楊雪峰

摘 要：注空氣輔助蒸汽吞吐是一種有效的采收率技術(shù)，同時與注氮氣、CO2相比是一種氣源來源廣泛又較為經(jīng)濟的驅(qū)油技術(shù)。在遼河油田大規(guī)模的現(xiàn)場應用中取得了較為理想的經(jīng)濟效益。同時，空氣的腐蝕作用也不容忽視。通過介紹空氣及其產(chǎn)物的腐蝕機理，給出具體實施過程中的防范措施。

關(guān) 鍵 詞：空氣； 腐蝕； CO2； 鋼鐵； 防范措施

中圖分類號：TE 357 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2015）08-2179-03

Abstract： Steam-assisted stimulation is an effective technique to enhance oil recovery， and compared with the nitrogen injection and CO2 injection， air injection is a kind of economical flooding technology. The steam-assisted stimulation has obtained ideal economic benefit in large-scale industrial application of Liaohe oilfield. At the same time， corrosive problems of air cannot be ignored. In this paper， the mechanism and corrosion products of the air were introduced； specific prevention measures were put forward.

Key words： Air； Corrosion； CO2； Iron and steel； Preventive measures

稠油注空氣輔助蒸汽吞吐采油技術(shù)應用于稠油、超稠油中后期開發(fā)補充地層能量，具有明顯改善開發(fā)效果和較高的經(jīng)濟效益。但是開發(fā)過程中常出現(xiàn)注空氣管柱在注空氣或蒸汽過程中出現(xiàn)井內(nèi)管柱脫落及嚴重變形等現(xiàn)象。而周圍生產(chǎn)井出現(xiàn)抽油泵及抽油管柱腐蝕斷脫現(xiàn)象，從而影響了原油的正常生產(chǎn)，不利于本項技術(shù)的推廣與應用。造成此現(xiàn)象的主要因素是CO2、氧氣、油藏的pH值等。因此有必要對其腐蝕機理及其防護措施進行研究。

1 原油反應特性試驗

曙光油田稠油為研究對象，通過高溫高壓反應釜靜態(tài)模擬實驗，研究了注空氣低溫氧化過程中的氧含量及其它氣體產(chǎn)物的變化情況。不同溫度和壓力下空氣與稠油靜態(tài)反應3 d后產(chǎn)出氣體的組成見表1。

試驗發(fā)現(xiàn)：曙光油田稠油低溫氧化反應[1]的溫度低于300 ℃，峰值溫度為250 ℃；反應氣體產(chǎn)物主要是余O2、CO2和CO，并有少量烴氣、SO2和H2S生成，余氧濃度一般低于4%。

2 腐蝕機理

2.1 O2腐蝕機理

影響注空氣腐蝕的有注入空氣壓力、流速及其溫度等主要因素[2]由表2可見，注入空氣參數(shù)對N80掛片腐蝕速率有較顯著影響。促進腐蝕作用有空氣注入流速和壓力， 在常壓狀態(tài)下，當空氣流速由0突增為1.5 L/min時，腐蝕速率則從0.021 mm/a猛增到1.000 mm/a，增加了46.6倍。當空氣注入壓力由常壓增到5.0 MPa時，腐蝕速率則從0.021 mm/a激增至1.840 mm/a， 每年增加了1.819 mm。當空氣溫度為50 ℃時，壓力變化對試驗材料的腐蝕速率影響不顯著；當溫度和壓力同時增加， 腐蝕速率略有增加，氧在腐蝕介質(zhì)中的擴散速率加快與氧分壓的增大有關(guān)。

2.1.1 空氣濕度對腐蝕的影響

水蒸汽在空氣中的含量，對鋼材的腐蝕影響較大。由圖1可見， N80掛片隨空氣中水含量增加，腐蝕速度同時也在加快；當含水量超過50 mL后的腐蝕速率由弧線轉(zhuǎn)為直線上升；當空氣中水含量達到飽和后，腐蝕速率達到最大為0.173 m/a， 比在干燥空氣環(huán)境中的腐蝕速率0.003 mm/a 增大0.170 mm/a。

2.2 CO2腐蝕機理

鋼鐵在CO2 水溶液中的腐蝕總反應[3]可表示為：

CO2+H20+Fe ? FeCO3+H2

據(jù)有關(guān)試驗表明，二氧化碳腐蝕通常表現(xiàn)為沉積物底部的局部腐蝕和全面腐蝕兩者共存。結(jié)垢物CaCO3及腐蝕產(chǎn)物FeCO3或在鋼鐵表面不同區(qū)域有不同的生成物膜且覆蓋度不同，在不同覆蓋度的區(qū)域之間形成具有很強自催化特性的腐蝕電偶， 自催化腐蝕電偶作用導致CO2 的局部腐蝕。

2.2.1 二氧化碳腐蝕的影響因素

（1）二氧化碳腐蝕的受影響的一個十分重要影響因素是溫度，依據(jù)CO2產(chǎn)生腐蝕機理將其溫度區(qū)間[4]分為三個：

當溫度小于60 ℃時，由于產(chǎn)物是不致密腐蝕膜，所以隨溫度的增加腐蝕速率而增大。中溫區(qū)為100 ℃上下的，由于產(chǎn)生粗松的FeCO3 結(jié)晶膜，所以使導致更加嚴重局部腐蝕，腐蝕速率達到該條件下的極大值。當溫度高于150 ℃為高溫區(qū)，由于產(chǎn)生了細致緊密且附著力強的的FeCO3 和Fe3O4 膜，從而弱化了腐蝕的進行，腐蝕速率大大降低。

