障酸化措施實(shí)施效果等，在實(shí)施的工藝方案中添加高溫酸化緩蝕劑進(jìn)行防腐，應(yīng)用高效的、有針對(duì)性的酸化緩蝕劑是高溫油藏優(yōu)化開(kāi)發(fā)、提質(zhì)保效、從源頭上降低改造油藏成本獲得有效產(chǎn)能的主要目的，是達(dá)到保護(hù)設(shè)備及管柱等施工期間安全、保障酸化措施的實(shí)施效果的關(guān)鍵。因此，客觀準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)高溫酸化緩蝕劑防腐性能極其重要。目前高溫酸化緩蝕劑的主要指標(biāo)為高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕速率，評(píng)價(jià)方法依據(jù)為SY/T 5405—1996《酸化用緩蝕劑試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)》。該標(biāo)準(zhǔn)為適應(yīng)技術(shù)發(fā)展需要，力求先進(jìn)準(zhǔn)確，該標(biāo)準(zhǔn)吸收采納美國(guó)材料協(xié)會(huì)ASTM G系列標(biāo)準(zhǔn)的部分內(nèi)容[2]。由于存在加入量不統(tǒng)一、反應(yīng)起始時(shí)間界定模糊、措施體系防腐性能評(píng)價(jià)缺失等情況，造成平行試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)誤差大、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用關(guān)聯(lián)度低等問(wèn)題。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有評(píng)價(jià)方法的加入量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)介質(zhì)等因素的影響進(jìn)行分析并加以優(yōu)化，達(dá)到試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)誤差降低、充分體現(xiàn)高溫酸化緩蝕劑單劑、措施體系的效果的目的，在源頭上緩解和降低腐蝕引起更換管柱、套損、套變、頻繁作業(yè)及影響生產(chǎn)等直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失，為降本增效提供技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)原理及儀器、材料

1.1 試驗(yàn)原理

在試驗(yàn)要求的溫度、壓力條件下，應(yīng)用高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕設(shè)備根據(jù)失量法獲得試驗(yàn)結(jié)果，按照式（1）計(jì)算高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕速率。

式中：vi為單片腐蝕速率，g/(m2·h)；Δmi為試片腐蝕失量，g；Ai為試片表面積，mm2；Δt為反應(yīng)時(shí)間，h。

1.2 儀器、材料

XS205DU雙量程電子天平、FS-Ⅲ高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕儀、AC-2.0高溫高壓動(dòng)態(tài)反應(yīng)與腐蝕測(cè)試系統(tǒng)、游標(biāo)卡尺、無(wú)水乙醇（分析純）、生料帶、N80試驗(yàn)試片、鐵離子穩(wěn)定劑等。

2 評(píng)價(jià)方法影響因素分析與優(yōu)化

2.1 加入量的影響及優(yōu)化

1）在SY/T 5405—1996中4.5.2高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕速率測(cè)定條件及評(píng)價(jià)指標(biāo)（表1）、加入量是一個(gè)范圍。由此導(dǎo)致不同試驗(yàn)人員在操作時(shí)，存在加入量可能不一致。表2為同一樣品選取加入量下限、中間值、上限對(duì)應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果情況。

從表2可以看出，在規(guī)定的范圍內(nèi)不同加入量均符合要求，同一樣品加入量雖有0.5%、1.0%的差別，但高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕速率結(jié)果差值竟達(dá)60.8 g/（m2·h）之多，最大相對(duì)誤差值達(dá)+55.4%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)中3.6.5對(duì)試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)誤差的要求，且同一樣品由于不同的加入量，出現(xiàn)了合格、不合格的矛盾現(xiàn)象。不同加入量對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果影響非常明顯。

2）對(duì)高溫酸化緩蝕劑現(xiàn)場(chǎng)加入量的調(diào)研和查詢結(jié)果顯示：一部分選用上限的加入量，一部分按照實(shí)際應(yīng)用情況不同程度高出上限要求，極少數(shù)在配有增效劑的情況下加入量低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的上限。為達(dá)到統(tǒng)一評(píng)價(jià)的目的，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用情況明確加入量，特殊要求的可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用需要明示。表3為120℃采用加入量上限時(shí)測(cè)定的高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕速率情況。

