延長油田C油區油井腐蝕產物分析研究

徐江峰，趙升，郝健，黎力，王成艷

（延長油田股份公司， 陜西 延安 716000）

延長油田C 油區，面積10.37 km2，其構造位置屬于鄂爾多斯盆地陜北斜坡中部，主要含油層系為侏羅系延安組和三疊系延長組。目前研究區共有生產井 77 口、注水井 12 口，石油地質儲量為1 166.29×104t，主要開采層位為延9、長2。

近年來，該區塊持續推進注水開發穩產和精細注水，月注采比逐步增加，產量趨于穩定。綜合含水率在70%～75%之間。

在油田注水開發的大背景下，油田含水率的增長成為具有普遍性，代表性的問題的引發因素。以草垛灣項目區為例，從2019年5月開始，綜合含水率穩步回升。

研究發現，當含水率大于75%時，產出液換相，由油包水型轉換為水包油型，桿、管表面失去原油的保護作用，摩擦的潤滑劑由原油變為產出水，失去原油的潤滑劑作用，產出水直接接觸抽油桿和油管，腐蝕速度增大，抽油桿和油管內壁磨損速度加快，磨損嚴重。

檢泵周期2～3 個月，部分油井修井發生頻繁。主要原因：井筒內采出發生腐蝕、結垢。草垛灣的區塊的總生產油井77 口，目前開井27 口，開井率35%。有注水井18 口，開井17 口。發生腐蝕、結垢比較嚴重的油井數量約20 口。

1 材料及方法

1.1 主要儀器及試劑

主要試劑：石油醚，鹽酸，EDTA 溶液，總鐵測試試劑，氫氧化鈉溶液，氨水緩沖液，鉻黑T 指示劑，鈣指示劑，硫酸鹽還原菌（SRB）培養瓶，鐵細菌（IOB）培養瓶，腐生菌（TGB）培養瓶，測試管。

主要設備：電子天平，梅特勒-托利多，型號ME204；高溫電子爐，日本panasonic 公司，型號MOV-212-PC：超聲波清洗器，昆山市超聲儀器廠，型號KQ3200E；紫外分光光度計，哈希DR6000；電熱恒溫箱，上海博訊，型號BP272；高溫滅菌箱，日本ALP，型號CL-32L；多參數水質現場測試儀，鄭州沃特，ZZW-II 型; EDS 能譜儀。

1.2 腐蝕及結垢產物取樣標準

現場取樣工作對樣品實驗室檢測結果具有較大的影響。為保證實驗結果的準確性，對現場腐蝕及結垢產物取樣依據《SY/T 0546—2016 腐蝕產物的采集與鑒定技術規范》進行。

1.3 實驗方法

腐蝕及結垢產物采集[1]：利用非金屬鏟及非金屬鑷子對修井時取出的油管及油桿現場腐蝕垢樣進行刮取，將產物迅速放置至已備好的充滿氮氣的容器中；另取一部分垢樣，將腐蝕產物沿金屬基體取下立刻放入裝滿200 mL 生理鹽水（氯化鈉含量0.9%）的溶液中，立即密封保存，24 h 之內帶回實驗室檢測。所有取樣器具均在高溫滅菌箱中經過121 ℃滅菌20 min。

水分含量測定：將垢樣粉碎并研磨，用燒杯稱取一定量垢樣，置于恒溫箱中105 ℃干燥2 h，置于干燥器中冷卻30 min稱量質量差，計算水分含量。

有機物含量測定：對烘干后的垢樣進行研磨，過篩，稱取過篩后的質量，用石油醚浸泡2 h，必要時使用超聲加速溶解，多次浸泡至恒重，恒溫105 ℃干燥2 h，冷卻稱重，計算垢樣減重，計算有機物含量。

酸不溶物質量：取上述垢樣，加入過量鹽酸20 mL 溶解，稱量經烘干后濾紙質量，將濾紙折疊，過濾入量筒，烘干濾紙，稱量，計算濾紙增重，記錄量筒中濾液體積。

測定鐵的含量：取10 mL 的濾液，用50 m 去離子水稀釋，加入鐵試劑，同時做空白，測定并且計算濾液含鐵量。

鈣鎂的測定：取1 mL 濾液，加入50 mL 去離子水稀釋，分別添加氨水緩沖液、鉻黑T 和氫氧化鈉溶液、鈣指示劑，對溶液的鈣鎂含量進行測定，并且換算成對應的碳酸鈣、碳酸鎂質量。

