淖尔油田井筒缓蚀剂评价实验
Outline:
郑云萍
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梁发书
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李红建
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舒洁
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艾绍平
收稿日期：2009-12-28
作者简介：女, 1961年生, 副教授。1983年毕业于西南石油学院油气储运专业, 主要从事油气储运教学和研究工作。地址:(610500)四川省成都市新都区西南石油大学石油工程学院.
摘要：针对淖尔油田的腐蚀现状，开展了缓蚀剂筛选与评价的室内及现场实验研究。对油田常用的缓蚀剂CT2-4、HYZ-1、CT5-9、CD-2进行筛选评价，实验结果表明:缓蚀剂CT2-4适合该油田且具有较好的缓蚀效果，其实验的7口井平均缓蚀率为86.7%。通过对N6-19油井的现场试验，利用检测加药前后产出液中铁离子含量的变化评价缓蚀效果，加入CT2-4缓蚀剂后，其产出液中铁离子含量由加药前的56.7 mg/L降为1 mg/L以下，并保持了较好的稳定性。现场试验说明, CT2-4缓蚀剂对淖尔油田具有良好的缓蚀效果。
关键词：淖尔油田 防腐 试验 蚀剂 分析
Experimental Study on Evaluation of Inhibitor for Well Bore in Naoer Oilfield
Outline:
Zheng Yunping
,
Liang Fashu
,
Li Hongjian
, et al
Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, Sichuan, China
Abstract: Aiming to the corrosion status of Naoer oilfield, the corrosion inhibitor was screened and evaluated in laboratory and field experimental. The screened and evaluated inhibitors CT2-4, HYZ-1, CT5-9 and CD-2 are commonly used in oilfields, the experimental results show that CT2-4 is suitable for Naoer oilfield, and it has good inhibition efficiency, the average corrosion inhibition rate in seven experimental wells was 86.7%. In the field tests in well N6-19, the change of iron ion content in produced fluid after using corrosion inhibitor was applied to evaluate its inhibition efficiency. And after addition of CT2-4, the iron ion in produced fluid of well N6-19 has been reduced from 56.7mg/L to less than 1mg/L. It also keeps good stability. All the field tests show that this one has good inhibition efficiency for Naoer oilfield.
Key words:
Naoer oilfield corrosion control test inhibitor analysis
1 淖尔油田的腐蚀特点
位于内蒙古边境地区的额仁淖尔油田，经过十几年的开采，综合含水已达80%左右。自投入开发生产以来，随着油田含水量的不断上升，特别是自1997年以来，注水、集输系统的腐蚀结垢问题逐渐暴露，并且日趋严重。腐蚀对该油田生产的影响主要表现在以下两个方面:
(1) 系统管线腐蚀穿孔频繁，生产设施腐蚀损坏严重，注水管线、水罐等穿孔严重;
(2) 腐蚀的全面爆发，导致注水、采油、集输系统不能正常生产，给油田的生产和管理造成了极大的危害，直接影响原油产量。抽油杆断脱、筛管腐蚀情况见图 1、图 2。
由生产现场的实际调研可知，淖尔油田的腐蚀类型有:针孔腐蚀、大面积坑蚀、大面积片状腐蚀等。该油田的腐蚀结垢具有以下特点:
(1) 均匀腐蚀性强，腐蚀范围广，注、采、输系统中的管线、设备等均受到不同程度的腐蚀伤害;
(2) 点坑腐蚀严重，腐蚀方向性强，点坑腐蚀具有很强的破坏性，是导致管线、设备腐蚀穿孔的主要原因。经现场实地观察，穿孔的部位和方向有一定的规律，均分布在管线底部，腐蚀由内向外进行。
深入系统地开展油气生产过程中井筒和集输管线的腐蚀防护研究，筛选出适合该油田的缓蚀剂的类型及缓蚀剂的最佳用量，是提高油田生产效益及安全生产的重要保障。
2 缓蚀剂的筛选
油田用缓蚀剂种类繁多，不是每一种缓蚀剂都可以在每个油田应用，必须筛选出适合该油田使用的缓蚀剂种类。对已筛选出的缓蚀剂也不是加量越大越好，加量越多成本越高，而且有的缓蚀剂添加量太多不但起不到减缓腐蚀的作用，反而会加速腐蚀，所以需对缓蚀剂进行筛选，并且确定其最佳用量。
2.1 缓蚀剂的筛选实验
调研文献资料及检索油气田常用缓蚀剂的作用效果，选用HYZ-1、CT2-4、CD-2、CT5-9这几种缓蚀剂考察其缓蚀效果，筛选出最佳的缓蚀剂。缓蚀剂实验方法参考标准见文献[1]。淖尔油田井筒为N80钢，实验介质是模拟N22-33井配水，在实验条件为65℃、72 h条件下进行。不同缓蚀剂及其不同浓度下腐蚀速度的实验结果见表 1和图 3。
表 1
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表 1 缓蚀剂筛选(65℃、72h)
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从筛选实验的数据可看出:HYZ-1、CT2-4、CT5-9、CD-2在低浓度时，HYZ-1缓蚀效果明显，但在高浓度时缓蚀效果较差。在各水样中加入缓蚀剂CT2-4，无论在低浓度还是高浓度时均显著降低了腐蚀性，挂片的腐蚀速率随缓蚀剂浓度的增加而降低。当CT2-4浓度达到最佳时，钢片的腐蚀速率可控制在0.076 mm/a以下，可满足防腐要求，因此选择CT2-4作为实验用缓蚀剂。CT2-4缓蚀剂的产品质量指标见表 2[2]。
