注清水井腐蝕結(jié)垢機理及對策研究

項明杰，李毓楓，彭向明

（1.中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古烏審旗 017300；2.中國石油長慶油田分公司第四采油廠，陜西靖邊 718500；3.中國石油長慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西西安 710018）

為了解掌握注水系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢原因，對不同位置的腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物進行組成分析。分析得出，腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物以腐蝕產(chǎn)物（FeCO3、Fe2O3、FeO、FeS）和有機物為主，以碳酸鹽垢等水垢（CaCO3、MgCO3、CaSO4）為輔（只有個別樣品中有少量Ca2+、Mg2+存在）；腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物中有機物含量（可能為細菌排泄物和細菌尸體）在14 %～25 %、泥沙在10 %～53 %。說明大路溝二區(qū)清水系統(tǒng)主要以腐蝕為主、結(jié)垢很少；細菌生長繁殖和溶解氧可能是造成腐蝕的主要原因之一。

1 清水組成性質(zhì)分析

各水源井清水為弱堿性、其礦化度較低（在450～1 200 mg/L），水質(zhì)和水型有一定差別，水中HCO3-、SO42-、Ca2+、Mg2+等成垢離子變化較大，部分水樣中懸浮固體含量較高（懸浮固體含量最高11.50 mg/L）。

清水系統(tǒng)TGB 含量較低，能滿足指標(biāo)要求；SRB在部分點超標(biāo)但超標(biāo)幅度不大；FB 細菌含量較高、沿程呈增大趨勢，說明清水系統(tǒng)適宜于FB 細菌生長繁殖；高FB 細菌含量可能是造成清水系統(tǒng)腐蝕的主要原因之一。

表1 大路溝二區(qū)水源井水質(zhì)組成分析結(jié)果

表2 大路溝二區(qū)水源井水質(zhì)組成分析結(jié)果

表3 國標(biāo)級J55 鋼的化學(xué)成分與現(xiàn)場材質(zhì)組成實測值對比

2 現(xiàn)場J55 管材結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成分析

從現(xiàn)場隨機取回的J55 管材金相組織符合J55 鋼材標(biāo)準(zhǔn)，其化學(xué)組成完全符合國標(biāo)中各組分的指標(biāo)要求，未見異常。

2.1 大路溝二區(qū)清水腐蝕性評價

羅一注清水對現(xiàn)場J55 管材制備的掛片同樣具有一定腐蝕性，其腐蝕速率與標(biāo)準(zhǔn)J55 鋼材的腐蝕速率相近，腐蝕產(chǎn)物主要以氧、鐵元素為主，說明導(dǎo)致腐蝕的主要原因是溶解氧。

高溫高壓反應(yīng)釜腐蝕監(jiān)測結(jié)果與搖床腐蝕監(jiān)測結(jié)果一致，說明羅一注原水罐清水對標(biāo)準(zhǔn)J55 鋼材掛片和現(xiàn)場J55 管材制備的掛片具有同樣的腐蝕性，其腐蝕速率基本相同，腐蝕產(chǎn)物主要以氧、鐵元素為主，溶解氧是導(dǎo)致腐蝕的主要原因之一。

2.2 結(jié)垢原因及影響因素分析

（1）侵蝕性二氧化碳含量的測定（見表4）。

表4 大路溝二區(qū)清水中侵蝕性二氧化碳分析

（2）溶解氧對腐蝕的影響，通過實驗發(fā)現(xiàn)在密閉隔氧比暴氧條件下腐蝕速率低很多（見圖1，圖2）

圖1 隔氧和暴氧條件腐蝕速率對比

圖2 不同溫度腐蝕速率對比

在相同含量氧（0.1 mg/L）條件下，隨著溫度升高，采出水的腐蝕速率明顯增強，在同一溫度下，隨著溶解氧含量的逐漸增加，采出水的腐蝕速率逐漸增強。

（1）大路溝二區(qū)清水中幾乎不含侵蝕性二氧化碳，不會產(chǎn)生二氧化碳腐蝕，產(chǎn)生腐蝕的主要原因是溶解氧腐蝕。

（2）隨著水中溶解氧增加，腐蝕速率大幅度增加，說明溶解氧是導(dǎo)致大路溝二區(qū)清水系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕的主要因素之一。

（3）隨著除氧劑加量增加、水中溶解氧含量逐漸降低，腐蝕速率快速降低，進一步抑制了點蝕的發(fā)生。通過有效隔氧或除氧（如加除氧劑等）處理，可以有效降低清水系統(tǒng)的腐蝕性。

2.3 結(jié)垢趨勢預(yù)測

按SY/T0600-2009《油田水結(jié)垢趨勢預(yù)測方法》和SY/T5329-94《硫酸鋇結(jié)垢預(yù)測方法》等，對大路溝二區(qū)注入水和地層水結(jié)垢情況進行預(yù)測。大路溝二區(qū)清水系統(tǒng)結(jié)垢預(yù)測：