細菌的測定：將取回的含菌待測樣用超聲處理10 min。利用絕跡稀釋法，取1 mL 含菌液注入1 號細菌瓶，震蕩搖晃混合均勻，再取1 mL 注入2 號樣，逐級注入至五號瓶。每個水樣做腐生菌，鐵細菌和硫酸鹽還原菌三個細菌種類，按二組重復法進行操作。將上述注射過的細菌瓶送入恒溫培養箱，設定30 ℃進行培養，根據陽性反應的瓶數，對照菌量計數表，讀取細菌數量。

X 射線能譜測量：取上述經油分含量測定過的樣品（樣品量大于1 g），冷風干燥，用瑪瑙研缽進行研磨，用x 射線衍射儀進行測定。

總鐵含量、氧含量、硫化物現場測定：取油井采出水，將對應測試管浸入待測水樣中折斷，待測液充滿測試管，依據不同檢測參數等待不同時間，按鍵讀取測量結果記錄。

2 實驗結果及分析

實驗過程中采集了六口井的垢樣及腐蝕產物，見圖1，對其結果進行了分析。

圖1 SRB 和 IOB 混合體系的腐蝕機理圖[4]

分析結論如表1。

表1 腐蝕產物和結垢產物測定結果

由表1 可以看出，各口井垢樣取回測定的結果中，均含有少量水分和少量有機物；以氧化鐵計算的鐵質量分數范圍值為9.7%～24.6%，說明油井井筒內部發生了不同程度的腐蝕；且各油井均有結垢的現象，其中結垢量最高達63.8%；各油井鈣鎂離子含量與鐵含量的情況各不相同，說明腐蝕和結垢的程度均不一樣，需針對油井具體情況進行防腐和防垢研究。在腐蝕產物中，普遍能檢測到細菌的存在，其中腐生菌（TGB）含量從9～1 300 個·mL-1，說明其能廣泛適應油井環境，為在油井中存在的優勢菌群，在考慮腐蝕影響因素時應將其納入考慮。

對這六口井進行采出水現場參數測定，結果如表2。

表2 現場參數測定結果表

通過分析表2 數據，在溶液中部分能檢測中較高的溶解氧含量，部分原因來自修井等導致的氧氣侵入油井。

YJ419-6 井在氧質量濃度為6 mg·L-1的情況下，TGB 含量達1 300 個·mL-1，而SRB 和IOB 均有500個·mL-1。在混合微生物體系中[2]，協同作用會抑制或促進金屬材料腐蝕。這里的協同作用指的是兩種微生物之間在各自正常的生命活動下，對金屬材料腐蝕的抑制或促進會產生相同的影響。微生物的協同作用在自然界是一種普遍的現象，很多研究證實，協同作用促進了生物膜的形成和生物膜量的增加。許萍等認為[3]，研究較多的 SRB 和 IOB 的混合體系就是通過對氧需求的不同，促進了對金屬的腐蝕。

高含氧促進了好氧菌優勢菌群的生長，而SRB在傳統認識中一直認定為厭氧菌，但有研究表明，在好氧菌大量繁衍形成胞外聚合物（EPS）的情況下，EPS 與金屬基底之間由于細菌繁衍消耗了氧氣，會形成局部低氧空間，有利于硫酸鹽還原菌的生長，如圖1 所示。

除此之外，有氧環境可能導致嚴重的金屬腐蝕。而高硫化物、硫化物與二氧化碳共存條件下的腐蝕亦有多有研究。

對三口典型井的eds 分析結果見表3。從表3可知，選取的三口井在腐蝕產物樣中硫化物含量有較大區別，可得知YJ435-3 和YJ409 存在硫化氫腐蝕；溶解二氧化碳存在導致了能譜中存在較高的碳元素，可得知YJ409 存在二氧化碳腐蝕和硫化物腐蝕。YJ419-6 存在較高的氧元素含量，與溶液中溶解氧含量對應，可得知高溶解氧促進了YJ419-6 的腐蝕。

表3 EDS 分析結果表 w/%

3 結論

C 油區腐蝕產物取樣的化學容量法及eds 分析結果認為存在硫化氫腐蝕、二氧化碳腐蝕和氧腐蝕類型；YJ419-6 可能存在細菌協同腐蝕作用；需從上述幾個腐蝕類型設計實驗，驗證防腐防垢效果。