姬塬合水油田注水系統(tǒng)腐蝕原因分析對(duì)策研究

胡志杰，楊 娟，王小琳，李 歡，李姝蔓

（1.中國石油長慶油田公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710018；3.長慶化工集團(tuán)有限公司，陜西西安 710018）

在油田注水開發(fā)過程中，注水系統(tǒng)腐蝕問題已經(jīng)直接影響到油氣田開發(fā)正常運(yùn)行和安全生產(chǎn)，隨著原油開發(fā)進(jìn)入中后期高含水率階段，注水系統(tǒng)的腐蝕情況日趨嚴(yán)重，不僅給油田造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的事故和環(huán)境污染。油田采出水因油藏不同而具有多樣性，其礦化度及離子組成、含油量及含油性質(zhì)、細(xì)菌組成及活性等存在較大差異，而腐蝕由化學(xué)因素引起的化學(xué)腐蝕和生物因素引起的生物腐蝕在實(shí)際情況下難以區(qū)分，為了提高防腐效果，首先要了解腐蝕的主要因素，只有尋找到不同區(qū)塊腐蝕嚴(yán)重的原因和規(guī)律[1-3]，才能有的放矢采取相應(yīng)的措施，從根本上解決腐蝕問題。

1 姬塬合水油田注水系統(tǒng)腐蝕特點(diǎn)

由于腐蝕嚴(yán)重，頻頻出現(xiàn)管線刺漏、破損等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了油田正常的開采工作。油田公司組織生產(chǎn)系統(tǒng)腐蝕現(xiàn)狀調(diào)研。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)長慶主力油田采出水管道腐蝕破漏比例高于清水管道（表1）。采出水管線更換占腐蝕治理工作量的70%。

表1 姬塬合水油田注水系統(tǒng)腐蝕破漏情況統(tǒng)計(jì)表

注水管線內(nèi)壁腐蝕嚴(yán)重，覆蓋很厚的腐蝕產(chǎn)物膜，腐蝕產(chǎn)物下面有大量腐蝕坑和腐蝕溝槽，腐蝕產(chǎn)物膜與管體結(jié)合不強(qiáng)，很容易剝落。外表面存在較為嚴(yán)重的局部腐蝕，既有聚集型小腐蝕坑，也有尺寸較大的單個(gè)腐蝕坑。油田管道穿孔部位以內(nèi)腐蝕穿孔為主，主要發(fā)生在管體中下部，部分管道發(fā)生在焊縫或焊縫附近。

1.1 腐蝕產(chǎn)物測(cè)定

要確定注水系統(tǒng)的腐蝕影響因素就需對(duì)系統(tǒng)管壁附著物或者腐蝕成垢產(chǎn)物進(jìn)行組分分析。實(shí)驗(yàn)人員通過對(duì)管線腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析。分析結(jié)果為FeOOH（Fe2O3·H2O）晶體，腐蝕產(chǎn)物能譜檢測(cè)有氧化鐵、硫化物、含硅化合物（表2）。

表2 注水管線腐蝕產(chǎn)物能譜分析結(jié)果

2 姬塬合水油田注水系統(tǒng)腐蝕規(guī)律分析

注水系統(tǒng)腐蝕因素復(fù)雜多樣，一般分為內(nèi)腐蝕和外腐蝕，而內(nèi)外因素又可分為物理因素、化學(xué)因素和生物因素等。多種因素之間互相影響，加速腐蝕，腐蝕產(chǎn)物也是有多種因素互相影響形成的結(jié)果。

注水系統(tǒng)是個(gè)完整體系，從水源井經(jīng)過處理到注水井整個(gè)流程過程中pH 值、懸浮物含量、細(xì)菌、溶解氧、溶解鹽、硫化氫、二氧化碳等都會(huì)發(fā)生變化，尤其是采出水回注系統(tǒng)，采出水經(jīng)過處理流體性質(zhì)發(fā)生變化，更容易引起腐蝕，整個(gè)系統(tǒng)腐蝕程度都是這些腐蝕因素共同作用的結(jié)果。研究人員分別對(duì)姬塬合水油田的原水、清水系統(tǒng)和污水系統(tǒng)腐蝕性沿流程進(jìn)行監(jiān)測(cè)[4-7]。

