油吳老區(qū)中高含水區(qū)塊防腐防垢技術(shù)研究

肖建雄，羅 躍，楊 歡，黃黎陽

（長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北荊州 434023）

油吳老區(qū)目前一共包括10個(gè)開采區(qū)塊，其中油房莊老區(qū)共包括5個(gè)開采區(qū)塊，吳起老區(qū)共包括5個(gè)開采區(qū)塊。油房莊老區(qū)結(jié)垢腐蝕矛盾較為突出的是定31、定62、定41三個(gè)區(qū)塊，平均含水84.7%，導(dǎo)致地面管網(wǎng)腐蝕嚴(yán)重；侏羅系、三疊系層位的不配伍性，導(dǎo)致油四轉(zhuǎn)、定612等混輸站點(diǎn)結(jié)垢問題比較突出。垢型分析主要是碳酸鹽垢，同時(shí)含有BaSO4等物質(zhì)的混合垢。吳起老區(qū)結(jié)垢腐蝕矛盾較為突出的是吳133、吳135兩個(gè)區(qū)塊，平均含水72.5%，高含水硫化氫超標(biāo)導(dǎo)致地面管網(wǎng)腐蝕嚴(yán)重；侏羅系、三疊系混輸導(dǎo)致吳四轉(zhuǎn)、吳六轉(zhuǎn)結(jié)垢嚴(yán)重。垢型分析主要是碳酸鹽垢，同時(shí)含有BaSO4等物質(zhì)的混合垢。

針對(duì)上述情況，本文全面深入的研究了油吳老區(qū)高含水區(qū)塊的腐蝕結(jié)垢現(xiàn)狀、水質(zhì)分析、垢樣分析，總結(jié)了該區(qū)塊腐蝕結(jié)垢機(jī)理及特征，并篩選、評(píng)價(jià)了6種阻垢劑、6種緩蝕劑，優(yōu)化了油吳老區(qū)高含水區(qū)塊的防腐防垢技術(shù)。

1 主要實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

（1）主要藥品：硝酸銀、濃鹽酸、EDTA、氯化鈉、氯化鉀、無水氯化鈣、無水氯化鎂、無水碳酸鈉、無水硫酸鈉、碳酸氫鈉，分析純；油吳老區(qū)水樣、垢樣。

（2）主要儀器：HH數(shù)顯恒溫水浴鍋（江蘇金壇市金城國勝實(shí)驗(yàn)儀器廠）、電子天平（賽多利斯科學(xué)儀器有限公司）、電熱式鼓風(fēng)干燥箱（天津市華北實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）、80-2型電動(dòng)離心機(jī)（江蘇金壇市金城國勝實(shí)驗(yàn)儀器廠）、等離子體原子發(fā)射光譜儀（美國THERMO公司IRISINTREPIDII XSP）、掃描電鏡（日本日立公司）、EDAX能譜儀（美國EDAX公司）。

2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）水質(zhì)分析：依據(jù)SY/T 5329-2000《碎巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》及SY/T 5523-2000《油氣田水分析方法》對(duì)油吳老區(qū)的水樣進(jìn)行檢測分析。

（2）垢樣分析：①垢樣能譜分析：將油吳老區(qū)垢樣用石油醚萃取出有機(jī)物后將剩余的樣品干燥后放入研缽中研磨，120℃烘干干燥，采用EDAX進(jìn)行測試；②垢樣掃描電鏡分析：將垢樣干燥后放入研缽中磨細(xì)，取少量樣品置于專用樣品臺(tái)，采用掃描電鏡對(duì)垢樣進(jìn)行掃描測試。

（3）阻垢劑阻垢性能評(píng)價(jià)：參照SY/T 5673-93《油田用阻垢劑性能評(píng)定方法》對(duì)現(xiàn)有阻垢劑進(jìn)行篩選與評(píng)價(jià)[1，2]。

