塔里木油田常用鉆井液體系的腐蝕分析

王志龍，羅 躍，金 娜，尹 達(dá)，梁紅軍，李 磊

(1.長江大學(xué),湖北 荊州 434023；2.中國石油塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000)

塔里木油田儲層埋藏較深，以深井或超深井居多，主要使用的泥漿體系包括聚合物鉆井液、鉀聚磺鉆井液及飽和鹽水鉆井液體系。塔里木油田現(xiàn)場鉆桿腐蝕現(xiàn)象普遍存在，某些油井因腐蝕而更換鉆桿的數(shù)量較大，大幅提高了鉆井成本。

1 實驗

1.1 鉆井液的類型及性能

實驗用鉆井液體系取自塔里木油田，分別為聚合物鉆井液體系、鉀聚磺鉆井液體系、飽和鹽水鉆井液體系。根據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5621-93《鉆井液測試程序》對4種鉆井液體系的基本性能進(jìn)行測試，結(jié)果如表1所示。

表1 現(xiàn)場鉆井液性能測試結(jié)果

1.2 腐蝕速率的測定

室內(nèi)按照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5390-91《鉆井液腐蝕性能檢測方法鉆桿腐蝕環(huán)法》測定塔里木油田常用鉆井液對鋼片的腐蝕情況。實驗掛片由現(xiàn)場報廢鉆桿(S135型鋼)切割而成(規(guī)格約50 mm×10 mm×3.5 mm)，室內(nèi)采用50 ℃常壓靜態(tài)腐蝕、高溫高壓靜態(tài)腐蝕和動態(tài)腐蝕測試4種鉆井液體系的腐蝕特性。

2 結(jié)果與討論

2.1 靜態(tài)條件下鉆井液腐蝕情況

2.1.1 腐蝕時間對腐蝕速率的影響

按照腐蝕的一般規(guī)律，新的鋼鐵表面與腐蝕介質(zhì)接觸，腐蝕速率一般較快，當(dāng)鋼鐵表面有腐蝕產(chǎn)物形成后，可阻擋腐蝕介質(zhì)與掛片的接觸，腐蝕速率應(yīng)有所下降。根據(jù)鉆井的實際情況，室內(nèi)測試了50 ℃、常壓條件下不同腐蝕時間的掛片靜態(tài)腐蝕速率，結(jié)果見表2。

由表2可知，掛片剛放入鉆井液時，腐蝕速率均較快，隨著腐蝕時間的延長， 掛片的腐蝕速率開始下降，96 h以后，腐蝕速率的變化較平穩(wěn)?？紤]到實際情況和實驗要求，選擇室內(nèi)測試腐蝕時間為168 h。

表2 腐蝕時間對腐蝕速率的影響

2.1.2 腐蝕溫度對腐蝕速率的影響

腐蝕時間為168 h，室內(nèi)測試了50 ℃(常壓)、100 ℃(5 MPa)及150 ℃(5 MPa)條件下的靜態(tài)腐蝕速率，結(jié)果見表3。

表3 腐蝕溫度對腐蝕速率的影響

由表3可知，隨著腐蝕溫度的升高，腐蝕速率也相應(yīng)加快。這主要是因為：(1)溫度和壓力升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，腐蝕速率也就加快；(2)溫度和壓力升高，鉆井液的粘度降低，腐蝕速率加快；(3)溫度升高，掛片上吸附的鉆井液中的有機(jī)添加劑容易脫附，暴露出基體，腐蝕速率也會加快。其中鉀聚磺B鉆井液體系的腐蝕速率最快，在150 ℃(5 MPa)條件下，腐蝕速率達(dá)到1.951 kg·m-2·a-1，屬于重度腐蝕。

2.1.3 腐蝕壓力對腐蝕速率的影響

腐蝕時間為168 h、溫度為100 ℃，室內(nèi)測試了3 MPa、5 MPa、7 MPa下的掛片靜態(tài)腐蝕速率，結(jié)果見表4。

由表4可知，掛片腐蝕速率隨腐蝕壓力的增大而加快。

綜合上述實驗結(jié)果，靜態(tài)條件下，溫度對腐蝕速率的影響更為明顯，壓力的影響則相對較小。

與鉀聚磺A鉆井液相比，掛片在鉀聚磺B鉆井液中的腐蝕速率明顯較快，說明在大量Cl-存在的情況下，掛片表面較好地形成了保護(hù)膜。

表4 腐蝕壓力對腐蝕速率的影響

2.2 動靜態(tài)條件下鉆井液腐蝕情況

2.2.1 掛架對腐蝕速率的影響

為了更好地模擬現(xiàn)場鉆具在鉆井過程中所遇到的腐蝕情況，在室內(nèi)進(jìn)行滾動腐蝕實驗。為消除掛片接觸部分可能產(chǎn)生原電池而影響測試結(jié)果，對鋼構(gòu)掛架和聚四氟乙烯掛架進(jìn)行了比較實驗。實驗采用鉀聚磺B鉆井液，腐蝕時間為168 h，結(jié)果見表5。

表5 掛架對腐蝕速率的影響

由表5可知，鋼構(gòu)掛架易產(chǎn)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕，在老化罐中放入聚四氟乙烯的襯里并采用聚四氟乙烯材料制成的掛架可以較好地消除電化學(xué)腐蝕對實驗結(jié)果的影響。因此，采用有聚四氟乙烯襯里掛架進(jìn)行滾動腐蝕實驗。

2.2.2 動靜態(tài)條件下腐蝕情況

腐蝕時間為168 h，室內(nèi)測試了100 ℃和150 ℃下的掛片動靜態(tài)腐蝕速率，結(jié)果見表6。

表6 動靜態(tài)腐蝕速率對比

由表6可知，在相同實驗條件下，動態(tài)腐蝕速率明顯快于靜態(tài)腐蝕速率，動態(tài)腐蝕情況比較嚴(yán)重。100 ℃動態(tài)條件下，除飽和鹽水體系外，其余3種體系均達(dá)到了重度腐蝕；150 ℃動態(tài)條件下，4種鉆井液體系均達(dá)到了重度腐蝕。其中鉀聚磺B鉆井液體系的動靜態(tài)腐蝕速率最快，分別為2.046 kg·m-2·a-1、4.070 kg·m-2·a-1。

3 結(jié)論

(1)腐蝕溫度對于腐蝕速率有較大的影響，而腐蝕壓力的影響相對較??；隨著腐蝕時間的延長，腐蝕速率趨緩，96 h以后，腐蝕速率的變化較平穩(wěn)。

(2)動態(tài)腐蝕速率明顯快于靜態(tài)腐蝕速率。100 ℃動態(tài)條件下，除飽和鹽水體系外，其余3種體系均達(dá)到了重度腐蝕；150 ℃動態(tài)條件下，4種鉆井液體系均達(dá)到了重度腐蝕。

(3)4種常用鉆井液體系中，鉀聚磺B鉆井液的腐蝕情況最嚴(yán)重。

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