在采用明確的、統(tǒng)一的加入量后，從表3可以看出高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕速率評(píng)價(jià)結(jié)果的相對(duì)誤差明顯降低，提高了試驗(yàn)結(jié)果平行性。

2.2 反應(yīng)時(shí)間的影響及優(yōu)化

1）在標(biāo)準(zhǔn)的4.5.3中，試驗(yàn)是在溫度、轉(zhuǎn)速、壓力均達(dá)到實(shí)驗(yàn)條件要求開(kāi)始計(jì)時(shí)，反應(yīng)到預(yù)訂時(shí)間，安全斷電，泄壓、降溫后迅速取出試片。在開(kāi)始計(jì)時(shí)前，雖未達(dá)到試驗(yàn)條件，試片在已有溫度、壓力的介質(zhì)中反應(yīng)。試驗(yàn)結(jié)束前，泄壓可在短時(shí)間內(nèi)完成，在降溫過(guò)程中，試片仍在有一定溫度的介質(zhì)中反應(yīng)。試片在介質(zhì)中反應(yīng)的實(shí)際時(shí)間超過(guò)了要求的4 h,尤其試片在降溫泄壓過(guò)程由于溫度、壓力、組分不同腐蝕是不均勻的[3],獲得結(jié)果按照4 h計(jì)算偏大。

表1 高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕速率測(cè)定條件及評(píng)價(jià)指標(biāo)

表2 不同加入量時(shí)高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕速率結(jié)果情況

表3 加入量上限時(shí)高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕速率結(jié)果情況

2）進(jìn)行酸化（酸壓）儲(chǔ)層改造，措施體系由井口、井筒、地層，溫度變化和腐蝕反應(yīng)同樣是由低到高的過(guò)程。為模擬程度接近，計(jì)時(shí)可考慮在試片接觸到反應(yīng)介質(zhì)時(shí)。當(dāng)殘酸從油套環(huán)空返排時(shí)，同樣溫度由高到低。計(jì)時(shí)結(jié)束后,降溫、泄壓，反應(yīng)時(shí)間可按改造措施實(shí)施的4 h計(jì)算。界定起始時(shí)間后的試驗(yàn)結(jié)果情況見(jiàn)表4。

在試驗(yàn)過(guò)程中明確計(jì)時(shí)的前后節(jié)點(diǎn)外，還要考慮不同儀器設(shè)備的溫度、壓力升降需要的時(shí)間。通過(guò)比較現(xiàn)有兩臺(tái)儀器設(shè)備，溫度、壓力升降需要的時(shí)間差別不明顯，表4的120℃樣品及空白驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)誤差也證明始末節(jié)點(diǎn)一定要明確、統(tǒng)一。

2.3 其他酸液添加劑配伍性的影響及優(yōu)化

為利于返排、防止鐵的二次沉淀等作用，現(xiàn)場(chǎng)改造措施體系中還加有助排劑、鐵離子穩(wěn)定劑、黏土穩(wěn)定劑等其他添加劑[4]。室內(nèi)單獨(dú)評(píng)價(jià)合格的高溫酸化緩蝕劑產(chǎn)品，再與其他添加劑混合后進(jìn)行腐蝕速率評(píng)價(jià)時(shí)，如表5所示出現(xiàn)了不配伍、不合格的情況（添加劑：2.0%黏土穩(wěn)定劑、1.5%助排劑、1.5%鐵穩(wěn)劑），且與改造措施體系整體防腐性能不對(duì)應(yīng)。

表4 界定同始末時(shí)間高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕速率結(jié)果情況

表5 有無(wú)添加劑對(duì)高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕速率結(jié)果影響 /(g·（m2·h）-1)

因此，在室內(nèi)進(jìn)行高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕速率試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)按照現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)際情況，針對(duì)改造措施體系進(jìn)行整體防腐性能評(píng)價(jià)。可以分為常規(guī)類和特殊要求類。當(dāng)無(wú)特殊說(shuō)明時(shí)，應(yīng)滿足常規(guī)改造措施體系的防腐性能要求。具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)可根據(jù)高溫酸化緩蝕劑單劑、措施體系對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)果趨勢(shì)界定。