（4）緩蝕劑緩蝕性能評(píng)價(jià)：參照《常壓靜態(tài)腐蝕速率及緩蝕率測定方法》，將已稱重的金屬掛片分別掛入已加和未加緩蝕劑的實(shí)驗(yàn)介質(zhì)（每1 cm2掛片面積使用的實(shí)驗(yàn)介質(zhì)不少于20 mL）中，在一定溫度條件下浸泡到一定時(shí)間，然后取出掛片，經(jīng)清洗干燥處理后稱量，根據(jù)掛片的質(zhì)量損失計(jì)算出緩蝕率[3，4]。

3 結(jié)果與討論

3.1 水質(zhì)分析

由表1和表2可知，油房莊部分水樣礦化度較高，水型以CaCl2型為主，不同井場的采出液礦化度差別較大，最高可達(dá)85 133 mg/L。Ca2+、Mg2+等成垢陽離子的含量較高，最高含量分別為3 258 mg/L、404 mg/L。吳起區(qū)塊對(duì)應(yīng)水樣普遍礦化度很高，最高可達(dá)140 789 mg/L，除延7層位水型為Na2SO4水型，其余層位均為CaCl2型。除延 7層位不含 Ba2+、Sr2+，其余層位 Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+等成垢陽離子的含量均很高，最高含量分別為 3 704 mg/L、1 128 mg/L、396 mg/L。參照標(biāo)準(zhǔn) SY/T 5673-93，模擬地層水實(shí)驗(yàn)[5]，發(fā)現(xiàn)油房莊老區(qū)典型垢樣為CaCO3，理論最大結(jié)垢量為500 mg/L，吳起老區(qū)典型垢樣為CaCO3，理論最大結(jié)垢量為4 810 mg/L。

表1 油房莊區(qū)塊油田水水質(zhì)分析表（mg/L）

表2 吳起區(qū)塊油田水水質(zhì)分析表（mg/L）

3.2 垢樣分析

針對(duì)油吳老區(qū)結(jié)垢嚴(yán)重的情況，分別采集油房莊和吳起區(qū)塊結(jié)垢嚴(yán)重的一個(gè)點(diǎn)的垢樣：油房莊老區(qū)長2定592-21垢樣和吳起老區(qū)磚39-9油管外壁返出垢樣，進(jìn)行能譜及SEM分析（見圖1，圖2），確定垢樣組成。由圖1和圖2垢樣能譜及SEM分析圖可知，油房莊老區(qū)結(jié)垢類型以碳酸鹽垢和少量腐蝕產(chǎn)物為主，夾雜著少量原油、泥沙、析出鹽和有機(jī)垢；吳起老區(qū)結(jié)垢產(chǎn)物以腐蝕產(chǎn)物鐵的氧化物和碳酸垢為主，還有部分硫酸鋇鍶垢，夾雜少量原油和有機(jī)垢。

3.3 阻垢劑阻垢性能評(píng)價(jià)

油吳老區(qū)不同層位采出液中一部分富含成垢陽離子，一部分富含成垢陰離子，兩種水體相遇后即形成沉淀，沉淀物吸附、沉積在集輸系統(tǒng)管壁上就形成了垢。油吳老區(qū)垢樣主要為CaCO3，其成垢離子為Ca2+、CO32-和 HCO3-[6，7]。

由圖3可知，除HZG-01之外的其他5種阻垢劑，在低濃度時(shí)對(duì)硫酸鋇鍶垢的阻垢有促進(jìn)作用。隨著濃度增加，SIB對(duì)硫酸鋇鍶垢表現(xiàn)出優(yōu)于其他阻垢劑的性能。由圖4可知，在低濃度時(shí)KZG-1的阻碳酸鈣垢性能優(yōu)于其他5種阻垢劑，在較高濃度時(shí)KEW-129的阻垢性能穩(wěn)定。油房莊老區(qū)典型垢樣為碳酸鈣，理論最大結(jié)垢量為500 mg/L。因此推薦使用KEW-129，在加量20 mg/L～30 mg/L時(shí)使用即可達(dá)到80%以上的阻垢率。吳起老區(qū)典型垢樣為腐蝕產(chǎn)物、碳酸鈣和部分硫酸鋇鍶垢，推薦使用SIB，在加量60 mg/L～80 mg/L時(shí)使用阻垢率即可達(dá)到75%左右。

