海拉爾油田注水系統(tǒng)的腐蝕控制

　大慶油田工程有限公司

海拉爾油田注水系統(tǒng)的腐蝕控制

賈慶鄭潤芬劉威大慶油田工程有限公司

海拉爾油田注水管道內(nèi)腐蝕嚴(yán)重，針對含防膨劑的清水系統(tǒng)研制出除氧型緩蝕劑，針對高含硫化物的污水系統(tǒng)研制出殺菌型緩蝕劑，并在現(xiàn)場試驗(yàn)裝置上對藥劑的配方和加藥量進(jìn)行優(yōu)化。在德二聯(lián)注水站開展緩蝕劑的工業(yè)性現(xiàn)場試驗(yàn)，清水系統(tǒng)腐蝕速率由0.972mm/a降至0.067mm/a，污水系統(tǒng)腐蝕速率由0.282mm/a降至0.019mm/a，有效地控制了海拉爾油田注水系統(tǒng)的腐蝕。

海拉爾油田；注水管道；內(nèi)腐蝕；腐蝕速率；緩蝕劑；試驗(yàn)

海拉爾油田為低滲透水敏性油藏，為防止黏土膨脹堵塞地層，在注水過程中需要添加防膨劑，以避免地面系統(tǒng)注水管線、閥門等腐蝕、穿孔頻繁，給油藏注水造成不利的影響[1]。在輸送介質(zhì)中添加化學(xué)劑是針對已建系統(tǒng)的主要防腐措施，選取腐蝕嚴(yán)重并具有代表性的海拉爾貝28作業(yè)區(qū)德二聯(lián)注水系統(tǒng)為研究對象，對不同處理工藝段的水質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)和分析，確定了清水系統(tǒng)腐蝕的主要影響因素是溶解氧、氯離子、銨根離子，污水系統(tǒng)腐蝕的主要影響因素是細(xì)菌、硫化物[2]，室內(nèi)針對腐蝕主要影響因素開展藥劑篩選復(fù)配試驗(yàn)，經(jīng)過現(xiàn)場小試和工業(yè)化現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)，研究出適合海拉爾油田水敏性油藏注水系統(tǒng)的化學(xué)法腐蝕控制技術(shù)。

1　現(xiàn)場腐蝕測試

德二聯(lián)水處理系統(tǒng)分清水（地下水）系統(tǒng)和污水系統(tǒng)，清水處理后回注到興安嶺油層，為防止水敏性油藏黏土膨脹堵塞地層，回注清水中添加1.3%以NH4Cl為主要成分的防膨劑，注入量為0.96×103～1.2×103m3/d；污水處理后回注到布達(dá)特油層，回注水中不添加防膨劑，注入量為1.44× 103～1.68×103m3/d。每年5～9月還有一部分壓裂返排液經(jīng)處理后進(jìn)入清水污水系統(tǒng)，摻入量為144～336m3/d。現(xiàn)場調(diào)查表明，德二聯(lián)站內(nèi)注水管道頻繁穿孔，運(yùn)行8年中管道更換過3次，穿孔部位多發(fā)生在焊縫附近。

對德二聯(lián)回注水水質(zhì)進(jìn)行分析化驗(yàn)得出，添加防膨劑的清水氯離子含量高達(dá)9847mg/L，溶解氧1.37mg/L；污水中硫化物含量高達(dá)25.34mg/L，硫酸鹽還原菌含量0.7×105mL-1，溶解氧0.28mg/L。由此得出清水注入系統(tǒng)中，溶解氧的陰極去極化作用、防膨劑中Cl-的自催化酸化效應(yīng)和NH4+的絡(luò)合作用，相互聯(lián)合，共同促進(jìn)，加大了水質(zhì)腐蝕性；污水回注系統(tǒng)中，在厭氧條件下，硫酸鹽還原菌將污水中的硫酸鹽還原成硫化氫，導(dǎo)致水腐蝕性增強(qiáng)。

為了研究不同水質(zhì)的腐蝕性以及管道焊縫的腐蝕情況，加工掛片筒，分別從清水、污水注水泵前的過濾器位置將掛片筒置入管道內(nèi)，掛片筒上掛置常規(guī)試片和特制的焊接試片，試片材質(zhì)選擇與管道相同的20#碳鋼，測試介質(zhì)為清水、污水以及摻有壓裂返排液時的腐蝕情況[3]。因每年壓裂返排液回注時間為5個月，對腐蝕速率進(jìn)行加權(quán)平均，試驗(yàn)結(jié)果見表1。由表1可知，含防膨劑的清水腐蝕速率高達(dá)0.842mm/a，污水腐蝕速率為0.316mm/a；壓裂返排液進(jìn)入系統(tǒng)后，增加了清水、污水的腐蝕性，腐蝕速率均增加0.20mm/a左右；清水系統(tǒng)焊接試片測得的腐蝕速率要高于常規(guī)試片0.210mm/a，污水系統(tǒng)僅增加0.049mm/a，可以看出清水系統(tǒng)試片的焊縫處腐蝕明顯，而污水對焊縫的腐蝕不明顯，說明含有防膨劑的清水對焊縫的腐蝕速率要遠(yuǎn)高于污水。

