(中石化西南油氣分公司川西采氣廠，四川 德陽 618000)

川西須家河組氣井緩蝕劑的優(yōu)選及評價(jià)

鄭 鳳

(中石化西南油氣分公司川西采氣廠，四川 德陽 618000)

川西須家河組氣藏為高溫、高壓、含CO2腐蝕性介質(zhì)的有水氣藏，且產(chǎn)出水礦化度高，早期開采氣井在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，影響了氣井的正常生產(chǎn)。針對該氣藏氣井的腐蝕情況，通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，采用失重法及電化學(xué)法篩選了對油管管材(N80鋼)有較好緩蝕效果的緩蝕劑HGY-9。HGY-9緩蝕劑是一種陽極抑制型緩蝕劑，當(dāng)緩蝕劑濃度為50mg/L時(shí)就能達(dá)到緩蝕目的，當(dāng)緩蝕劑濃度為100mg/L時(shí)達(dá)到最佳緩蝕效果，氣井連續(xù)加注緩蝕劑后，產(chǎn)水中鐵離子含量明顯降低，氣井生產(chǎn)管柱得到了有效保護(hù)，為該氣藏的安全開發(fā)提供了技術(shù)支持。

須家河組氣藏 油管 CO2腐蝕 緩蝕劑 優(yōu)選 評價(jià)

0 前言

緩蝕劑是一種添加于腐蝕介質(zhì)中的添加劑，通常只要少量添加于腐蝕介質(zhì)中，就可以大大降低腐蝕速率。緩蝕劑可直接投加到腐蝕系統(tǒng)中，具有操作簡單、見效快和保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，因此，加注緩蝕劑成為控制生產(chǎn)油氣井腐蝕行為最為有效的方法[1,2]。本文針對川西須家河組氣井腐蝕環(huán)境，進(jìn)行了緩蝕劑的優(yōu)選及評價(jià)，為該氣藏的安全開發(fā)提供技術(shù)支持。

1 川西須家河組氣井腐蝕情況

川西須家河組氣藏?fù)碛胸S富的天然氣資源。氣藏地層壓力為50~90MPa，產(chǎn)層溫度為120~140℃，產(chǎn)出流體中含有一定量的CO2(CO2占?xì)怏w總量的1.25%)，氣井在生產(chǎn)過程中不同程度產(chǎn)水，在氣井產(chǎn)地層水階段，Cl-離子濃度一般為50000mg/L，總礦化度一般為80000mg/L左右。因此，該氣藏為高溫、高壓、含CO2腐蝕性介質(zhì)的有水氣藏，且產(chǎn)出水礦化度高。

早期開采須家河組氣井在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。CH100井，井深4712m，生產(chǎn)不到4年的時(shí)間，修井時(shí)發(fā)現(xiàn)油管已斷裂為4段，井口至1700米油管內(nèi)外壁腐蝕穿孔8處，最大穿孔直徑20mm。CH127井，修井時(shí)發(fā)現(xiàn)油管腐蝕穿孔及斷裂多處，采油樹也因腐蝕嚴(yán)重而不得不進(jìn)行更換，見圖1。CH137井，2003年修井時(shí)發(fā)現(xiàn)6處油管腐蝕斷落，在最薄處，壁厚不足2mm，見圖2。X851井，2000年投產(chǎn)，2002年因油管脫落封井，封井后發(fā)現(xiàn)油管懸掛器內(nèi)壁大面積沖刷腐蝕嚴(yán)重，最大腐蝕深度達(dá)5~6mm，連接處、變徑處腐蝕極為嚴(yán)重，閥門體、彎管存在部分腐蝕；節(jié)流針閥存在蝕坑裂紋20mm，地面彎管、直管內(nèi)壁腐蝕深度1.0~2.0mm。油管懸掛器的宏觀腐蝕形貌為局部腐蝕[3]，見圖3。

圖1 CH127井腐蝕照片

圖2 CH137井腐蝕照片

氣井管柱腐蝕影響氣井正常生產(chǎn)，嚴(yán)重制約了川西氣田須家河組氣藏的開發(fā)。為此，通過實(shí)驗(yàn)研究優(yōu)選出效果理想的緩蝕劑，使得氣井腐蝕問題得到有效控制，為氣藏安全開發(fā)提供技術(shù)支撐。

圖3 X851井腐蝕照片

2 緩蝕劑優(yōu)選

針對川西須家河組氣井腐蝕介質(zhì)特征，在廣泛調(diào)研基礎(chǔ)上，引進(jìn)了IMC-80-N(主要成分是咪唑啉、炔氧甲基季銨鹽)、IMC-80-ZS(主要成分是炔氧甲基胺和炔氧甲基季銨鹽)、IMC-80-BH(主要成分是咪唑啉、芳香胺、炔氧甲基季銨鹽)、IMC-871-W(主要成份是咪唑啉及其衍生物、炔氧甲基季銨鹽)、IMC-871-GX(主要成分是炔氧甲基胺及醚類化合物)、HGY-9(主要成份是咪唑啉酰胺和有機(jī)胺類化合物)、HGY-10(主要成分是咪唑啉酰胺和脂肪酸)、BUCT-C(主要成分是咪唑啉)進(jìn)行室內(nèi)緩蝕效果篩選評價(jià)[4-6]。

