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(xiàn)杰

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

油田采出水回注是油田水驅(qū)開發(fā)的重要方式。將采出污水回注到地層中，既減少環(huán)境污染，又節(jié)約淡水資源，是提高油田經(jīng)濟(jì)效益、保障油田可持續(xù)發(fā)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(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至導(dǎo)致停產(chǎn)。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(shè)備和管道，導(dǎo)致管線點蝕出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象。因此，針對油田水腐蝕、結(jié)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(jié)支具有重要意義[1]。本文主要以腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物分析為基礎(chǔ)，并以靜態(tài)腐蝕速率為指標(biāo)，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(jié)垢產(chǎn)物分析 采用X射線衍射方法(XRD)對現(xiàn)場污水回注井管線腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物進(jìn)行組成和性質(zhì)分析，判斷污水回注井管線產(chǎn)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(tài)，分析產(chǎn)生腐蝕的原因。

1.2.3 靜態(tài)掛片實驗 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)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(jié)果與討論

2.1 現(xiàn)場失效部位腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物分析

從現(xiàn)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(jié)垢產(chǎn)物進(jìn)行組成和性質(zhì)分析，結(jié)果見表2。

表2 現(xiàn)場腐蝕產(chǎn)物組成分析結(jié)果

綜上說明，污水回注井管線產(chǎn)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(xiàn)象進(jìn)行表征，結(jié)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(jié)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(tài)腐蝕速率測定方法明確離子成分、溶解氧、細(xì)菌、結(jié)垢現(xiàn)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(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(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(jié)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(chǎn)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(jié)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(fā)生電化學(xué)腐蝕，腐蝕形態(tài)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(jié)圖1鋼片腐蝕形貌可以看出，鋼片點狀腐蝕較嚴(yán)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(diào)至不同pH值研究其腐蝕情況，結(jié)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(tǒng)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(xì)菌的個數(shù)，并通過添加殺菌劑1227消滅細(xì)菌，評價殺菌前后水樣對鋼片的腐蝕速率，結(jié)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(biāo)，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(chǎn)物垢層，進(jìn)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(jié)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(qiáng)，易吸附在鐵的表面，易對已經(jīng)形成的鈍化膜產(chǎn)生破壞，加劇局部腐蝕，同時鹽中的Ca2+、Mg2+具有很強(qiáng)的結(jié)垢傾向，使垢下腐蝕增強(qiáng)。

3 結(jié)論

(1)通過對勝利回注污水產(chǎn)生的腐蝕結(jié)垢產(chǎn)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(jù)失效部位腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物分析、微觀形貌分析、腐蝕速率的大小情況可以得出，產(chǎn)生腐蝕的主要因素是高礦化度離子、碳酸鈣結(jié)垢與溶解氧的協(xié)同作用。

(2)根據(jù)產(chǎn)生的腐蝕的影響因素，建議進(jìn)行藥劑優(yōu)化，可加入除氧劑，通入氮氣，加入硫脲、除垢劑、殺菌劑等進(jìn)行綜合應(yīng)用；也可以通過改善注水管線內(nèi)壁的防腐蝕工藝；同時可以考慮凈化水質(zhì)，降低水質(zhì)硬度，結(jié)合現(xiàn)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(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測并優(yōu)化檢測方案，減少結(jié)垢和腐蝕的風(fēng)險。