3.4 緩蝕劑緩蝕性能評(píng)價(jià)

油吳老區(qū)典型垢樣成分組成為碳酸鈣，其他成分主要是金屬氧化物，金屬氧化物是垢下氧腐蝕的產(chǎn)物；垢樣中還有一部分氯化物，氯離子是形成點(diǎn)腐蝕的主要原因[7，8]。腐蝕產(chǎn)物附著于管壁，形成鐵鹽垢，尤其是腐蝕嚴(yán)重的系統(tǒng)，鐵的氧化物是主要垢型。油吳老區(qū)油井垢樣的另一種成分為FeCO3，同時(shí)也說明了管材存在一定的腐蝕[9]。

圖1 油房莊老區(qū)長2定592-21垢樣能譜和掃描電鏡分析

圖2 吳起老區(qū)磚39-9油管外壁返出垢樣能譜和掃描電鏡分析

圖3 6種阻垢劑阻硫酸鋇鍶垢效果評(píng)價(jià)圖

圖4 6種阻垢劑阻碳酸鈣垢效果評(píng)價(jià)圖

由圖5可知，在相同加量的情況下，緩蝕劑HHS-08的性能明顯優(yōu)于其他的緩蝕劑。因油吳老區(qū)模擬水樣的年平均腐蝕率為0.219 mm/a，屬于腐蝕速率較高的情況，故推薦使用HHS-08藥劑作為緩蝕劑，加量為100 mg/L，緩蝕率約為80%。

圖5 6種緩蝕劑緩蝕效果評(píng)價(jià)圖

4 結(jié)論

通過對(duì)油吳老區(qū)采出水進(jìn)行組分分析和對(duì)各區(qū)塊垢樣的定性、定量及微觀結(jié)構(gòu)分析，得出以下結(jié)論：

（1）采出水組分分析結(jié)果表明：油房莊老區(qū)有形成碳酸鹽垢的趨勢(shì)，容易造成氯根腐蝕，腐蝕后易形成鐵氧化物垢；吳起老區(qū)采出水礦化度高、高濃度Cl-引起的鹽鹵腐蝕，腐蝕后易形成鐵氧化物垢，且吳起老區(qū)Ba2+、Sr2+、HCO3-、SO42-含量均較高，有形成碳酸鹽垢以及硫酸鋇鍶垢的趨勢(shì)。

（2）各區(qū)塊垢樣的定性、定量及微觀結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明：油吳老區(qū)各特征油井結(jié)垢樣品的垢型一致，垢樣中主要含有 KCl、NaCl、CaCO3、CaSO4、FeCO3、硅酸鹽、硫酸鋇鍶等物質(zhì)，結(jié)垢樣品中都含有少量FeS。說明結(jié)垢類型以腐蝕產(chǎn)物、碳酸鈣和部分硫酸鋇鍶垢為主。

（3）藥劑篩選及加量推薦：油房莊老區(qū)典型垢樣為碳酸鈣垢，推薦使用KEW-129，加量為20 mg/L～30 mg/L；吳起老區(qū)典型垢樣為腐蝕產(chǎn)物、碳酸鈣和部分硫酸鋇鍶垢，推薦使用SIB，加量為60 mg/L～80 mg/L。因油吳老區(qū)模擬水樣的年平均腐蝕率為0.219 mm/a，屬于腐蝕速率較高的情況，故推薦使用HHS-08藥劑作為緩蝕劑，加量為100 mg/L，緩蝕率約為80%。