延長(zhǎng)氣田防腐技術(shù)研究與應(yīng)用

魏亮亮 雷文慧 賈佳 白興家 張龍

延長(zhǎng)石油集團(tuán)油氣勘探公司延長(zhǎng)氣田采氣四廠(chǎng) 陜西 延安 716000

1 目的及意義

延長(zhǎng)氣田產(chǎn)出水成分復(fù)雜多樣，含有大量的殘留油污、有機(jī)質(zhì)、腐蝕成垢因子、微生物以及其他鈉、鎂、鈣等無(wú)機(jī)離子，而且礦化度高達(dá)20×104以上，一般維持在2000～300000mg/L之間。尤其在酸化壓裂的區(qū)塊采出地層水中含有大量腐蝕性很強(qiáng)的離子，導(dǎo)致井筒和地埋管線(xiàn)面臨腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，由于這些區(qū)塊采出水通常在集輸管網(wǎng)及站內(nèi)設(shè)備內(nèi)流動(dòng)、儲(chǔ)存，氣田產(chǎn)出水中的酸性因子觸碰到的集輸管線(xiàn)和分離器的內(nèi)壁，因此會(huì)加劇管網(wǎng)內(nèi)壁的腐蝕速度，造成管網(wǎng)由內(nèi)向外發(fā)生點(diǎn)腐蝕，致使氣田管網(wǎng)泄漏，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)危害。

在當(dāng)前油氣田生產(chǎn)過(guò)程中，腐蝕問(wèn)題特別是酸性氣體腐蝕變得越來(lái)越突出，通過(guò)研究相關(guān)氣井的腐蝕現(xiàn)狀及原因，研制和優(yōu)選適合延長(zhǎng)氣田緩蝕劑，制定防腐工作制度，建立腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠有效降低腐蝕速率，延長(zhǎng)管柱使用壽命，避免資源浪費(fèi)，為延長(zhǎng)氣田后期天然氣開(kāi)采提供防腐蝕技術(shù)保障。

2 延長(zhǎng)氣田氣樣分析

對(duì)延某區(qū)塊采集的生產(chǎn)井的天然氣氣體組分，參考實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 13610—2003天然氣的組成分析》，采用氣相色譜法測(cè)定天然氣組分分析，從分析表可以看出，顯示除常規(guī)甲烷成分外，還含有少量CO2氣體，CO2等酸性氣體的含量在1.52%～4.78% （體積分?jǐn)?shù)，下同）之間，會(huì)產(chǎn)生腐蝕。

3 氣井腐蝕現(xiàn)狀

3.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研

對(duì)延氣2和延128井區(qū)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)多數(shù)套管有不同程度的腐蝕，套管接口處的螺紋槽存在缺損和磨平現(xiàn)象，這對(duì)套管固定有嚴(yán)重影響，存在安全隱患。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)掛片（空白試驗(yàn)）

為了更好地了解氣井的腐蝕狀況，自制了腐蝕測(cè)試掛具，該掛具裝置了N80、16Mn和20#鋼等3種不同材質(zhì)的鋼片。將該掛具由氣井采氣樹(shù)的7號(hào)閥掛入，掛入時(shí)間為2021年10月17日—2022年3月17日。對(duì)試驗(yàn)掛片進(jìn)行試驗(yàn)前和試驗(yàn)后處理，稱(chēng)重，計(jì)算腐蝕速率，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)掛片結(jié)果（空白試驗(yàn)）

從表1可知：

（1）發(fā)現(xiàn)掛片表面存在大量的腐蝕物，表面均有不同程度的腐蝕，部分掛片顯示出坑蝕痕跡，說(shuō)明這些氣井均存在不同程度腐蝕；

（2）3種不同材質(zhì)掛片腐蝕情況不一，16Mn腐蝕最為嚴(yán)重，N80較輕微，而20#介于兩者之間。

3.3 掃描電鏡（SEM）和能量色散譜儀（EDS）分析

為了更深入地了解試片表面腐蝕情況，對(duì)掛片進(jìn)行了掃描能譜分析和電鏡分析，通過(guò)對(duì)生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析表明：（1）掛片本身和附著物中存在碳、氧、鐵等3種主要元素，也存在部分硅、氯等其他元素；（2）金屬元素是來(lái)自?huà)炱旧聿牧?，而其他部分則來(lái)自附著的腐蝕產(chǎn)物，如鐵元素，通過(guò)X射線(xiàn)衍射（XRD）檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其腐蝕產(chǎn)物存在形式為FeCO3、Fe2O3或FeO（OH）；（3）氧元素主要來(lái)自FeCO3、Fe2O3或FeO（OH）等腐蝕產(chǎn)物，但掛片部分氧元素含量較高，很可能是因?yàn)閽炱〕龊箝L(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，被氧化的可能；（4）硫元素可能來(lái)自產(chǎn)出氣的H2S，但因?yàn)槲⒑驓馓铮院繕O少，說(shuō)明有可能存在輕微的H2S腐蝕。（5）硅、氯元素應(yīng)主要來(lái)自產(chǎn)出氣帶出的結(jié)晶的無(wú)機(jī)鹽和地層巖石粉粒。

4 緩蝕劑現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)