（2）二氧化碳分壓的影響

二氧化碳分壓是影響CO2 腐蝕的一個主要參數(shù)。據(jù)有關(guān)試驗表明PCO2> 0.2 MPa腐蝕環(huán)境 為二氧化碳。稠油和超稠油生產(chǎn)過程中溫度均在100 ℃及以上范圍內(nèi)因此本文只考慮中高溫度的CO2腐蝕情況。當處在在中溫區(qū)域時， 腐蝕速度的加快是二氧化碳分壓的增大導致的結(jié)果，這是因為雖然此時膜形成，但是因為此時膜質(zhì)地厚而松疏，沒有防護性。據(jù)有關(guān)試驗表明在高溫區(qū)域，：當PCO2= 3. 0 MPa時的腐蝕速率要比PCO2= 0. 1 MPa時的腐蝕速率慢很多，這是由于FeCO3 保護膜的形成，在高的二氧化碳分壓下最為有利。

（3）氧氣的影響

據(jù)有關(guān)試驗表明， 在二氧化碳和氧氣的共同存條件下，會加快氧化腐蝕速度，不利于原油正常生產(chǎn)，使生產(chǎn)成本有所提高，增加了作業(yè)頻率。在二氧化碳腐蝕過程中，氧氣起到很大的催化作用。當保護膜未在鋼鐵表面形成時， 腐蝕速度隨O2 的含量增加而加速，當保護膜在鋼鐵表面已生成時， 腐蝕速度與氧氣的含量多少關(guān)系不大，幾乎起不到什么作用。而在氧的飽和溶液中，CO2主要起催化作用會使腐蝕速率大大提高。

2.3 空氣與原油反應對原油酸值影響

稠油經(jīng)氧化后， 從反應后尾氣組成成份來看， 尾氣中氧含量降低，稠油氧化后，氧在尾氣中含量最低， 可見稠油與氧氣的反應是吸氧反應， 稠油被氧化為相應的醇、醛、酮及其羧酸衍生物， 消耗了空氣中的O2，使稠油的酸值增加。如下表所示隨著反應時間的延長及反應溫度的長升提高原油的酸值提高了（如表3所示）。

3 防范措施

3.1 設計階段

在選擇措施井時候?qū)掠筒剡B通情況進行初步了解，對容易發(fā)生氣竄的油井，作出告知或者避開易竄油井。如果避不開就要對其中的容易氣竄的油井作為重點井進行監(jiān)控，并采取必要發(fā)防護措施。

3.2 注空氣本井

（1）通過優(yōu)化設計使注空氣對注氣管柱影響最?。蛔⒖諝饩谧⑷腚A段采用射流攜液器將金屬催化劑及緩蝕劑注入到油層中，解決了由于相滲差異導致空氣去向與催化劑、緩蝕劑去向不完全一致、催化劑利用率低、緩蝕效果差等難題，影響空氣調(diào)剖效果；同時在金屬催化劑或緩蝕劑中加入助劑使之原油中的醇、醛、酮及其羧酸衍生物反應生成表面活性劑，對原油起到一定的降粘作用，以降低原油的酸值，減少其對油藏中管柱的腐蝕。

（2）在空氣雨季濕度較大的時，對空氣采取除溫措施以減少注氣過程中對注氣管柱的腐蝕；

（3）對部分周圍監(jiān)測井中氧氣及二氧化碳超標的井采用加緩蝕劑（咪哇琳衍生物與硫脈復合劑）的方法，由套管閥門注入，在井底經(jīng)抽油泵將混合均勻帶有緩蝕劑原油從抽油泵返出，使其在油管的內(nèi)外壁及套管內(nèi)壁均勻分布，使其在鋼材表面形成保護膜，可以使井下管柱與井下腐蝕介質(zhì)之間相互隔絕不接觸；

（4）在注空氣輔助吞吐區(qū)域打新井時，新井套管采用耐腐蝕、耐高溫氧化性能勝于13Cr不銹鋼、遠遠高于N80的鎳基合金復合電鍍特種油管（性價比相對較高）。

3.3 周圍臨井

為了保證注空氣措施的安全實施，在以注空氣井為中心，以100 m井距為半徑劃圓，100 m內(nèi)的為一線井，100到200 m的為二線井，200到300 m的為三線井進行套管氣含氧量監(jiān)測，以防止氧氣含量超標發(fā)生井筒爆炸。通過對周圍一、二、三線井的套管氣氧氣含量監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果顯示在普通過稠油區(qū)塊其含量在0.00%～0.33%之間，套壓在0.00～0.000 1 MPa之間，此值均在安全范圍內(nèi)。為了保證生產(chǎn)正常進行，現(xiàn)場采用了套管氣在線自動監(jiān)測系統(tǒng)，對出現(xiàn)超過警戒值油井采取措施。在油套環(huán)形空間加入緩蝕劑，以減輕其對油套管及深井泵的影響。

3.4 注空氣井生產(chǎn)階段

注蒸汽后燜井放噴時，監(jiān)測從油井放出流體中的O2及CO2含量，當O2含量超過3%時控制放噴速度，以防止放噴過程中由于放噴速度過大而引起油井出砂，而引起砂子與油套管壁碰撞產(chǎn)生火花進而引起井筒爆炸，當氧氣含量降到安全值時方可下泵（采用耐腐蝕性能較高的深井泵）生產(chǎn)，當O2及CO2含量較高時采用從油套環(huán)形空間注入緩蝕劑，以減輕泵的不良因素對泵的影響；

4 結(jié) 論

注空氣輔助蒸汽吞吐通過大規(guī)模工業(yè)現(xiàn)場試驗在采取采取一定的技術(shù)措施，可以減少其對管柱的不良影響，能夠在注空氣保證油管、套管、深井泵的安全。

參考文獻：

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