大慶油田Y注CO2試驗(yàn)區(qū)防腐工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

陳 濤

（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠(chǎng)，黑龍江 大慶 163514）

1 Y注CO2試驗(yàn)區(qū)基本概況

為探索特低滲透致密油層有效動(dòng)用技術(shù)，2002年在Y區(qū)塊開(kāi)展了“1注5采”CO2驅(qū)油先導(dǎo)性試驗(yàn)，2008年，在前期試驗(yàn)取得初步效果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步擴(kuò)大試驗(yàn)規(guī)模。投產(chǎn)14口注入井，25口采油井。目前試驗(yàn)區(qū)共有試驗(yàn)井45口，其中注入井15口，采出井30口。

CO2氣體屬酸性氣體，對(duì)井下油管、套管及井下工具有較強(qiáng)的腐蝕作用。隨著開(kāi)發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)，油井生產(chǎn)過(guò)程中的CO2腐蝕問(wèn)題日益突出。這不僅嚴(yán)重影響到油井的產(chǎn)量，還會(huì)造成各種安全事故，妨礙油井正常生產(chǎn)。

2 CO2防腐工藝研究及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 室內(nèi)試驗(yàn)

（1）分析測(cè)試Y區(qū)塊地層在不同深度位置的壓力、溫度、介質(zhì)成分、pH值和介質(zhì)流速。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及理論計(jì)算，井口壓力12MPa左右，井底壓力最高30MPa；井口至井底溫度5℃～90℃；

（2）室內(nèi)模擬井下條件，對(duì)不同材質(zhì)試件進(jìn)行腐蝕性能測(cè)試：將N80鋼、納米、鍍鎳磷處理、滲氮處理、滲鋁處理、等各種防腐材料進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行腐蝕程度分析[1]；

可以看出，納米、氮化、N80、J55在此溫度條件下，隨著壓力的升高腐蝕速率逐漸升高。N80腐蝕速率最大，鎳磷鍍?cè)诮饘俨牧现?，腐蝕速率相對(duì)比較低。

（3）利用電鏡對(duì)腐蝕產(chǎn)物和腐蝕后材料進(jìn)行晶格、晶形分析。電鏡法對(duì)腐蝕材質(zhì)表面的照片可以看出：不同材質(zhì)的表面凹凸程度不同，可以得到腐蝕速率大小排序?yàn)椋篘80＞J55＞氮化＞鎳磷鍍；

（4）通過(guò)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)材料腐蝕過(guò)程的電化學(xué)（極化曲線(xiàn)）行為進(jìn)行分析描述，提出合理準(zhǔn)確的腐蝕機(jī)理[2]；

N80、J55、氮化試樣的自腐蝕電位和腐蝕電流都比較接近，而鎳磷鍍?cè)嚇拥淖愿g電位發(fā)生了明顯正移，腐蝕電流密度大大減小。表明鎳磷鍍?cè)嚇釉诮橘|(zhì)中耐蝕性好于其它三種試樣。

圖1 溫度80℃不同分壓條件下對(duì)腐蝕速率的影響

圖2 不同材質(zhì)的極化曲線(xiàn)圖

表1 注入井掛件腐蝕速率分析對(duì)比表

綜上，通過(guò)室內(nèi)防腐實(shí)驗(yàn)表明隨著溫度、壓力的升高CO2的腐蝕速率逐漸升高，得到腐蝕速率大小排序?yàn)椋篘80＞J55＞氮化＞滲鋁＞納米＞鎳磷鍍＞聚四氟。

2.2 防腐材料優(yōu)選和井下掛件試驗(yàn)：

（1）注入井掛件材料：N80鋼、J55鋼、鍍鎳磷（40μm、20μm各15件）、納米、氮化、聚四氟、橡膠圈材料為1組。規(guī)格：Φ5短桿×50；數(shù)量15組；下入位置：井口、井筒中部、井底共3處。可以看出，N80、J55腐蝕速率最大；聚四氟腐蝕速率最小，鎳磷鍍?cè)诮饘俨馁|(zhì)中抗腐蝕性能最好；

（2）采出井掛件材料：鍍鎳磷（40μm、20μm各15件）、納米、氮化、滲鋁材料為1組。采油井油管短節(jié)下井1年，4種材質(zhì)短節(jié)隨作業(yè)施工起出后，利用電鏡法對(duì)腐蝕情況進(jìn)行分析：一是氮化材質(zhì)油管表面存在不均勻腐蝕（點(diǎn)腐蝕）；二是滲鋁材質(zhì)油管表面光滑，但局部有起泡現(xiàn)象；三是納米材質(zhì)油管表面大面積出現(xiàn)黑色物質(zhì)脫落現(xiàn)象；四是鎳磷鍍材質(zhì)油管表面較光亮且均勻，沒(méi)有物質(zhì)脫落的現(xiàn)象，說(shuō)明鎳磷鍍材質(zhì)油管的抗腐蝕性最好。