2.1 姬塬合水油田原水腐蝕性分析

研究結(jié)果顯示（表3）：合水油田采出水中溶解氧含量、細(xì)菌含量高是導(dǎo)致注入水腐蝕性高的主要原因；姬塬油田清水中，細(xì)菌含量高是導(dǎo)致注入水腐蝕性高的主要原因。

表3 姬塬合水油田原水腐蝕綜合數(shù)據(jù)表

2.2 姬塬合水油田清水系統(tǒng)沿流程腐蝕性分析

對(duì)油田腐蝕嚴(yán)重的站點(diǎn)的清水系統(tǒng)沿流程進(jìn)行懸浮物含量、細(xì)菌、溶解氧以及pH 值等水質(zhì)監(jiān)測(cè)，并對(duì)流程各個(gè)節(jié)點(diǎn)腐蝕速率和點(diǎn)蝕進(jìn)行檢測(cè)。

清水系統(tǒng)沿流程水質(zhì)監(jiān)測(cè)可得（表4、圖1）：懸浮物、溶解氧和細(xì)菌含量都很高，腐蝕性分析可以看出，姬塬油田腐蝕率普遍較合水油田高，沿流程腐蝕性波動(dòng)明顯，點(diǎn)腐蝕強(qiáng)度明顯高，沿流程腐蝕速率呈下降趨勢(shì)。

圖1 姬塬合水油田清水系統(tǒng)沿流程腐蝕性分析

表4 姬塬合水油田清水系統(tǒng)沿流程水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表

2.3 姬塬合水油田采出水系統(tǒng)沿流程腐蝕性分析

對(duì)腐蝕嚴(yán)重的站點(diǎn)的采出水系統(tǒng)沿流程進(jìn)行取樣，監(jiān)測(cè)懸浮物、細(xì)菌、溶解氧以及含油、二價(jià)硫的含量，進(jìn)行水質(zhì)分析。

采出水系統(tǒng)沿流程腐蝕性監(jiān)測(cè)顯示（表5、圖2），含油、懸浮物、二價(jià)硫、溶解氧含量都很高；按節(jié)點(diǎn)腐蝕速率監(jiān)測(cè)，合水油田系統(tǒng)腐蝕速率、點(diǎn)腐蝕強(qiáng)度較姬塬油田高；腐蝕速率和點(diǎn)腐蝕強(qiáng)度沿流程呈下降趨勢(shì)。

圖2 姬塬合水油田采出水系統(tǒng)沿流程腐蝕性分析

表5 姬塬合水油田采出水回注系統(tǒng)沿流程水質(zhì)監(jiān)測(cè)綜合數(shù)據(jù)表

2.4 確定主要水質(zhì)參數(shù)對(duì)腐蝕速率影響

灰色關(guān)聯(lián)度分析法是一種多因素統(tǒng)計(jì)分析方法，它是以各因素的樣本數(shù)據(jù)為依據(jù)用灰色關(guān)聯(lián)度來描述因素關(guān)系的大小、權(quán)重和次序，它是給一個(gè)系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢(shì)提供了量化的度量，比較適合動(dòng)態(tài)分析，因此采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法分析注水系統(tǒng)中主要水質(zhì)參數(shù)對(duì)腐蝕速率的影響[8]。

對(duì)清水系統(tǒng)腐蝕因素進(jìn)行歸一化處理后得出（表6）：合水油田：溶解氧、SRB 對(duì)腐蝕的影響較大；姬塬油田：懸浮物含量、SRB、溶解氧對(duì)腐蝕的影響較大。

