李淑杰 楊祖國(guó) 何龍 孫柏林（西北油田分公司 新疆 烏魯木齊 830011）

1 注氣替油結(jié)垢現(xiàn)狀

隨著油田發(fā)展的需要，在注水替油后期通過(guò)注氣，對(duì)處于構(gòu)造高部位，“閣樓油”儲(chǔ)量高的殘丘類(lèi)潛力井，底水未波及剩余油井，水平井封擋剩余油類(lèi)潛力井等進(jìn)行注氣驅(qū)替[1]。目前塔河油田注氣替油工藝主要采用膜制氮技術(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的制氮車(chē)進(jìn)行制氮，要求氮?dú)饧兌葹?5%-99%。由于技術(shù)的限制，主要采取氣水混注，以維持注入壓力在允許范圍之內(nèi)。但是注氣替油后，相應(yīng)出現(xiàn)油管、大小柱塞、抽油桿結(jié)垢現(xiàn)象和油管表面腐蝕、油管上部出現(xiàn)明顯褐紅色鐵銹現(xiàn)象。

由于以上原因，本研究中對(duì)腐蝕垢樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析和能譜分析，探討油井腐蝕結(jié)垢原因，以期達(dá)到為油田預(yù)防井筒腐蝕結(jié)垢找到合理的對(duì)策，盡可能減少腐蝕結(jié)垢造成的損失。

2 注氣替油井垢樣成分分析

針對(duì)注氣替油過(guò)程中造成的油井腐蝕結(jié)垢問(wèn)題，取用塔河一區(qū)TK672井內(nèi)抽油桿上刮下來(lái)的垢樣樣品，目測(cè)垢樣外觀呈黑色片狀，通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)其垢樣成分。

2.1 實(shí)驗(yàn)室成分分析

2.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

本實(shí)驗(yàn)主要測(cè)定可揮發(fā)組分含量，灼燒殘余物含量，膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量，酸溶物含量。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

儀器：電子天平（精確到0.1mg）、烘箱、馬弗爐、電熱套、索氏抽提器、坩堝、坩堝鉗、研缽、普通漏斗、1mL移液管、錐形瓶、燒杯、濾紙、容量瓶若干。

藥品：鹽酸（分析純）、氯仿（分析純）、蒸餾水。

2.1.3 樣品預(yù)處理

取20g垢樣，充分研磨備用。

2.1.4 實(shí)驗(yàn)方法

⑴可揮發(fā)組分測(cè)定：取10-15g已研磨垢樣，稱(chēng)重。在105℃烘箱中烘干至恒重，放在干燥器中冷卻至室溫后稱(chēng)重。確定可揮發(fā)物（水和少量輕烴）百分含量。

⑵有機(jī)物測(cè)定：稱(chēng)取烘后垢樣0.5-1g于試管中，用氯仿抽提垢樣48h。抽提后剩下的垢樣干燥，稱(chēng)量。計(jì)算膠質(zhì)瀝青質(zhì)等有機(jī)物百分含量。

⑶酸溶物測(cè)定：取上述抽提后樣品1-2g垢樣于試管中，加入適量的1：1鹽酸在70℃水浴中充分溶解1-2h，至無(wú)氣泡產(chǎn)生。過(guò)濾，用蒸餾水沖洗濾紙至中性，烘干。稱(chēng)重計(jì)算酸溶物百分含量。

2.1.5 結(jié)果討論

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以知道該垢樣成分為可揮發(fā)組分H2O和部分輕烴占2.09%；無(wú)機(jī)物和泥砂占94.71%，膠質(zhì)瀝青質(zhì)的有機(jī)物占3.20%。其中酸溶物占85.82%；泥沙等不溶物為8.89%。從而判斷垢樣的主要成分為酸可溶物。垢中的泥沙和有機(jī)質(zhì)是在成垢時(shí)裹進(jìn)去的夾雜物。

2.2 能譜分析垢樣元素組成

從元素分析中，也可以得出垢樣的主要元素為鐵含量最高，從而推斷在垢樣中鐵的腐蝕產(chǎn)物較多，對(duì)生產(chǎn)中造成了腐蝕傷害。綜上推測(cè)：注氣替油井腐蝕結(jié)垢垢樣大部分為酸可溶物，可能為鐵的氧化物為主，同時(shí)存在著酸可溶的鈣、鎂垢及一些有機(jī)質(zhì)（。如表1）

