勝利油田污水回注井管線腐蝕因素研究

張菅，喬文麗，裴海華，王現杰

(1.海檢檢測有限公司，山東 青島 266235；2.中國石油大學(華東) 石油工程學院，山東 青島 266580)

油田采出水回注是油田水驅開發的重要方式。將采出污水回注到地層中，既減少環境污染，又節約淡水資源，是提高油田經濟效益、保障油田可持續發展的一個重要途徑。然而，隨著大量污水回注，許多回注井的注水管線因腐蝕損壞，造成了嚴重的經濟損失，甚至導致停產。回注污水礦化度高，同時溶解了硫化氫、二氧化碳、氧氣等氣體，會腐蝕金屬設備和管道，導致管線點蝕出現穿孔現象。因此，針對油田水腐蝕、結垢造成的危害，探究其腐蝕因素，對管線防腐及對油田的增收節支具有重要意義[1]。本文主要以腐蝕結垢產物分析為基礎，并以靜態腐蝕速率為指標，研究回注污水腐蝕的影響因素。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

殺菌劑1227、阻垢劑DETPMP、HEDP均由山東泰和水處理公司提供；氫氧化鈉，分析純；N80鋼片(50 mm×13 mm×3 mm)，由山東晟鑫科技有限公司提供；回注污水，勝利油田采出水，其離子組成見表1。水樣中Ca2+、Mg2+含量高，溶解氧為 3.6 mg/L。

表1 采出水離子組成

1.2 實驗方法

1.2.1 失效部位腐蝕結垢產物分析 采用X射線衍射方法(XRD)對現場污水回注井管線腐蝕結垢產物進行組成和性質分析，判斷污水回注井管線產生腐蝕的原因。

1.2.2 失效部位腐蝕形貌分析 采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀測N80鋼片在油田回注水中腐蝕后的表面形態，分析產生腐蝕的原因。

1.2.3 靜態掛片實驗 依據標準SY/T 0026—1999《水腐蝕性測試方法》和SY/T 5273—2000《油田采出水用緩蝕劑性能評價方法》，研究地層溫度下油田污水對N80鋼片的腐蝕情況，實驗介質均采用油田回注管線污水，計算腐蝕速率及緩蝕率，用來評價影響腐蝕的程度。

2 結果與討論

2.1 現場失效部位腐蝕結垢產物分析

從現場截取一段腐蝕失效的注水管線，分別取3個部位及深度的腐蝕結垢產物進行組成和性質分析，結果見表2。

表2 現場腐蝕產物組成分析結果

綜上說明，污水回注井管線產生腐蝕的可能原因是：二氧化碳、硫化氫或硫酸還原菌、溶解氧及高礦化度離子等組成。

2.2 腐蝕形貌分析

通過掃描電鏡SEM對N80鋼片在回注污水中腐蝕后表面現象進行表征，結果見圖1。

圖1 鋼片腐蝕形貌

2.3 腐蝕影響因素分析

由XRD及SEM結果可以看出，引起污水回注管線腐蝕的原因較多，為此，采用常壓靜態腐蝕速率測定方法明確離子成分、溶解氧、細菌、結垢現象等因素對金屬試片腐蝕的影響程度，從而為今后更好地治理注水管線腐蝕問題提供了研究方向。

2.3.1 溶解氧對腐蝕速率的影響 污水中溶解氧的含量是影響采出液腐蝕性的重要因素。回注污水中溶解氧含量為3.6 mg/L(見表1)，高于注水的水質標準(0.5 mg/L)。采用了通氮氣、加入硫脲的方法除氧，對比除氧前后N80鋼片的腐蝕情況，結果見表3。

表3 除氧后腐蝕速率測定

由表3可知，空白水樣溶解氧含量為3.6 mg/L，腐蝕速率很高，為0.262 mm/a；通N20.5 h及加入硫脲后，水樣中溶解氧含量降至0.5 mg/L以下，鋼片緩蝕率降低幅度較明顯，緩蝕率分別為25.6%和22.9%。說明溶解氧的存在對水樣的腐蝕有一定影響。

2.3.2 CO2對腐蝕速率的影響 CO2是油氣田中產生腐蝕的重要原因。向回注污水中通入CO2，考察不同CO2濃度下水樣對鋼片腐蝕速率的影響，結果見圖2。

圖2 鋼片腐蝕形貌

由圖2可知，隨回注污水中CO2濃度的增大，鋼片腐蝕速率增大。CO2溶于水后對鋼鐵發生電化學腐蝕，腐蝕形態可分為全面腐蝕與局部腐蝕，而局部腐蝕可引起點蝕和穿孔等。由2.2節圖1鋼片腐蝕形貌可以看出，鋼片點狀腐蝕較嚴重。

2.3.3 水樣pH值對腐蝕速率的影響 采出污水pH值的大小對注水管線的腐蝕有一定影響。通過加入NaOH將水樣調至不同pH值研究其腐蝕情況，結果見圖3。

圖3 不同pH值下鋼片腐蝕速率

2.3.4 SRB對腐蝕速率的影響 在油田注水系統中，SRB的存在是引起微生物腐蝕的主要因素之一。采用絕跡稀釋法，測定了回注污水中SRB細菌的個數，并通過添加殺菌劑1227消滅細菌，評價殺菌前后水樣對鋼片的腐蝕速率，結果見表4。

表4 殺菌后腐蝕速率測定

由表4可知，水樣中硫酸鹽還原菌為 150個/mL，超過油田注水指標，加入殺菌劑1227后，SRB全部被消滅，腐蝕速率為0.206 mm/a，較殺菌前有所降低，緩蝕率為21.3%。SRB在油田水中大量存在，在鐵表面形成較松軟的腐蝕產物垢層，進而形成局部電池加速腐蝕。

2.3.5 高礦化度離子對腐蝕速率的影響 回注污水中的溶解鹽類對其腐蝕性有顯著的影響，不同的陰離子和陽離子對水的腐蝕程度也不同，Cl-、Ca2+、Mg2+等都會影響水樣腐蝕速率。按照回注污水離子組成配制了模擬地層水，考察不同處理措施后水樣對鋼片的腐蝕情況，結果見表5。

表5 不同處理措施后腐蝕速率測定

由表5可知，模擬水中鋼片腐蝕速率為 0.225 mm/a，說明高礦化度離子組成對腐蝕速率的影響很大；加入阻垢劑后，阻垢劑螯合Ca2+、Mg2+，阻止了鈣鎂垢的形成，腐蝕速率有所降低。溶解鹽中的Cl-滲透能力強，易吸附在鐵的表面，易對已經形成的鈍化膜產生破壞，加劇局部腐蝕，同時鹽中的Ca2+、Mg2+具有很強的結垢傾向，使垢下腐蝕增強。

3 結論

(1)通過對勝利回注污水產生的腐蝕結垢產物及影響因素分析可知，溶解氧、二氧化碳、pH、SRB及高礦化度離子組成是管線腐蝕的主要因素。其中根據失效部位腐蝕結垢產物分析、微觀形貌分析、腐蝕速率的大小情況可以得出，產生腐蝕的主要因素是高礦化度離子、碳酸鈣結垢與溶解氧的協同作用。

(2)根據產生的腐蝕的影響因素，建議進行藥劑優化，可加入除氧劑，通入氮氣，加入硫脲、除垢劑、殺菌劑等進行綜合應用；也可以通過改善注水管線內壁的防腐蝕工藝；同時可以考慮凈化水質，降低水質硬度，結合現場施工，建議對回注水加入除氧劑、防垢劑和殺菌劑等，定期進行水質監測并優化檢測方案，減少結垢和腐蝕的風險。