（1）常溫（30 ℃）下，大路溝二區(qū)清水系統(tǒng)無結(jié)垢趨勢存在，但隨著溫度升高，碳酸鈣的結(jié)垢趨勢逐漸增加，大路溝二區(qū)清水系統(tǒng)無硫酸鈣和硫酸鍶（鋇）結(jié)垢趨勢存在。

（2）四個注水站清水與采出水混合后，都有不同程度的CaCO3、CaSO4和BaSO4結(jié)垢趨勢存在，溫度升高結(jié)垢趨勢增加；采出水與清水以1：9 混合時碳酸鈣結(jié)垢趨勢最大；表明注入水與地層水配伍性較差。

3 腐蝕結(jié)垢的防治對策研究

通過水質(zhì)分析、腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物分析及各區(qū)塊的腐蝕、結(jié)垢監(jiān)測，說明大路溝二區(qū)清水系統(tǒng)結(jié)垢以腐蝕產(chǎn)物為主、結(jié)垢產(chǎn)物其次，溶解氧是造成腐蝕的主要原因；現(xiàn)場處理時應(yīng)以除氧、緩釋為主、阻垢為輔。

3.1 除氧處理對腐蝕的影響

隨著除氧劑加量增加、溶解氧含量逐漸降低，清水腐蝕速率快速降低，進一步驗證了溶解氧是造成大路溝二區(qū)清水系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕的主要原因，但通過有效隔氧或除氧（如加除氧劑等）處理，可以有效的降低清水系統(tǒng)的腐蝕性。

圖3 除氧劑加量和腐蝕速率關(guān)系圖

3.2 緩蝕劑的篩選評價

通過投加緩蝕劑可以大幅度降低大路溝二區(qū)清水系統(tǒng)的腐蝕速率，降低溶解氧對腐蝕的影響；評價的三種緩蝕劑均能起到緩蝕作用，其中3#緩蝕劑的緩蝕性能明顯優(yōu)于其他兩種緩蝕劑。

3.3 阻垢劑的篩選評價

對碳酸鈣垢阻垢效果較好的阻垢劑為ZG-01 和ZG-03 阻垢劑。

4 結(jié)論

（1）各水源井清水均呈弱堿性、水中含鹽量較低，但不同水源井的水質(zhì)和水型差別較大，水中溶解氧含量較高，部分水中懸浮物含量較高。

（2）系統(tǒng)中TGB 含量較低，能滿足油田注水指標(biāo)要求；SRB 細菌含量在部分點超標(biāo)；FB 細菌含量較高、且沿程呈增大趨勢；高FB 細菌含量可能是造成清水系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢的原因之一。

（3）腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物以腐蝕產(chǎn)物為主、結(jié)垢產(chǎn)物較少；其中含有大量有機物（可能為細菌排泄物和細菌尸體）和泥沙；說明大路溝二區(qū)清水系統(tǒng)以腐蝕為主，結(jié)垢為輔。

（4）現(xiàn)場J55 管材金相組織和化學(xué)組成符合J55鋼材標(biāo)準(zhǔn)，未見異常，其腐蝕性能與標(biāo)準(zhǔn)J55 鋼材相同，說明現(xiàn)場J55 管材符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（5）常溫下清水無結(jié)垢趨勢存在，隨溫度升高，碳酸鈣結(jié)垢趨勢增加；清水中無硫酸鈣和硫酸鍶（鋇）結(jié)垢趨勢存在。采出水中有碳酸鈣、硫酸鈣和硫酸鋇（鍶）結(jié)垢趨勢存在，溫度升高，結(jié)垢趨勢增加。

（6）清水與地層水混合后，有不同程度的碳酸鈣、硫酸鈣和硫酸鋇結(jié)垢趨勢存在，隨溫度升高結(jié)垢趨勢增加；表明大路溝二區(qū)注入水與地層水配伍性較差，在注水過程中應(yīng)考慮進行防垢處理。

（7）大路溝二區(qū)清水中幾乎不含侵蝕性二氧化碳，不會產(chǎn)生二氧化碳腐蝕；但隨著水中溶解氧含量增加、腐蝕速率大幅度增加，掛片表面的腐蝕產(chǎn)物主要以氧、鐵元素為主，其他元素含量相對較少；說明溶解氧是導(dǎo)致清水系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕的主要原因。

（8）隨著除氧劑加量增加、水中溶解氧含量逐漸降低，腐蝕速率快速降低、點蝕也得到了有效抑制；即通過有效隔氧或除氧（如加除氧劑等）處理，可以大幅度降低清水系統(tǒng)的腐蝕性。

（9）投加緩蝕劑可以大幅度降低腐蝕速率、減小溶解氧對腐蝕的影響；DNS 緩蝕劑具有很好的水溶性、成膜性和防腐效果，ZG-01 和ZG-03 阻垢劑對碳酸鈣垢有很好的阻垢效果。

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