表 2
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表 2 CT2-4缓蚀剂的产品质量指标
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2.2 CT2-4的缓蚀机理
CT2-4是以酰胺类化合物为主要成分的多组分复合型缓蚀剂，在淖尔油田产出水中能有效地将腐蚀速率控制在0.076 mm/a以下，其缓蚀机理如下:
缓蚀剂的中心原子N、S和O等有未共用的电子对，而在金属表面有空d轨道，二者形成配位键
吸附在金属表面，减小了介质与金属表面接触的可能性; 极性基团通过物理吸附，吸附在金属表面的阳极区，如RNH2与H+结合形成RNH+，吸附在金属表面，使金属表面带正电，阻止溶液中H+接近金属表面，提高了H+的放电活化能，达到缓蚀的效果[3]。
CT2-4缓蚀剂具有十分显著的水相缓蚀效果，同时也有较好的气相和油相缓蚀性能，加量少且效果好，可有效抑制H2S、CO2、Cl-引起的电化学腐蚀和应力腐蚀，因此采用CT2-4作为淖尔油田的缓蚀剂。
3 井筒CT2-4缓蚀剂最佳用量的实验研究
加入缓蚀剂后，缓蚀剂发挥缓蚀作用也需要一个过程，因此有必要确定缓蚀剂存在时，腐蚀速度与腐蚀时间的关系。实验介质是模拟N22-33井液，CT2-4缓蚀剂加量为60 mg/L，在常压下，65℃恒温进行实验。实验结果见表 3和图 4。
表 3
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表 3 加入缓蚀剂时腐蚀速度与腐蚀时间的关系
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从图 4可知，缓蚀剂浓度一定时，其发挥出最佳的缓蚀效果也存在时间效应，图中曲线显示在投加CT2-4缓蚀剂72 h后缓蚀速率变缓。根据图 3确定的浓度区间，结合每一口井的具体情况，在60 mg/L~100 mg/L之间进行缓蚀剂的浓度筛选。具体筛选试验结果见表 4、表 5。
表 4
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表 4 各井缓蚀剂最佳用量筛选(65℃、72h)
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表 5
表 5 缓蚀剂最佳添加量时各井数据(65℃、72h)
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表 5 缓蚀剂最佳添加量时各井数据(65℃、72h)
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淖尔油田产出液中均含有不同量的CO2和H2S，因此需对缓蚀剂CT2-4抗CO2、H2S腐蚀的性能进行考察。以N22-33、N22-131、N6-134井为实验对象，在缓蚀剂的最佳添加量的条件下添加CO2、H2S后测量其腐蚀速率，实验结果见表 6。
表 6
表 6 CT2-4抗CO2、H2S腐蚀性能研究(65℃、72h)
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表 6 CT2-4抗CO2、H2S腐蚀性能研究(65℃、72h)
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从表 6可以看出:在保持缓蚀剂原浓度不变的基础上，加入CO2、H2S后，腐蚀速率并未明显上升，说明CT2-4缓蚀剂抗CO2、H2S腐蚀的性能较好，可以满足现场抗CO2、H2S腐蚀的需要。
4 现场缓蚀效果跟踪评价方法
在油井正常生产过程中无法获得挂片(试件)空白腐蚀速率数据。目前国内外油气田现场腐蚀跟踪评价方法主要有以下几种:
(1) 用挂片法跟踪评价缓蚀效果。空白试验腐蚀率以室内模拟实际线速度的动态空白样腐蚀率为基础数据，投加缓蚀剂后在井口或集输管线上通过安装挂片来监测缓蚀率，并与室内动态空白腐蚀速率相比较，获得缓蚀效果数据。
(2) 用铁含量变化跟踪评价缓蚀效果。对于钢材，腐蚀是铁溶解于水相液体中的过程。在油田生产设施中，绝大部分管线、设备都是钢制件，因此监测水中铁含量，可以相对显示腐蚀变化趋势。监测水中铁含量是一种简便、经济的腐蚀监测方法，虽然它不能直接得出实际的腐蚀速度，但能反映相对数据，随时可获得数据，及时掌握系统腐蚀变化的情况，也可以作为调整加药量的一个参考。
(3) 腐蚀监测仪器跟踪评价缓蚀效果。腐蚀行为往往对许多的变量都很敏感，并且随着条件的变化而急剧变化，因此，腐蚀行为的模式可能很复杂。想对腐蚀行为全面系统的了解，最重要的就是采用能够快速响应的技术。腐蚀监测被认为是实现现代工业文明生产的重要手段，其技术是由实验室腐蚀试验方法和设备的无损检测技术发展而来的，其目的在于揭示腐蚀过程以及了解腐蚀控制的应用情况和控制效果[4]。目前常用的腐蚀监测系统主要有连续下载式腐蚀监测系统和便携式腐蚀监测系统。
5 缓蚀效果现场试验结果及分析
根据淖尔油田的实际情况，采用加药前后铁离子含量变化来跟踪评价缓蚀效果。试验油井为N6-19，采用间歇式加药方式，加药量为室内试验最佳加药量的120%，加药周期为5天。试验结果见表 7、图 5。
表 7
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表 7 现场缓蚀监测数据图
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表 7和图 5的现场试验数据表明:加入缓蚀剂CT2-4后，随着药场逐渐形成，铁离子浓度显著下降，从加药前的56.70 mg/L降至1.0 mg/L以下，并在下降后保持了较好的稳定性。
6 结论
(1) 通过对淖尔油田产出液条件下的缓蚀剂室内及现场评价实验研究，认为缓蚀剂CT2-4是该油田理想的缓蚀剂。
(2) 因各井产出液的离子成分及产液量不同，各井缓蚀剂的最佳加量也不同，由N6-19的现场试验可知，实际加药量取室内实验最佳加药量的120%是合适的。
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SY/T5273-2000, 油田采出水用缓蚀剂性能评价方法[S]
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2010, Vol. 39