表6 清水系統(tǒng)中影響因素與腐蝕速率的相關(guān)系數(shù)

對(duì)姬塬合水油田的采出水系統(tǒng)腐蝕因素進(jìn)行歸一化處理后得出（表7）：合水油田的溶解氧、含油量、TGB、IB 對(duì)腐蝕影響較大；姬塬油田的SRB、IB、粒徑中值、溶解氧對(duì)腐蝕影響較大。

表7 采出水系統(tǒng)中影響因素與腐蝕速率的相關(guān)系數(shù)

2.5 注水系統(tǒng)防腐實(shí)驗(yàn)研究

注水系統(tǒng)腐蝕是多種因素互相作用的結(jié)果，注水系統(tǒng)防腐也是個(gè)系統(tǒng)工程，水質(zhì)處理是關(guān)鍵，污水處理好壞程度直接決定了腐蝕的嚴(yán)重程度，針對(duì)姬塬合水油田注水系統(tǒng)腐蝕特點(diǎn)，提出以下幾個(gè)方面的控制措施[9-10]。

2.5.1 除氧和殺菌緩蝕實(shí)驗(yàn) 室內(nèi)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采出水進(jìn)行除氧和殺菌緩蝕實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示（表8、表9）：油田采出水采取除氧措施可將采出水對(duì)鋼鐵的腐蝕速率降低88.3%，采取除氧殺菌措施將采出水對(duì)鋼鐵的腐蝕速率降低97.8%；無氧條件下，硫酸鹽還原菌是腐蝕的主要因素，緩蝕劑一般不能消除硫酸鹽還原菌造成的腐蝕，要配以殺菌處理，達(dá)到防腐目的。

表8 油田采出水除氧及殺菌后緩蝕效果實(shí)驗(yàn)

表9 油田采出水緩蝕+殺菌效果實(shí)驗(yàn)

2.5.2 殺菌+防垢 為了研究油田注水系統(tǒng)所加的水處理劑對(duì)系統(tǒng)腐蝕的影響，研究人員在合水油田進(jìn)行了清水系統(tǒng)投加藥劑前后的腐蝕掛片實(shí)驗(yàn)。

清水系統(tǒng)投加水處理劑前后監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示（表10）：Z1L 注入水投加防垢劑、殺菌劑后，減緩了系統(tǒng)腐蝕速率、點(diǎn)腐蝕強(qiáng)度，明顯降低水中大顆粒懸浮物；Z6Z 投加防垢劑對(duì)溶解氧含量高導(dǎo)致的腐蝕性無明顯抑制作用。

表10 合水油田注水系統(tǒng)投加水處理劑前后水質(zhì)數(shù)據(jù)表

3 結(jié)論

（1）清水系統(tǒng)沿流程腐蝕性分析表明：姬塬油田的腐蝕速率較高，尤其點(diǎn)腐蝕更明顯，沿流程腐蝕性波動(dòng)明顯，沿流程腐蝕性呈下降趨勢(shì)；溶解氧、細(xì)菌是引起腐蝕的主要原因。

（2）采出水系統(tǒng)沿流程腐蝕性分析表明：合水油田腐蝕速率、點(diǎn)腐蝕強(qiáng)度普遍較姬塬油田高；沿流程腐蝕性呈下降趨勢(shì)。細(xì)菌、溶解氧、二價(jià)硫以及懸浮物含量高是導(dǎo)致注入水腐蝕性高的主要原因。

（3）通過室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可得，油田采出水采取除氧和殺菌、除硫和殺菌等措施可有效緩解腐蝕，注入水采取殺菌和防垢措施可顯著降低對(duì)注水系統(tǒng)的腐蝕性。

（4）注水系統(tǒng)腐蝕因素較多，并且互相影響，此次研究以現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)為主，水質(zhì)管理是關(guān)鍵，建議現(xiàn)場(chǎng)制定相關(guān)水質(zhì)管理制度，嚴(yán)格把控。