2.1 失重法篩選緩蝕劑

試驗(yàn)采用靜態(tài)全浸懸掛法，每組實(shí)驗(yàn)中氣相與液相分別選用3個(gè)試樣作平行測試，25℃下實(shí)驗(yàn)周期為7天。緩蝕劑對飽和CO2的模擬氣井產(chǎn)出水中N80鋼的失重試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 常溫常壓下的失重試驗(yàn)結(jié)果

從表1可以看出，在本實(shí)驗(yàn)條件下，能將腐蝕速率減小到0.076mm/a的緩蝕劑有以下幾種：IMC-871-GX、HGY-9、HGY-10、IMC-80-BH、IMC-80-N和IMC-80-ZS，其中HGY-9緩蝕率最高，且試驗(yàn)過程中溶解性也很好。因此，選擇HGY-9緩蝕劑進(jìn)行進(jìn)一步評價(jià)實(shí)驗(yàn)。

2.2 電化學(xué)法評價(jià)

通過模擬川西須家河組氣井腐蝕環(huán)境，采用Parstat 2273電化學(xué)工作站對HGY-9緩蝕劑進(jìn)行試驗(yàn)。工作電極在含有不同濃度緩蝕劑模擬氣井腐蝕介質(zhì)中浸泡2h后，首先測定開路電位，待開路電位穩(wěn)定后進(jìn)行交流阻抗和極化曲線測試。其中交流阻抗測試時(shí)，擾動(dòng)電位為5mVvs.OCP，頻率范圍95kHz~10mHz；極化曲線測試時(shí)的掃描速度為0.166mV/s，掃描方式是從陰極向陽極的全程掃描，掃描范圍為-200~200mV vs. OCP。實(shí)驗(yàn)測得N80鋼在添加不同濃度HGY-9緩蝕劑時(shí)的極化曲線和交流阻抗圖如圖4。

圖4 N80鋼在空白樣和加有不同濃度緩蝕劑HGY-9飽和CO2溶液中極化曲線圖和交流阻抗

由圖5可看出：隨著緩蝕劑濃度增加，體系自腐蝕電位漂移幅度相差不大，自腐蝕電位趨于穩(wěn)定，腐蝕電流密度明顯減小，說明此緩蝕劑對腐蝕過程的陽極反應(yīng)的抑制作用明顯大于陰極反應(yīng)；隨著極化電位的繼續(xù)增加，出現(xiàn)陽極溶解加速區(qū)，由此可以認(rèn)為該緩蝕劑是一種以陽極抑制為主的吸附型緩蝕劑。當(dāng)緩蝕劑濃度為100mg/L時(shí)高頻容抗弧達(dá)到極值，說明此時(shí)緩蝕劑達(dá)到最佳緩蝕效果，隨緩蝕劑濃度進(jìn)一步增加，高頻容抗弧減小，這與緩蝕劑的陽極脫附有關(guān)。當(dāng)用量為50mg/L時(shí)其緩蝕率就能達(dá)到85%左右。因此，該緩蝕劑效果理想。

由圖6可看出，在極值濃度下，浸泡不同的時(shí)間其交流阻抗圖譜不同。隨時(shí)間的延長，高頻容抗弧半徑逐漸增加，說明反應(yīng)的阻力有所增加，這與緩蝕劑在金屬表面逐漸吸附有關(guān)。添加緩蝕劑的體系的交流阻抗與空白溶液相比出現(xiàn)了Warburg阻抗直線，呈現(xiàn)擴(kuò)散控制特征。同時(shí)，在成膜20小時(shí)后，EIS中容抗弧半徑最大，說明隨時(shí)間的延長吸附膜不斷形成和完善，20小時(shí)后膜層已經(jīng)比較致密[7]。

圖5 腐蝕電流密度和HGY-9緩蝕效率隨濃度變化規(guī)律

圖6 N80鋼在100mg/L HGY-9模擬飽和CO2溶液中浸泡不同時(shí)間時(shí)的交流阻抗圖

2.3 緩蝕劑熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

多數(shù)有機(jī)化學(xué)物質(zhì)在高溫下分子裂解，或與其他有機(jī)物聚合產(chǎn)生高分子聚合物，最終影響物質(zhì)性能。川西須家河組氣藏地層溫度高達(dá)130℃，緩蝕劑加注后將吸附在油管壁，停留很長時(shí)間；緩蝕劑的熱穩(wěn)定性能直接決定其對氣井管柱的緩蝕劑效果。實(shí)驗(yàn)室通過配制已知濃度緩蝕劑溶液，在130℃條件下加熱數(shù)小時(shí)，測量緩蝕劑濃度變化情況，以此辨別緩蝕劑的熱穩(wěn)定性，見圖7，可以看出HGY-9緩蝕劑濃度在高溫下不隨加熱時(shí)間變化，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，適合川西須家河組氣井應(yīng)用。