綜上，滲鋁試樣局部有起泡現(xiàn)象、納米試樣出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，因此作為井下材料不可選。鎳磷鍍、氮化、N80、J55試樣均出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，其中鍍鎳腐蝕率相對(duì)比較小，N80腐蝕率最大。

3 防腐工藝現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

通過(guò)前期1注5采先導(dǎo)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)、CO2防腐室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析：優(yōu)選了注采井井下管柱防腐材質(zhì)同時(shí)開(kāi)展了分層注入工藝、帶壓封堵技術(shù)、套管保護(hù)工藝研究并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用：

（1）注入工藝管柱優(yōu)選：一是2003年先期投產(chǎn)的X井及2008年上半年投產(chǎn)8口注入井采用常規(guī)工藝（套管保護(hù)管柱）；油管采用鎳磷鍍材料鍍層厚度為40μm（通過(guò)試驗(yàn)20μm的鍍層難以做到完全覆蓋，達(dá)到40μm時(shí)防腐性較好）；封隔器鋼體及井下工具鍍鉻處理；二是采用耐壓35MPa井口，不銹鋼全防腐井口；三是油套環(huán)空加咪唑啉緩蝕劑防腐。四是2008年底投產(chǎn)的6口井選擇插入式防噴工藝，井口耐壓35 MPa，活動(dòng)部件用防腐材料；

（2）采出工藝管柱優(yōu)選：一是油管、抽油桿采用鎳磷鍍材料（鍍層厚度40μm）；二是整筒泵的泵體和柱塞采用鍍鉻處理（厚度為40μm），凡爾罩總成采用合金鋼制造；三是井口選用250-EE型井口，EE級(jí)井口材質(zhì)在與腐蝕性介質(zhì)接觸的關(guān)鍵部位，如閥芯、隔環(huán)、壓蓋等部位采用抗CO2腐蝕合金鋼材料制造；

圖3 緩蝕劑濃度對(duì)材料腐蝕速率的影響曲線(xiàn)

（3）分層注入工藝研究及試驗(yàn)：CO2分注管柱設(shè)計(jì)本著調(diào)試方便、耐腐蝕、密封可靠的原則，井下工具采用鎳磷鍍層處理，厚度為35μm，耐磨損并具有良好的抗腐蝕效果；管注氣密扣是BGT型氣密扣；橡膠密封件優(yōu)選出氫化丁腈橡膠；配套工具指標(biāo)：耐溫90 ℃ ；耐壓25MPa；

（4）套管保護(hù)措施：針對(duì)注入井套管腐蝕問(wèn)題，采取添加咪唑啉防腐緩蝕劑保護(hù)措施。并通過(guò)前期CO2防腐機(jī)理研究，對(duì)咪唑啉緩蝕劑的使用濃度對(duì)緩蝕性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

可以看出：緩蝕劑在3000mg/L（即濃度為3%時(shí)），其對(duì)氮化、鎳磷鍍、N80鋼、J55鋼的緩蝕效果最好，腐蝕速率均達(dá)到≤0.125mm/a的國(guó)家指標(biāo)要求[3]。

該試驗(yàn)區(qū)套管均采用N80、J55普通碳鋼材質(zhì)，前期防腐工藝研究表明兩種材質(zhì)均存在腐蝕問(wèn)題。隨著水氣交替施工開(kāi)展，注采井套管可能存在腐蝕加重情況，下步需加大套管腐蝕檢測(cè)力度，并定期通過(guò)高壓加藥裝置像油套環(huán)空添加防腐緩蝕劑保護(hù)措施，減緩套管腐蝕速度。

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）通過(guò)室內(nèi)防腐實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)掛件試驗(yàn)表明隨著溫度、壓力升高CO2的腐蝕速率逐漸升高，得到腐蝕速率大小排序?yàn)椋篘80＞J55＞氮化＞滲鋁＞納米＞鎳磷鍍＞聚四氟；

（2）防腐試驗(yàn)表明滲鋁試樣局部有起泡現(xiàn)象、納米試樣出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，因此作為井下材料不可選，鍍鎳材質(zhì)腐蝕速率較小，可作為井下材料；聚四氟腐蝕速率最小可作為防腐配件使用；

（3）注采井管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)見(jiàn)到較好效果，油管、抽油桿優(yōu)選鎳磷鍍材料鍍層厚度40μm，可有效控制腐蝕速度。該試驗(yàn)區(qū)目前采油井含水較低（平均含水3%），但隨著水氣交替注入試驗(yàn)的開(kāi)展，含水上升時(shí)存在腐蝕加重的可能；

（4）Y試驗(yàn)區(qū)套管均采用N80、J55普通碳鋼材質(zhì)，前期防腐工藝研究表明兩種材質(zhì)均存在腐蝕問(wèn)題。需加大檢測(cè)力度，并通過(guò)油套環(huán)空添加防腐緩蝕劑保護(hù)措施，減緩套管腐蝕速度。