龐 靜，郭振華，李 鑫，于昕東

（延長油田股份有限公司 七里村采油廠，陜西 延安 717111）

在各大油田生產(chǎn)開發(fā)的中后期階段，油井的采出液含水率一般都會出現(xiàn)快速升高的現(xiàn)象，這就會導致采出液的腐蝕性增強，油井管柱長期與此類采出液接觸，不可避免的會產(chǎn)生一定的腐蝕現(xiàn)象[1-4]。隨著腐蝕環(huán)境的逐漸惡化，油井管柱會出現(xiàn)腐蝕穿孔，甚至斷裂的情況，這不僅嚴重影響油井的生產(chǎn)效率，而且縮短了油井的檢修周期，增大了安全隱患，大大增加了油田的整體生產(chǎn)成本[5-9]。因此，針對此類油田油井管柱的腐蝕原因進行分析，找出影響管柱腐蝕的主要因素，有針對性的提出相應的防腐蝕措施建議，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

延長油田某采油廠經(jīng)過長期的注水開發(fā)后，目前，已經(jīng)進入中高含水期開發(fā)階段，部分油井含水率高達80%以上，并且井筒采出液中含有一定量的CO2等酸性氣體，對井下管柱、套管、抽油桿、抽油泵以及其他井下工具都具有較強的腐蝕性，由此而引起的油井管柱腐蝕問題逐漸增大[10-15]。近年來，該采油廠部分油井檢修周期逐漸縮短，每年由于腐蝕問題而導致的套管穿孔、油管漏失、泵漏失以及活塞斷裂等問題頻繁發(fā)生，這不僅嚴重制約了油井的正常生產(chǎn)開發(fā)，還帶來了嚴重的安全隱患，造成了巨大的經(jīng)濟損失，嚴重影響延長油田的安全高效生產(chǎn)。因此，急需針對延長油田油井管柱腐蝕問題開展相關(guān)研究，提出有效的防腐蝕措施建議。本文以延長油田某采油廠油井管柱為研究對象，室內(nèi)采用掛片失重法實驗對油井管柱腐蝕的影響因素進行了評價，并優(yōu)選出了合適的緩蝕劑，為提高延長油田油井的生產(chǎn)效率提供一定的技術(shù)支持。

1 延長油田油井管柱腐蝕原因分析

通過對延長油田現(xiàn)場油井管柱腐蝕情況調(diào)研分析，并結(jié)合相關(guān)室內(nèi)實驗結(jié)果，認為延長油田油井管柱腐蝕主要受采出液含水率、礦化度、pH值、CO2含量、溫度以及流速等因素的影響。因此，室內(nèi)采用靜態(tài)掛片失重法實驗評價了以上因素對延長油田油井管柱鋼材腐蝕速率的影響，腐蝕介質(zhì)采用延長油田現(xiàn)場采出液，實驗用鋼片采用現(xiàn)場油管加工而成，鋼材材質(zhì)為N80。

1.1 采出液含水率的影響

首先，評價了采出液含水率對延長油田油井管柱鋼材腐蝕速率的影響，固定其他實驗條件：采出液礦化度均為25000mg·L-1、pH值均為6、CO2分壓均為0.5MPa、溫度均為50℃、流速均為0.5m·s-1。實驗結(jié)果見圖1。

圖1 采出液含水率對腐蝕速率的影響Fig.1 Effect of water content of produced fluid on corrosion rate

由圖1可知，隨著采出液中含水率的不斷增大，延長油田油井管柱鋼材的腐蝕速率呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，當采出液含水率增大至90%時，腐蝕速率可以達到0.872mm·a-1。這是由于采出液中含水率越高，腐蝕實驗過程中鋼片金屬表面與水相接觸的面積越大，從而增大了鋼材的腐蝕速率。

1.2 采出液礦化度的影響

評價了采出液礦化度對延長油田油井管柱鋼材腐蝕速率的影響，固定其他實驗條件：采出液含水率均為80%、pH值均為6、CO2分壓均為0.5MPa、溫度均為50℃、流速均為0.5m·s-1。實驗結(jié)果見圖2。

圖2 采出液礦化度對腐蝕速率的影響Fig.2 Effect of salinity of produced fluid on corrosion rate

由圖2可知，隨著采出液礦化度的逐漸升高，延長油田油井管柱鋼材的腐蝕速率逐漸增大，當采出液礦化度升高至40000mg·L-1時，腐蝕速率可以達到0.719mm·a-1。這是由于采出液中礦化度越高，其帶電離子的濃度就越高，使溶液的導電性能增強，從而可以使腐蝕電極反應的進程加快，導致腐蝕速率增大。

1.3 采出液pH值的影響

評價了采出液pH值對延長油田油井管柱鋼材腐蝕速率的影響，固定其他實驗條件：采出液含水率均為80%、礦化度均為25000mg·L-1、CO2分壓均為0.5MPa、溫度均為50℃、流速均為0.5m·s-1。實驗結(jié)果見圖3。

圖3 采出液pH值對腐蝕速率的影響Fig.3 Effect of pH value of produced fluid on corrosion rate

由圖3可知，隨著采出液pH值的逐漸升高，延長油田油井管柱鋼材的腐蝕速率呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，當采出液pH值升高至10時，腐蝕速率可以降低至0.319mm·a-1，與采出液pH值為3時的腐蝕速率相比，降低幅度較大。這是由于pH值的增大一般會使溶液中的H+含量減少，從而降低H+去極化的電化學反應速率，進而使金屬表面的腐蝕速率降低。

