注水管線腐蝕機理與預防措施

李祿勝，張 莎，周 雪

(1.延長油田股份有限公司 志丹采油廠，陜西 延安 717500;2.延長油田股份有限公司 勘探開發(fā)技術研究中心，陜西 延安 716000)

腐蝕是油田水質(zhì)控制中遇到的最嚴重的問題之一, 給生產(chǎn)帶來極大危害[1-2]。隨著油田產(chǎn)出液含水的逐步上升，注水開發(fā)規(guī)模的加大以及注水管網(wǎng)使用年限的增加，注水管線結(jié)垢、腐蝕情況逐年加劇，造成注水阻力增加甚至堵塞，站內(nèi)提壓后管線破損刺漏，不僅嚴重影響注水工作正常運行，也會使地面管線大面積損壞，造成管線維護成本的增加。因此，防腐蝕問題成為了油田二次采油關注的重點問題。針對志丹油田南部高壓注水開采的低滲透油田進行腐蝕機理研究，主要從各個流程節(jié)點水質(zhì)進行分析以及室內(nèi)的腐蝕分析評價工作，因地制宜地采取有效的預防措施。

1 注水管線腐蝕機理研究

1.1 室外采樣分析

抽檢志丹油田南部注水站各流程節(jié)點水樣6瓶，現(xiàn)場化驗溶解氧18次，具體情況見表1。

1.1.1 懸浮物固體含量分析

如表1所示，懸浮物固體含量先降低后上升，在過濾器出口時含量最低，則表明過濾器性能較高，但是經(jīng)過濾器后注水管線懸浮固體含量逐漸升高，說明產(chǎn)生結(jié)垢，水流通過時攜帶部分結(jié)垢組織。

1.1.2 腐生菌含量分析

腐生菌從井口的1.5×102個上升至儲水罐出口的1.4×104個，經(jīng)過濾器后又下降至1.5×102個，過濾器的成分為石英砂加核桃殼，其中石英砂可以有效地除去水中的懸浮物、有機物、微生物、氯、嗅味及部分重金屬離子等。腐生菌為厭氧型，經(jīng)過過濾器后的溶解氧為0，可能是腐生菌數(shù)量未增加的原因。

表1 志丹油田南部水質(zhì)化驗報告

1.1.3 鐵細菌含量分析

鐵細菌由井口的2個上升至2×102個，經(jīng)過濾器后又下降至9.5個，原理同上，由石英砂去除了部分鐵細菌，但至配水間又升高到45×102個。鐵細菌是好氧細菌，能催化亞鐵合成高價鐵化合物，并利用亞鐵氧化釋放出的能量生存：

不溶性的高價鐵從細菌體排出后，形成棕色黏泥，使水質(zhì)變差，為管線設備的腐蝕和結(jié)垢提供了條件[1]。

1.1.4 溶解氧含量分析

氧腐蝕是油田注水系統(tǒng)的主要腐蝕形式之一，溶解了含有極低濃度的氧(低于1 mg/L)就可造成極為嚴重的腐蝕，該站選取的各監(jiān)測點溶解氧在逐步消耗，并且過濾器出口至井口均未檢測到。在經(jīng)過儲水罐后仍未增加，說明儲水罐隔氧裝置完好。

1.1.5 pH值分析

注水管道理論上最佳pH值應為7[3]，當pH值在4～10時，其結(jié)構內(nèi)部就會由于氧擴散作用而被牽制，當pH值在酸性范圍時，碳鋼表層氧化物的覆蓋膜就會被溶解，材質(zhì)表面和酸性介質(zhì)接觸，這就需要將注水的pH值進一步提升。

1.2 室內(nèi)實驗分析

1.2.1 水源井水質(zhì)分析

水源井水樣分析結(jié)果見表2。

表2 志丹油田南部水源井水樣調(diào)查

1.2.2 水源井結(jié)垢趨勢分析

根據(jù)表2水源井水樣分析、注水站管線運行壓力、生產(chǎn)數(shù)據(jù)及SY/T 0600—2009《油田水結(jié)垢趨勢預測》標準，結(jié)合相關結(jié)垢預測的參數(shù)計算[5]，設定溫度24 ℃，壓力12 MPa， pH在實際條件下，進行模擬分析預測。

CaCO3結(jié)垢指數(shù)判斷標準：07，腐蝕性水質(zhì)，無結(jié)垢趨勢。

CaSO4結(jié)垢指標：飽和指數(shù)值SI<0，處于溶解狀態(tài)，沒有結(jié)垢趨勢，不會出現(xiàn)沉淀；SI=0，硫酸鹽處于固液平衡狀態(tài)，沒有結(jié)垢趨勢；SI>0，處于過飽和狀態(tài)，有結(jié)垢趨勢，會出現(xiàn)沉淀。

溫度24 ℃、壓力12 MPa條件下，志丹油田南部水源井水樣CaCO3(Cl=8.952 5)和CaSO4(SI=-2.233 7)均無結(jié)垢趨勢。

2 注水管線腐蝕因素分析

用掛片法對志丹油田南部注水站水源井水樣進行靜態(tài)、動態(tài)評價，用除氧劑進行除氧評價，來判斷流速和氧氣對腐蝕的影響。

2.1 流速對腐蝕的影響

志丹油田南部現(xiàn)場管線運行條件見表3。

表3 志丹油田南部現(xiàn)場管線運行條件

在未除氧的狀態(tài)下，室溫，鋼片材質(zhì)20#鋼，靜態(tài)和線速度1.1 m/s進行評價。實驗結(jié)果表明，動態(tài)線速度為1.1 m/s時的腐蝕速率接近靜態(tài)腐蝕速率的3倍(見表4)。

2.2 氧氣對腐蝕的影響

志丹油田南部水源井水樣中含有溶解氧0.5～1 mg/kg，室內(nèi)靜態(tài)評價了不除氧、加100 mg/kg除氧劑除氧、加500 mg/kg除氧劑除氧后的腐蝕速率，進一步證實了氧腐蝕的存在，詳見表5。

表4 志丹油田南部水源井水樣靜態(tài)動態(tài)腐蝕速率對比

表5 除氧劑加量對水源井水樣腐蝕性能影響

3 注水管線防腐措施分析評價

在實驗室進行多種類型緩蝕劑效果篩選實驗，最后通過嫁接改性季胺化、復配增效等工藝，優(yōu)化確定出最終的藥劑體系，在靜態(tài)除氧的條件下加量50 mg/kg可將腐蝕速率降低至0.005 6 mm/a(見表6)。

表6 緩蝕劑對水源井水樣腐蝕性能影響

評價條件：500 mg/kg除氧劑，20#鋼，室溫，緩蝕劑加量50 mg/kg。

4 結(jié)論

2)開發(fā)出一種針對志丹油田南部注水站水源井水樣的緩蝕劑，靜態(tài)腐蝕速率可降至0.005 6 mm/a，動態(tài)(線速度1.1 m/s)腐蝕速率可降至0.030 2 mm/a。

3)從井口-儲水罐進口-儲水罐出口腐生菌、鐵細菌的含量逐步升高、溶解氧含量逐步下降的情況看，溶解氧為細菌提供了可繁殖條件。先清理儲水罐和注水管線，交替使用殺菌劑，再采取沖擊加藥結(jié)合連續(xù)加藥方式加藥，方能徹底殺菌。