3 結(jié)垢原因分析

3.1 腐蝕結(jié)垢原因

通過(guò)對(duì)比注液氮替油、注水替油、氣水混注工藝的腐蝕結(jié)垢可知（表2），單純注液氮沒(méi)有發(fā)現(xiàn)腐蝕結(jié)垢現(xiàn)象，氣水混注腐蝕結(jié)垢現(xiàn)象最嚴(yán)重。由此推測(cè)，注氣替油井腐蝕結(jié)垢的主要原因可能是由于氮?dú)饧兌炔粔?，其中含溶解氧，過(guò)多的氧加速了腐蝕結(jié)垢。

表1 垢樣中所含有元素的質(zhì)量百分比（%）

表2 不同工藝條件下腐蝕結(jié)垢情況

注入的油田水礦化度較高，含有Ca2+、Mg2+、Cl-等離子，也為腐蝕結(jié)垢提供了環(huán)境。綜合考慮，井筒腐蝕主要原因可能是注氣替油過(guò)程注入氮?dú)庵腥芙獾牟糠盅跫涌炝烁g。

3.2 鐵腐蝕物的成因

注氣替油造成的井筒腐蝕是一種電化學(xué)腐蝕，鐵與氧形成兩個(gè)電極，形成腐蝕電池。

化學(xué)反應(yīng)（有水無(wú)水均可發(fā)生）4Fe+3O2=2Fe2O3

電化學(xué)反應(yīng)（有水環(huán)境） Fe-2e→Fe2+

氧濃差電池腐蝕：垢下點(diǎn)蝕或縫隙腐蝕。在含O2和高Cl-鹽水強(qiáng)腐蝕環(huán)境下，金屬表面會(huì)發(fā)生嚴(yán)重鐵腐蝕現(xiàn)象。鐵的電極電位總比氧的電極電位低，所以在鐵、氧腐蝕電池中，鐵是陽(yáng)極，容易遭到腐蝕，溶解氧起陰極去極化作用，是引起鐵腐蝕的主要因素，故稱(chēng)為氧腐蝕[2]。Fe(OH)2是不穩(wěn)定的，容易進(jìn)一步產(chǎn)生Fe(OH)3和Fe3O4。O2的引入對(duì)腐蝕起加速作用，即使在濃度非常低(＜1ppm)的情況下，它也能導(dǎo)致嚴(yán)重的腐蝕[3]。

3.3 碳酸鹽垢形成機(jī)理

當(dāng)注氣攜入大量氧，其影響如下：O2+2H2O+4e→4OH

OH-可消耗大量H+，促使反應(yīng)向生成CaCO3沉淀的方向發(fā)展，在偏酸性地層水(pH=5.5-7.0)條件下，金屬Fe易被腐蝕，隨著O2的作用，pH升高，促進(jìn)了氫氧化鐵沉淀的形成。

4 結(jié)垢治理建議

4.1 當(dāng)一定量的氧伴隨注氣替油不可避免的存在時(shí)，可通過(guò)加入化學(xué)藥劑進(jìn)行除氧，注入氮?dú)庠诘孛嫱ㄟ^(guò)除氧裝置后進(jìn)入井筒，從而降低氧的含量。可考慮在燜井過(guò)程中，可適當(dāng)加入除氧劑，如硫化亞鐵、聯(lián)氨及新型的二甲基酮肪等[4]。

4.2 由于在膜制氮注氣過(guò)程中，采取氣水混注，從而為氧腐蝕提供水相環(huán)境，加快腐蝕速率。在注氣結(jié)束后需要用水做頂替液，然后燜井?？紤]燜井過(guò)程中氧在水相環(huán)境下與油管等得到充分接觸，促進(jìn)了腐蝕結(jié)垢。因此可以考慮用稀油代替水作為頂替液，從而避免在燜井過(guò)程中，有水的條件下，造成腐蝕結(jié)垢加重。

[1]王霞，魏紅霞.鍋爐的氧腐蝕及對(duì)策.河北化工[J].2007,30(7)：52-53.

[2]胡仁道.肟類(lèi)除氧劑及其應(yīng)用.華東電力[J].2000(8)：63-65.