CFD油田注水管線腐蝕分析及緩蝕劑評價(jià)

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(1. 中海油有限公司天津分公司曹妃甸作業(yè)公司，天津 300461；2. 中海油能源發(fā)展股份有限公司采油技術(shù)服務(wù)分公司，天津 300452)

CFD油田注水管線腐蝕分析及緩蝕劑評價(jià)

田 楠1劉 暉1楊 秘1黃曉東1張繼偉1胡富強(qiáng)2禹 盟2*

(1. 中海油有限公司天津分公司曹妃甸作業(yè)公司，天津 300461；2. 中海油能源發(fā)展股份有限公司采油技術(shù)服務(wù)分公司，天津 300452)

為了控制CFD油田注水管線腐蝕情況，通過水樣及管線運(yùn)行工況分析，研究了管線腐蝕主要影響因素，分析表明CFD油田注水管線腐蝕受溫度、Cl-及水體流動影響較大。為緩解管線腐蝕，采用旋轉(zhuǎn)掛片法考察了幾種緩蝕劑的緩蝕效果。室內(nèi)試驗(yàn)表明在90℃，0.3MPaCO2+3.0MPaN2，轉(zhuǎn)速451轉(zhuǎn)/分的條件下，緩蝕劑YFHC-093具有良好的緩蝕效果。現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明緩蝕劑YFHC-093加注濃度在25mg·L-1時(shí)，可將注水管線腐蝕速率控制在0.0366mm·a-1以下，低于油田腐蝕標(biāo)準(zhǔn)。

注水管線 腐蝕 緩蝕劑 海上油田 腐蝕分析

0 引言

CFD油田的原油開采已進(jìn)入注水開發(fā)階段。近年來由于注入水組成和性質(zhì)變化等原因造成的注水管線腐蝕[1,2]的問題日趨嚴(yán)重，顯著影響了正常生產(chǎn)。因此針對CFD油田實(shí)際情況，分析注水管線的腐蝕機(jī)理原因,并采取針對性的措施加以防護(hù)，對保證油田的正常生產(chǎn)將起到巨大促進(jìn)作用。添加緩蝕劑是油田常用的控制腐蝕的措施[3-7]。一般來說，在腐蝕體系中，加入微量或少量的緩蝕劑就可顯著降低金屬材料在該介質(zhì)中的腐蝕速率，同時(shí)還可保持金屬材料原來的物理機(jī)械性能不變。本文首先對注水管線的腐蝕情況進(jìn)行了分析，然后參考中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SY/T 5273-2000《油田采出水緩蝕劑性能評價(jià)方法》，用旋轉(zhuǎn)掛片法考察幾種緩蝕劑的緩蝕效果。同時(shí)在現(xiàn)場檢驗(yàn)了緩蝕劑的緩蝕效果，并與現(xiàn)場在用緩蝕劑SRN-5443進(jìn)行了比較。

表1 注水管線工況

表2 水樣分析數(shù)據(jù)

1 油田腐蝕現(xiàn)狀分析

1.1 注水管線工況分析

CFD油田注水系統(tǒng)的基本資料見表1。

從表1中得知，注水水溫為60℃，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[8-11]等研究表明：60℃位于嚴(yán)重腐蝕的溫度區(qū)間。此外，注水管線中流體流動處于湍流狀態(tài)，實(shí)踐證明[12-14]，當(dāng)流體流速處湍流時(shí)，腐蝕速率明顯增加。水體流動主要通過兩種方式加速腐蝕，一方面水體流動可以增強(qiáng)氧氣的擴(kuò)散能力，使得溶解氧更容易到達(dá)金屬表面，從而加快氧的去極化反應(yīng)速度；另一方面，水體流動能沖刷掉金屬表面的腐蝕產(chǎn)物膜，使基體表面暴露，從而增大了腐蝕反應(yīng)面積，削弱了沉積物對腐蝕反應(yīng)的阻滯作用，加劇腐蝕問題。

1.2 水樣分析

對現(xiàn)場注水水質(zhì)進(jìn)行全分析，主要包括水樣中各類離子的含量、pH值、礦化度及水中溶解氧的含量等，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

由表2可知：注水樣的pH值呈弱堿性，因此管材的主要腐蝕類型為吸氧腐蝕[15]。金屬發(fā)生氧去極化腐蝕時(shí)，多數(shù)情況下陽極過程發(fā)生金屬活性溶解，腐蝕過程處于陰極控制之下。氧去極化腐蝕的速度主要取決于溶解氧向電極表面的傳遞速度和氧在電極表面的放電速度。