延長(zhǎng)集輸管線(xiàn)及油套管使用壽命的主要方法目前采取的主要措施是加注緩蝕劑。加注合適的緩蝕劑、不同時(shí)機(jī)、不同方式是緩蝕劑發(fā)揮最佳防腐性能的保障。

4.1 加注方式選擇

延長(zhǎng)氣田如何加注緩蝕劑，主要是根據(jù)緩蝕劑的性能和生產(chǎn)井的工況而定，通常有以下3種方式：

① 周期性加注。不同注入時(shí)間的周期是根據(jù)緩蝕劑在管線(xiàn)、設(shè)備表面形成的緩蝕劑保護(hù)膜的程度而定的，保護(hù)膜越穩(wěn)固2次加注時(shí)間間隔就越久。

② 連續(xù)式加注。緩蝕劑主要是通過(guò)井口壓力表注入油管或通過(guò)油套環(huán)空注入氣井，油套環(huán)空加注方式幾乎對(duì)生產(chǎn)無(wú)影響。這種方法可以持續(xù)不斷在集輸管線(xiàn)中添加，能夠保持緩蝕劑保護(hù)膜的持久、完整，這種注入方式可以很好地保護(hù)集輸管線(xiàn)，一般采用這種方式。

③ 擠壓式加注。緩蝕劑在油氣田生產(chǎn)過(guò)程中因氣體流動(dòng)沖刷，導(dǎo)致不斷脫附，并隨產(chǎn)出液被一同帶出井筒為達(dá)到比較理想的保護(hù)作用，應(yīng)保證生產(chǎn)過(guò)程中緩蝕劑的濃度長(zhǎng)期固定。

4.2 緩蝕劑加注位置的選擇

① 集輸管線(xiàn)緩蝕劑加注位置選擇

集輸管線(xiàn)中加注緩蝕劑時(shí)多采用移動(dòng)式滴定罐，通過(guò)罐與引射器高度差所產(chǎn)生的壓差將緩蝕劑滴入引射器噴嘴前的環(huán)形部位，緩蝕劑在噴嘴出口處擠壓隨高速流體注入到管線(xiàn)內(nèi)壁。

② 生產(chǎn)井緩蝕劑加注位置選擇

生產(chǎn)井緩蝕劑加注位置選擇在采氣樹(shù)壓力表處，向油套環(huán)空加注緩蝕劑或加注到油井根部（篩管以下）。這樣不但可以有效的保護(hù)氣井套管（內(nèi)壁）和油管內(nèi)外表面及井下工具串。

③ 外輸管線(xiàn)緩蝕劑加注位置選擇

外輸管線(xiàn)加注2位置最好選擇用站內(nèi)隔膜式計(jì)量泵注入，通過(guò)站內(nèi)預(yù)留緩蝕劑加注管線(xiàn)，直接連接到外輸管線(xiàn)上。具體的操作步驟為：先啟動(dòng)隔膜式計(jì)量泵，再快速啟動(dòng)注水泵，從而保證注入水中含有一定濃度的緩蝕劑。

4.3 試驗(yàn)氣井加劑掛片試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)2口試驗(yàn)井采用不同的緩蝕劑加注，試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)加緩蝕劑試驗(yàn)掛片進(jìn)行試驗(yàn)前和試驗(yàn)后處理，稱(chēng)重，計(jì)算腐蝕速率，結(jié)果如表2所示。

表2 加緩蝕劑試驗(yàn)掛片結(jié)果

5 結(jié)論與建議

分別對(duì)延氣2和128兩個(gè)井區(qū)的13口氣井產(chǎn)出水和混合水進(jìn)行水質(zhì)分析，結(jié)果表明氣井水質(zhì)差異較大，產(chǎn)出水的礦化度及組成也在一定范圍內(nèi)波動(dòng)變化。

現(xiàn)場(chǎng)氣樣中CO2氣體的含量在1.52%～4.78% 之間。按各個(gè)氣井各種的套壓計(jì)算可以得到，現(xiàn)場(chǎng)井口CO2分壓值介于0.169～0.601MPa之間，絕大部分大于0.34MPa，根據(jù)De Waard預(yù)測(cè)模型推測(cè)，試驗(yàn)井均存在中等程度以上腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）采氣管線(xiàn)內(nèi)壁腐蝕及沉積物大致由Fe2O3、FeCO3、FeO、CaCO3、BaSO4、可溶性無(wú)機(jī)鹽、泥砂等不可分解物組成。從腐蝕附著物的組分及含量分析，主要是由鋼鐵等材料的厭氧腐蝕（Fe2O3、FeO等）、水解和碳酸鹽（Fe2O3、FeCO3、FeO等）等無(wú)機(jī)鹽的電化學(xué)腐蝕為主。具體腐蝕程度與情況是根據(jù)管線(xiàn)內(nèi)部輸送介質(zhì)的不同而稍有不同，無(wú)規(guī)律性可言。根據(jù)以上結(jié)果分析可初步判定，延長(zhǎng)氣田的氣井腐蝕主要是CO2等酸性氣體腐蝕和溶解鹽的腐蝕。

（4）在試217-1、試232、這2口腐蝕相對(duì)較為嚴(yán)重的氣井掛入N80、20#、16Mn等3種材質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)掛片進(jìn)行加藥前后對(duì)比，研究結(jié)果表明：加入緩蝕劑可以有效緩減油套管腐蝕速率。