圖7 HGY-9緩蝕劑加熱后濃度變化曲線

2.4 緩蝕劑配伍性試驗(yàn)

緩蝕劑屬于高分子化合物，在高溫高壓的條件下，可能與地層水中的有機(jī)分子及固相顆粒結(jié)合形成高粘絮狀物以及漂浮物，造成油管堵塞，必須對緩蝕劑與地層水進(jìn)行配伍性實(shí)驗(yàn)。將地層水與緩蝕劑按比例配成溶液加熱，觀察溶液并測試其流變性。試驗(yàn)結(jié)果表明，混合溶液粘度無明顯變化，緩蝕劑與地層水具有良好的配伍性。

通過失重法、電化學(xué)法及熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)及配伍性實(shí)驗(yàn)分析，HGY-9緩蝕劑對控制川西須家河組氣井腐蝕具有較理想效果，因此現(xiàn)場選擇加注HGY-9緩蝕劑。

3 緩蝕劑現(xiàn)場應(yīng)用效果監(jiān)測評價(jià)

川西須家河組氣井產(chǎn)出水成弱酸性，氣井管柱產(chǎn)生腐蝕后，主要以Fe2+離子形態(tài)進(jìn)入介質(zhì)中，為有效評價(jià)緩蝕劑現(xiàn)場防腐效果，采用產(chǎn)出液Fe離子濃度監(jiān)測川西須家河組氣井緩蝕劑防腐工藝效果。

(1) X22井緩蝕劑采用高壓泵間歇加注方式，加注量為30Kg,加藥周期為10天，加注緩蝕劑后鐵離子濃度變化如圖8。由圖8可以看出緩蝕劑加注后氣井產(chǎn)出水中鐵離子濃度與鐵離子總量均存下降趨勢，鐵離子濃度由268mg/l下降至82mg/l，鐵離子總量由265g下降至85g。

(2) X5井緩蝕劑采用高壓泵間歇加注方式，加注量為25Kg，加注周期為10天。加注緩蝕劑后鐵離子濃度由1000mg/L下降至目前的150mg/L；總鐵含量由835g下降至135g。從鐵離子變化趨勢看氣井產(chǎn)出水中的鐵離子濃度與含量均下降，緩蝕劑防腐工藝取得較好效果，見如圖9。

圖8 X22井產(chǎn)出水鐵離子含量變化曲線

圖9 X5井產(chǎn)出水鐵離子含量變化曲線

根據(jù)川西須家河組氣井采取加注緩蝕劑防腐工藝措施的氣井產(chǎn)出水中鐵離子濃度監(jiān)測表明：氣井連續(xù)加注HGY-9緩蝕劑后，產(chǎn)水中鐵離子含量明顯降低，氣井生產(chǎn)管柱得到了有效保護(hù)。

4 結(jié)論

a)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)表明，HGY-9緩蝕劑對川西須家河組氣井腐蝕環(huán)境下的N80鋼具有較好的防腐效果。

b)HGY-9緩蝕劑是一種陽極抑制型緩蝕劑，當(dāng)緩蝕劑濃度為50mg/L時(shí)就能達(dá)到緩蝕目的，當(dāng)緩蝕劑濃度為100mg/L時(shí)達(dá)到最佳緩蝕效果。

c)氣井連續(xù)加注HGY-9緩蝕劑后，產(chǎn)水中鐵離子含量明顯降低，氣井生產(chǎn)管柱得到了有效保護(hù)。

[1] 宋偉, 馮小波等. 重慶氣礦井下油管腐蝕及緩蝕劑的應(yīng)用[J]. 腐蝕與防護(hù), 2005, (26)8: 347-350.

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Optimal selection and evaluation of corrosion inhibitors for gas well of Xujiahe reservoir in West Sichuan

ZHENG Feng
(The Western Sichuan Gas Production Plant, Sinopec Southwest Branch Company, Deyang 618000,China)

Xujiahe gas reservoir in West Sichuan is a high-temperature, high-pressure, water gas reservoir with CO2corrosive media and high salinity of the produced water. Serious corrosion in early mining wells affected gas well normal production. The indoor simulation experiments, the weight loss method and electrochemical method were used to screen inhibitor for tubing pipes (N80 steel) of the gas reservoirs. HGY-9 inhibitor has better inhibition effect. HGY-9 inhibitor is an anodic suppression inhibitor. It can achieve effect for corrosion control when the inhibitor concentration is 50mg/L, and optimum corrosion inhibition effect when the inhibitor concentration is 100mg/L. for the continuous fi lling inhibitor well, the iron ions in water was signif i cantly lower and gas well production string has been effectively protected, which provides technical support for the security development of gas reservoir.

Xujiahe gas reservoirs; tubing; CO2corrosion; inhibitor; Optimal selection; evaluation

TG174.42

A< class="emphasis_bold">文章編號：1008-7818(2014)03-0075-04

1008-7818(2014)03-0075-04

鄭鳳 (1979－) , 女，四川自貢人，高級工程師，碩士，主要從事氣田腐蝕與防腐研究工作。