1.3 腐蝕趨勢預(yù)測

采用lador指數(shù)法[16]預(yù)測Cl-對金屬的腐蝕傾向。

其中[Cl-]、[SO42-]及總堿度[A]的單位均為mmol·L-1以(1/2 CaCO3計(jì))。隨著LI值的增大，注水對金屬的腐蝕性增強(qiáng)，LI>0.5時(shí)，其腐蝕性較明顯。采用lador指數(shù)法預(yù)測海水、水源井水、采出水的腐蝕傾向，預(yù)測結(jié)果見表3。

表3 Cl-對金屬的腐蝕傾向預(yù)測

從表中可以看出注水樣的LI值大于0.5，說明Cl-對注水的腐蝕性有明顯影響；

氯離子[17]含量是影響腐蝕的重要因素。有理論指出：氯離子原子半徑小，可以穿透金屬的表面膜，從金屬表面膜的底部將膜破壞，使金屬失去保護(hù)而加重腐蝕。同時(shí)氯離子的濃度越高，水樣的電導(dǎo)率就越大，從而加快了腐蝕電化學(xué)反應(yīng)中的電荷遷移速度，使得腐蝕反應(yīng)加快。

2 緩蝕劑評價(jià)

2.1 藥品和儀器

藥品：緩蝕劑YFHC-093、YFHC-090、BHH-01C、H20A、BHH-20、HYH-201F、BHH-15、BHH-19、BHH-01B均為采技服公司產(chǎn)品(工業(yè)級)；SRN-4543為強(qiáng)品公司藥劑(工業(yè)級)。

氫氧化鈉、鹽酸、丙酮、石油醚、無水乙醇、六亞甲基四胺均為分析純。

儀器：FA1004電子分析天平(0.0001g)；游標(biāo)卡尺(0.02mm)；高壓動態(tài)腐蝕評價(jià)儀；CS202A型電熱保溫干燥箱、細(xì)線；漏斗；鑷子；燒杯(200mL)；干燥器；氮?dú)馄浚?0#鋼片。

2.2 實(shí)驗(yàn)條件

溫度：90℃，壓力：0.3MPaCO2+3.0MPaN2，轉(zhuǎn)速：451轉(zhuǎn)/分，周期：20h，加藥濃度：25 mg·L-1、30 mg·L-1、40 mg·L-1，試驗(yàn)介質(zhì)：現(xiàn)場注水水樣。

2.3 評選方法

將注水水樣裝到350ml高壓釜中，參考中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SY/T 5273-2000《油田采出水緩蝕劑性能評價(jià)方法》預(yù)處理鋼片并稱重，然后將鋼片懸掛在儀器上并保證掛片全面沒入水中，然后按照濃度要求加入待評藥劑，密封裝置，并充入0.3MPaCO2+3.0MPaN2加熱至90℃恒溫20h。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后取出掛片，觀察掛片腐蝕情況，并按照標(biāo)準(zhǔn)處理掛片稱重，腐蝕速率計(jì)算參照評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。緩蝕劑的緩蝕率按下列公式計(jì)算：

緩蝕率計(jì)算公式：

式中：

q—緩蝕率，%；

△m—空白實(shí)驗(yàn)中試片的質(zhì)量損失 △m = ma－mb，g；

△ m’—加藥實(shí)驗(yàn)中試片的質(zhì)量損失 △m’ = m0－ m1，g。

2.4 結(jié)果與討論

2.4.1 緩蝕劑室內(nèi)評價(jià)

針對現(xiàn)場水質(zhì)特點(diǎn)篩選了多種緩蝕劑，并進(jìn)行室內(nèi)評選。實(shí)驗(yàn)條件：90℃，0.3MPaCO2+3.0MPaN2，轉(zhuǎn)速451轉(zhuǎn)/分，反應(yīng)時(shí)間為20h，加藥濃度為40 mg·L-1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4：

