聚合物驅(qū)注入井金屬管道內(nèi)腐蝕機(jī)理分析與防護(hù)探討

張建軍

（大慶油田第六采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所，黑龍江 大慶 163114）

1 注入井金屬管道內(nèi)腐蝕現(xiàn)狀

聚合物驅(qū)開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為喇嘛甸油田的主要驅(qū)替方式之一，地面系統(tǒng)工藝流程是：首先由配制站使用清水集中配制5000mg/L的聚合物母液輸送至各注入站，根據(jù)單井的配注量通過(guò)清水或者處理后的油田含油污水稀釋1000mg/L左右，然后經(jīng)過(guò)注入泵通過(guò)單井金屬管道輸送至注入井注入油層。隨著稀釋聚合物用含油污水的大量使用，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)注入單井金屬管道腐蝕問(wèn)題日趨嚴(yán)重。統(tǒng)計(jì)2020年喇嘛甸油田共有注入井埋地金屬管道1780.46km，發(fā)生內(nèi)腐蝕失效2838次，失效率1.59次/km.a，嚴(yán)重影響了油田生產(chǎn)運(yùn)行。以管道失效率（≤0.5次/km.a）為界限點(diǎn)，對(duì)注入清配清稀聚合物溶液管道和注入清配污稀聚合物溶液管道失效率超過(guò)0.5次/km.a的年限統(tǒng)計(jì)分析表明：注入清配清稀聚合物溶液?jiǎn)尉艿肋\(yùn)行12年失效率達(dá)到0.5次/km.a，管道失效率增長(zhǎng)趨勢(shì)按年份緩慢增長(zhǎng)，符合管道隨使用年限增加而失效次數(shù)增加的客觀規(guī)律；注入清配污稀聚合物溶液?jiǎn)尉艿肋\(yùn)行3年失效率超過(guò)0.5次/km.a，特別是管道運(yùn)行5～6年后，失效率增長(zhǎng)趨勢(shì)加速，說(shuō)明存在外來(lái)因素影響管道自然腐蝕速率，加速了管道的失效率，并且該影響因素隨時(shí)間而增加[1]。

2 注入井金屬管道內(nèi)腐蝕原因分析

2.1 注入井金屬管道輸送介質(zhì)成分分析

表1 清配污稀使用含油污水離子成分分析

隨機(jī)選取3座提供含油污水的注水站采集水樣進(jìn)行水質(zhì)分析，表明清配污稀使用的含油污水中含有一定量的硫酸鹽還原菌、腐生菌和鐵細(xì)菌，如表2所示。

聚合物溶液也叫做部分水解聚丙烯酰胺，其分子表達(dá)式如圖1所示。聚丙烯酰胺分子鏈上含有C、O，為細(xì)菌提供了營(yíng)養(yǎng)成分。

圖1 聚丙烯酰胺分子表達(dá)式

由于注入介質(zhì)中3種細(xì)菌的存在，細(xì)菌容易在管道內(nèi)涂層漏點(diǎn)處和破損處侵入并著床，形成固著菌，以氧、碳等為營(yíng)養(yǎng)條件，約3年左右的時(shí)間在管壁表面繁殖長(zhǎng)大形成直徑為1cm左右的菌瘤，如圖2所示。菌瘤下部會(huì)加速電化學(xué)腐蝕速度，腐蝕速率

圖4 L3-AS3419注入井腐蝕管段及腐蝕產(chǎn)物微觀形貌圖

從X射線衍射分析上看，腐蝕產(chǎn)物主要包括FeCO3、FeS、Fe3O4、Fe2O3、MgCO3、MgSiO3和CaCO3，與微觀分析結(jié)果吻合，腐蝕類型主要為硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌和腐生菌共同作用下的電化學(xué)腐蝕[3]。

3 注入井金屬管道內(nèi)防護(hù)措施

3.1 技術(shù)措施

目前新建聚合物驅(qū)注入單井管道采取熔結(jié)環(huán)氧粉末噴涂的防腐處理工藝，要按照SY/T 0442-2010《鋼制管道熔結(jié)環(huán)氧粉末內(nèi)防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)新建管道按照批次進(jìn)行抽檢，確保管道內(nèi)涂層質(zhì)量達(dá)標(biāo)[4]。同時(shí)對(duì)環(huán)氧粉末內(nèi)涂層管道管端內(nèi)壁預(yù)先堆焊一定寬度和厚度的耐蝕合金層有效解決焊口熱影響區(qū)域內(nèi)涂層破損容易腐蝕的問(wèn)題。研究應(yīng)用價(jià)格和熔結(jié)環(huán)氧粉末內(nèi)涂層相近，致密性、連續(xù)性，抗氧化性、抗細(xì)菌腐蝕性能更強(qiáng)的改性高分子熱熔涂層是今后的方向。

3.2 管理措施

加強(qiáng)管道完整性管理，建立從規(guī)劃設(shè)計(jì)→物資采購(gòu)→基建施工→竣工檢測(cè)→運(yùn)行檢測(cè)→運(yùn)行維護(hù)→穿孔修復(fù)的管道全過(guò)程質(zhì)量控制體系，對(duì)聚合物驅(qū)注入單井管道進(jìn)行完整性管理，確保埋地管道平穩(wěn)運(yùn)行。優(yōu)化清配污稀使用的含油污水的水質(zhì)處理工藝和殺菌工藝，確保水質(zhì)接近清水水質(zhì)指標(biāo)。同時(shí)要利用脈沖旋流等沖洗技術(shù)定期對(duì)注聚管道進(jìn)行清洗，清除管道內(nèi)壁附著的菌瘤，破壞細(xì)菌繁殖生長(zhǎng)的環(huán)境。

4 結(jié)語(yǔ)

油田開(kāi)發(fā)已經(jīng)從單一的水驅(qū)方式向聚合物驅(qū)等多元開(kāi)發(fā)方式轉(zhuǎn)變，隨著輸送介質(zhì)的復(fù)雜性及腐蝕性，聚合物驅(qū)清配污稀注入單井金屬管道內(nèi)腐蝕失效日趨嚴(yán)重，主要原因是使用的含油污水中含有一定數(shù)量的硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌和腐生菌，使用的聚丙烯酰胺為細(xì)菌提供了營(yíng)養(yǎng)成分，使細(xì)菌附著在金屬管道內(nèi)壁形成共生體系的菌瘤，導(dǎo)致菌瘤下的電化學(xué)腐蝕。腐蝕原因明確后，首先要優(yōu)化含油污水處理工藝，有效控制住輸送介質(zhì)中的細(xì)菌含量。其次要加強(qiáng)使用的熔結(jié)環(huán)氧粉末內(nèi)涂層質(zhì)量檢測(cè)，確保管材防腐涂層合格；另外要定期沖洗管道清除菌瘤的附著。要逐步形成注入井單井管道完整性管理體系，從根本上降低失效率。