表1　現(xiàn)場腐蝕情況測試結(jié)果

從試片腐蝕形貌上看，含有防膨劑的清水、污水對試片都產(chǎn)生了坑蝕，對試片表面的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行能譜分析，無返排液時期，清水系統(tǒng)中腐蝕產(chǎn)物的主要元素有Fe、O、C，污水系統(tǒng)中腐蝕產(chǎn)物比清水多了S元素，表明污水系統(tǒng)中的腐蝕是由硫酸鹽還原菌造成的。

2　緩蝕劑的研制及應(yīng)用

針對清水系統(tǒng)中溶解氧和氯離子造成的腐蝕，室內(nèi)研究出除氧型緩蝕劑配方CI-1007，其中緩蝕組分與除氧組分比為5∶3。采用高壓釜靜態(tài)掛片法對研制的除氧型緩蝕劑進(jìn)行效果評價，試驗(yàn)介質(zhì)為現(xiàn)場注入水。通過氮?dú)獯祾呤乖囼?yàn)介質(zhì)中的溶解氧含量達(dá)到現(xiàn)場的1.37mg/L，試驗(yàn)周期為28d，加藥量120mg/L，試驗(yàn)結(jié)果見表2。除氧型緩蝕劑配方具有加藥量低，緩蝕效果好的優(yōu)點(diǎn)。

表2　除氧型緩蝕劑室內(nèi)靜態(tài)試驗(yàn)

針對污水系統(tǒng)由細(xì)菌和硫化物造成的腐蝕，室內(nèi)研制殺菌型緩蝕劑，并采用德二聯(lián)現(xiàn)場安裝的防腐措施評價裝置[4]對藥劑配方和加藥量進(jìn)行優(yōu)化，確定殺菌型緩蝕劑中殺菌組分和緩蝕組分比例為1∶1，最佳加藥量100mg/L時，腐蝕速率可由加藥前的0.165mm/a降到0.016mm/a。

在小型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，2013年9月在德二聯(lián)注水系統(tǒng)開展工業(yè)性試驗(yàn)，在清水注水泵前和污水注水泵前分別安裝20#碳鋼的常規(guī)試片和焊接試片，監(jiān)測清水系統(tǒng)投加除氧型緩蝕劑前后和污水系統(tǒng)投加殺菌型緩蝕劑前后腐蝕速率的變化情況，監(jiān)測結(jié)果見圖1、圖2和表3。由表3可知，清水系統(tǒng)投加除氧型緩蝕劑后，系統(tǒng)腐蝕速率從0.972mm/a降至0.067mm/a，緩蝕率為93.1%，藥劑成本為1.32元/m3。污水系統(tǒng)投加殺菌型緩蝕劑后，腐蝕速率從0.282mm/a降至0.019mm/a，緩蝕率為93.3%，藥劑成本為1.75元/m3。

表3　工業(yè)性現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果

圖1　清水系統(tǒng)焊接掛片加藥前后對比

圖2　污水系統(tǒng)焊接掛片加藥前后對比

3　結(jié)論

（1）海拉爾油田德二聯(lián)注水系統(tǒng)腐蝕原因：清水系統(tǒng)中溶解氧的陰極去極化作用、防膨劑中Cl-的自催化酸化效應(yīng)和NH4+的絡(luò)合作用，相互促進(jìn)，加大了水質(zhì)腐蝕性；污水回注系統(tǒng)中，硫酸鹽還原菌產(chǎn)生的硫化氫導(dǎo)致水腐蝕性增強(qiáng)。

（2）含有防膨劑的清水對焊縫的腐蝕速率要遠(yuǎn)高于污水，壓裂返排液的存在對清水和污水水質(zhì)腐蝕性均有增強(qiáng)作用。

（3）化學(xué)劑可以有效控制海拉爾油田水敏性油藏注水系統(tǒng)的腐蝕。清水系統(tǒng)投加除氧型緩蝕劑后系統(tǒng)腐蝕速率從0.972mm/a降至0.067mm/a，緩蝕率為93.1%；污水系統(tǒng)投加殺菌型緩蝕劑后，腐蝕速率從 0.282mm/a降至 0.019mm/a，緩蝕率為93.3%。

[1]孫彥吉．海拉爾油田注水管道內(nèi)腐蝕原因分析及對策[J]．腐蝕與防護(hù)，2013（2）：180-182.

[2]劉威，鄭潤芬，智春生．呼倫貝爾油田注水系統(tǒng)腐蝕機(jī)理[J]．油氣田地面工程，2015，34（9）：23-24.

[3]孟祥剛．腐蝕監(jiān)測技術(shù)中監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置原則[J]．油氣田地面工程，2013，32（3）：98.

[4]賈慶．注水管道防腐措施評價裝置的研制與應(yīng)用[J]．油氣田地面工程，2015，34（9）：109-111.

（0459）5903786、jiaqing@petrochina.com.cn

（欄目主持焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.12.030

賈慶：高級工程師，1988年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院油田應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)任大慶油田工程有限公司化學(xué)工程部主任工程師，主要從事油田防腐、防垢技術(shù)研究。

2015-12-28