2.4 油井管材材質(zhì)的影響及優(yōu)化

油管及管柱腐蝕引起更換管柱，同樣套管腐蝕后造成強(qiáng)度降低，會(huì)引起其他類型的套損，也是造成更換管柱的隱患之一。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的油井管材種類很多，除常規(guī)的N80鋼級(jí)外，還有34Mn6、42MnMo7等[5～6]。

為體現(xiàn)不同材質(zhì)的試驗(yàn)結(jié)果差別，以90℃條件下，3種材質(zhì)試驗(yàn)試片的空白試驗(yàn)結(jié)果情況（表6）。試驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)用不同材質(zhì)的試片，得到的腐蝕速率不同，而且差異較大。因此，室內(nèi)評(píng)價(jià)應(yīng)充分考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，在依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)適當(dāng)體現(xiàn)對(duì)套管腐蝕傷害的情況。

表6 不同材質(zhì)空白試驗(yàn)腐蝕速率結(jié)果情況 /(g·（m2·h）-1)

3 建議

1）確保在統(tǒng)一條件下進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，針對(duì)單劑、改造措施體系界定明確的加入量，降低平行結(jié)果相對(duì)誤差，有特殊加入量要求的應(yīng)明示。

2）明確界定反應(yīng)時(shí)間始末節(jié)點(diǎn)，充分考慮儀器設(shè)備的升、降溫差異，確保試驗(yàn)時(shí)間可控。

3）高溫酸化緩蝕劑單劑腐蝕速率結(jié)果不能體現(xiàn)改造措施體系的防腐趨勢(shì)，評(píng)價(jià)改造措施體系整體效果趨勢(shì)可為現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供客觀依據(jù)。

4）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用管材情況增加對(duì)套管材質(zhì)的評(píng)價(jià)，適時(shí)體現(xiàn)對(duì)套管腐蝕傷害的情況。

[1]楊業(yè)飛,趙修太,邱廣敏,等.YSH-05高溫酸化緩蝕劑緩蝕性能研究[J].石油化工腐蝕與防護(hù),2007,24（1）:8-11.

[2]石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).酸化用緩蝕劑性能試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo):SY/T 5405—1996[S].北京:石油工業(yè)出版社,1997.

[3]石志英,田震宇,陳 麗.酸化殘酸腐蝕性研究與防治[J].斷塊油氣田,1999,6（3）52-54.

[4]劉應(yīng)學(xué),解 琪,陳曉媛.酸化解堵增能返排技術(shù)[J].油氣地質(zhì)與采收率,2002,9（3）:85-88.

[5]楊獻(xiàn)平.34Mn6鋼N80鋼級(jí)石油套管熱處理工藝研究[J].鋼管,2004,33（3）:28-31.

[6]謝凱意.42MnMo7鋼N80級(jí)油管的熱處理工藝試驗(yàn)[J].鋼管，2004,33（6）:32-34.

The evaluation of high temperature and high pressure dynamic corrosion rate of high temperature corrosion inhibitor is according to industry standard SY/T 5405—1996"Test Method and Evaluation Index of Corrosion Inhibitor for Acidizing".In the actual evaluation work,the relative error of the parallel test results of high temperature and high pressure dynamic corrosion rate is great,and the field application is of low correlation degree due to the different adding amount,the fuzzy definition of reaction start time and the lack of evaluation of the corrosion resistance of the measure system.On the basis of the original standard,combined with the actual application requirements and the operability in laboratory,the influences of adding amount,reaction time,specimen material and other factors were analyzed and optimized.After the optimization,the relative error of the test results is reduced,which fully reflects the effect trend of the single agent and measure system of the high temperature acidizing inhibitor.

high temperature acidizing corrosion inhibitor;high temperature and high pressure dynamic corrosion rate;standard

張?jiān)浦ィ?971-），女，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事油田化學(xué)劑質(zhì)量檢測(cè)研究及標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作。

尉立崗

2017-11-06