高温多元热流体驱替可以大幅提高海上稠油的采收率，其原理是在高压燃烧室内注入工业柴油(原油或天然气)、高压空气及高压水，燃烧产生高温高压水蒸汽、CO2及N2等混合气体，将其注入油层，实现增加油层压力，降低原油粘度，从而提高原油采收率[1-2]。
实践中夹套式注热油管出现了腐蚀刺穿现象，影响了油井的连续注热和生产。明确高温高压条件下多元热流体中的各种腐蚀主要因素和规律，有利于问题的解决。
灰关联分析方法在常规水体系中腐蚀因素分析得到了较多的应用，提供了较可靠的数据分析结果[3-6]。本实验通过腐蚀分析和灰关联方法研究了N80钢在高温模拟多元热流体注采液水样中不同环境条件下的腐蚀行为，探讨了注热油管失效的主要控制因素。
本实验选用尺寸为50mm×10mm×3mm的N80钢试样, 经过表面处理，干燥后进行实验，其化学成分见表 1。实验水样采用模拟的多元热流体水样，其组成见表 2。
采用X射线衍射和扫描电镜能谱分析对多元热流体注采油管内壁腐蚀产物进行分析。
采用高温高压釜腐蚀失重法进行多元热流体腐蚀模拟测试。常温下往高压釜中加入多元热流体腐蚀介质，挂片，密封。先通入计量的O2，再通入计量的CO2，升温至所需要的温度，调节控制不同转速以模拟不同流速(线速度)状态。腐蚀24h后取出试片，清洗、除锈、干燥后称量。
平均腐蚀速率按式(1)进行计算：
式中：V为平均腐蚀速率, mm/a; ΔG为实验前后试片质量之差, g; S为试片表面积, cm2; t为腐蚀时间, h; ρ为试片材质密度, g/cm3; C为换算系数(8.75×104)。
油管内壁腐蚀外貌见图 1。图 1(A)为清洗前照片，油管基本完整，表面存在红锈和片状黑色附着物。表面经过酸洗液处理后的照片见图 1(B)，清洗后管内壁表面有金属光泽，有很浅的腐蚀斑，存在一定程度的均匀腐蚀，管壁没有明显减薄；管壁上的黑色部分附着牢固，酸洗不能除去，可能为焦化物质。
从油管内壁表面取得的腐蚀产物原样见图 2。产物经过石油醚、无水乙醇处理油污与杂质，冷风吹干，放置干燥器干燥后，进行样品X射线衍射分析和扫描电镜能谱分析。
图 3的XRD图中，2θ=35.8°处对应于γ-Fe2O3(JCPDS00-039-1346)的晶面的特征衍射峰。对腐蚀产物进行了元素能谱分析，结果见图 4。元素能谱数据表明，腐蚀产物中主要元素为C、Fe、O，其他元素为少量。
腐蚀产物通过XRD测试，显示主要为γ-Fe2O3晶体；元素能谱表明腐蚀产物主要元素为C、Fe、O，也说明存在Fe2O3，同时也可能存在FeCO3。从腐蚀表面情况来看，管壁保持完整，总体上为均匀腐蚀。O2和CO2均可以导致油管的均匀腐蚀，因此通过对多元热流体水样和气体分析，针对其主要因素含水率、流速、CO2、O2、温度等进行高压釜腐蚀试验模拟分析。
灰关联分析是根据各参数几何曲线的相似程度来判断其联系是否密切，曲线的形状越接近，相应序列之间的关联度就越大，反之就越小。相似程度应用关联系数和关联度描述，关联度描述了各个因素对结果的影响程度。关联度越大，影响程度越大。一般地，灰关联度r＞0.90认为显著，r＞0.80为较显著，r＞0.7为较大影响，r＞0.60为有一定影响。
室内通过改变CO2分压、温度、O2分压、含水率和流速等，测试了N80钢在高温高压多元热流体中的腐蚀速率，结果见表 3。
采用灰关联分析程序，对N80钢在多元热流体水样中影响腐蚀速率的因素进行分析，计算输出结果见图 5。多元热流体水样中N80钢的腐蚀速率与CO2分压、温度、O2分压、含水率、流速的灰关联度依次为0.9185、0.8932、0.8602、0.9269、0.8997，说明CO2分压和含水率对腐蚀速率有显著影响，温度、O2分压和流速有较显著影响。影响从大到小依次为：含水率、CO2分压、流速、温度、O2分压。分析结果表明，对于多元热流体造成的油管钢腐蚀而言，最为敏感的腐蚀因素是含水率和CO2分压，其次是高流速的冲刷作用。高温多元热流体注热中存在水气、较高CO2压力和少量O2，因此其主导为高压CO2腐蚀，原本高温下单独CO2腐蚀时会生成致密的FeCO3膜，能一定程度地减轻腐蚀，但同时存在O2时，将生成部分FeOOH或Fe2O3掺混其中，破坏碳酸亚铁膜的完整性和保护作用，使油管钢的腐蚀又增大(图 6)。图 6中，大颗粒为FeCO3晶体，小颗粒为氧化铁。
因此，针对高温多元热流体腐蚀特点，对注热油管可采用缓蚀剂防腐技术，缓蚀剂的优选需主要考虑耐冲刷作用的高温高压CO2腐蚀缓蚀剂，如果存在氧分压增大的情况，还得兼顾缓蚀剂的抗氧性。
(1) 腐蚀分析表明，本实验所考察的高温多元热流体注驱油管腐蚀基本为均匀腐蚀，表面存在铁氧化物和碳酸盐。
(2) 灰关联分析表明，实验的5种因素对N80钢的多元热流体腐蚀都有较显著影响，其中影响大小依次为：含水率、CO2分压、流速、温度、O2分压。
(3) 建议选用耐冲刷的高温高压CO2腐蚀缓蚀剂来抑制注热油管的腐蚀。
2012, Vol. 41 Issue (4): 408-410
2012, Vol. 41 Issue (4): 408-410