表4 緩蝕劑初選試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明YFHC-093，YFHC-090，BHH-01C，BHH-01C，H20A緩蝕效果較好，可將掛片腐蝕速率控制在0.076 mm·a-1以下。因此針對上述藥劑開展?jié)舛忍荻仍囼?yàn)，考察不同濃度下藥劑緩蝕效果，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5中結(jié)果進(jìn)一步表明YFHC-093，YFHC-090，BHH-01C，H20A效果較好，并能將腐蝕速率控制在低于0.076 mm·a-1。其中，YFHC-093緩蝕劑緩蝕效果最優(yōu)。該種藥劑的主要成分為咪唑啉衍生物，其主要緩蝕機(jī)理為吸附機(jī)理：咪唑啉中的季銨陽離子以及含有大π鍵的苯環(huán)可以與鐵原子形成配位鍵，吸附在金屬表面，起到緩蝕作用，此外咪唑啉分子還可利用苯環(huán)的空間位阻以及疏水性，提高吸附膜的致密程度，從而抑制腐蝕。

2.4.2 緩蝕劑現(xiàn)場評價(jià)

在相同工藝條件下，考察緩蝕劑SRN-4543與緩蝕劑YFFG-093(25 mg·L-1)在CFD油田注水系統(tǒng)中的緩蝕劑效果，現(xiàn)場采用LPR設(shè)備連續(xù)監(jiān)測注水管線腐蝕速率，試驗(yàn)監(jiān)測結(jié)果如表6。

表5 不同濃度緩蝕劑評選

從表6中數(shù)據(jù)可以看出：注水管線在不加入任何緩蝕劑的情況下平均腐蝕速率為0.1899mm·a-1，遠(yuǎn)高于油田腐蝕標(biāo)準(zhǔn)0.076mm·a-1，腐蝕情況嚴(yán)重。緩蝕劑SRN-4543加注濃度為25mg·L-1時(shí)，平均緩蝕率為71.25%，緩蝕劑YFHC-093加注濃度為25mg·L-1時(shí)，平均緩蝕率高達(dá)83%，可將注水管線的腐蝕速率降低至0.0317mm·a-1，遠(yuǎn)低于油田腐蝕標(biāo)準(zhǔn)0.076mm·a-1。緩蝕劑YFHC-093加注濃度為25mg·L-1時(shí)，緩蝕效果優(yōu)于現(xiàn)場在用藥劑SRN-4543，可滿足現(xiàn)場需求。2013年7月份，YFHC-093正式應(yīng)用在CFD油田，截止目前現(xiàn)場穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)論

a) CFD油田注水管線腐蝕受溫度、Cl-及水體流動影響較大，其空白腐蝕速率高于0.1899mm·a-1，遠(yuǎn)高于油田腐蝕速率標(biāo)準(zhǔn)0.076 mm·a-1，腐蝕嚴(yán)重。

b) 室內(nèi)評價(jià)結(jié)果表明，YFHC-093加藥濃度為40 mg·L-1時(shí)，可將腐蝕速率控制在0.0325mm·a-1以下，低于油田腐蝕標(biāo)準(zhǔn)0.076 mm·a-1，緩蝕效果良好。

c) 現(xiàn)場試驗(yàn)表明，緩蝕劑YFHC-093加注濃度為25mg·L-1時(shí)，可將油田注水管線的腐蝕速率降低至0.0317mm·a-1，低于油田腐蝕標(biāo)準(zhǔn)0.076mm·a-1，滿足現(xiàn)場需求。

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Study on Corrosion of Injection Water Pipe and its Corrosion Inhibitor

TIAN Nan1, LIU Hui1, YANG Mi1, HUANG Xiao-dong1, ZHANG Ji-wei1, Hu-Fuqiang2, YU Meng2*
(1. CNOOC China Limited CFD Operating Company, Tianjin 300461, China; 2. CNOOC Energy Technology & Services —oilf i eld Technology Services Co. Tianjin 300452, China)

In this paper, the operation of injection pipe and injection water was analysed through different methods. On this basis, a squeezing adsorptive corrosion inhibitor (YFHC-093) was synthesized in laboratory, the corrosion inhibition effect of YFHC-093 was attested to be good on injection water The corrosion rate of injection water could be limited under the standard (0.076mm·a-1) range, when the optimal concentration of YFHC-093was 25 mg·L-1.

injection pipe; corrosion; corrosion inhibitor; oilf i eld; corrosion analysis

TQ320.79

A< class="emphasis_bold">文章編號：1008-7818(2014)03-0084-04

1008-7818(2014)03-0084-04

田楠 (1957－) , 男，四川成都人，高級工程師，碩士，主要從事油田開發(fā)研究工作。