1.4 采出液中CO2含量的影響

評價了采出液CO2含量對延長油田油井管柱鋼材腐蝕速率的影響，固定其他實驗條件：采出液含水率均為80%、礦化度均為25000mg·L-1、pH值均為6、溫度均為50℃、流速均為0.5m·s-1。實驗結(jié)果見圖4。

圖4 采出液中CO2含量對腐蝕速率的影響Fig.4 Effect of CO2 content in produced fluid on corrosion rate

由圖4可知，隨著采出液中CO2含量的逐漸升高，延長油田油井管柱鋼材的腐蝕速率逐漸增大，當采出液中CO2含量達到1MPa時，腐蝕速率可以增大至1.542mm·a-1，與不含CO2時相比顯著增大。這是由于采出液中CO2含量越高，游離的CO2會與水分子形成H2CO3，降低了采出液pH值的同時，還會在金屬鋼材表面形成腐蝕電池反應，從而增大了腐蝕反應的速率。

1.5 溫度的影響

評價了實驗溫度對延長油田油井管柱鋼材腐蝕速率的影響，固定其他實驗條件：采出液含水率均為80%、礦化度均為25000mg·L-1、pH值均為6、CO2分壓均為0.5MPa、流速均為0.5m·s-1。實驗結(jié)果見圖5。

由圖5可知，隨著實驗溫度的不斷升高，延長油田油井管柱鋼材的腐蝕速率呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，當溫度升高至70℃時，腐蝕速率可以增大至1.154mm·a-1。這是由于當腐蝕實驗的溫度逐漸增大時，采出液中的水相對金屬鋼材表面的電極化腐蝕速率逐漸加快，并且溫度越高，采出液中氧的擴散速率就越快，從而使腐蝕反應的速率增大。

圖5 實驗溫度對腐蝕速率的影響Fig.5 Effect of experimental temperature on corrosion rate

1.6 流速的影響

評價了實驗流速對延長油田油井管柱鋼材腐蝕速率的影響，固定其他實驗條件：采出液含水率均為80%、礦化度均為25000mg·L-1、pH值均為6、CO2分壓均為0.5MPa、溫度均為50℃。實驗結(jié)果見圖6。

圖6 實驗流速對腐蝕速率的影響Fig.6 Effect of experimental flow rate on corrosion rate

由圖6可知，隨著實驗流速的不斷增大，延長油田油井管柱鋼材的腐蝕速率逐漸增大，當實驗流速達到1m·s-1時，腐蝕速率可以達到0.872mm·a-1，與流速為0m·s-1時相比顯著增大。這是由于實驗流速越大，金屬鋼材表面越不易形成緊密的腐蝕產(chǎn)物膜，從而使金屬表面一直暴露在腐蝕介質(zhì)中，導致腐蝕速率逐漸增大。

綜合上述實驗結(jié)果可以看出，隨著采出液含水率、礦化度、CO2含量、實驗溫度和流速的逐漸升高，延長油田油井管柱鋼材的腐蝕速率均逐漸增大，而隨著采出液pH值的逐漸升高，延長油田油井管柱鋼材的腐蝕速率逐漸降低。

2 防腐措施研究

通過上述實驗結(jié)果，并結(jié)合延長油田現(xiàn)場實際情況，擬采用在油井管柱中添加緩蝕劑的措施來降低腐蝕速率，從而延長油井管柱的使用壽命。根據(jù)項目組前期研究結(jié)果，咪唑啉類緩蝕劑在延長油田油井管柱防腐中的效果較好，并且具有良好的適應性，咪唑啉類緩蝕劑還具有較低的生物毒性，能夠滿足當前的環(huán)保要求。

因此，室內(nèi)采取掛片失重實驗法對幾種咪唑啉類緩蝕劑的性能進行了評價，評價方法參照石油天然氣行業(yè)標準SY/T 5273-2014《油田采出水處理用緩蝕劑性能指標及評價方法》中的相關(guān)規(guī)定進行，以緩蝕率評價緩蝕劑的性能，實驗用鋼片使用延長油田油井管柱加工而成，實驗溫度選擇為50℃，實驗時間為7d，實驗結(jié)果見圖7。

圖7 不同類型緩蝕劑的緩蝕效率Fig.7 Inhibition efficiency of different types of inhibitors

由圖7可知，隨著緩蝕劑加量的不斷增大，3種不同類型的緩蝕劑對延長油田油井管柱鋼材的緩蝕效率均呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，其中緩蝕劑ND-F的緩蝕效率最高，當其加量為900mg·L-1時，緩蝕效率即可以達到95%以上，繼續(xù)增大緩蝕劑的加量，緩蝕效率基本不再增大，因此，綜合考慮經(jīng)濟因素等，推薦緩蝕劑ND-F的最佳使用量為900mg·L-1。緩蝕劑ND-F的加入能夠有效降低延長油田油井管柱的腐蝕速率，延長其使用壽命，為提高油井的生產(chǎn)效率提供良好的保障。

3 結(jié)論

（1）延長油田油井管柱腐蝕主要受采出液含水率、礦化度、pH值、CO2含量、溫度以及流速等因素的影響，隨著采出液含水率、礦化度、CO2含量、實驗溫度和流速的逐漸升高，腐蝕速率均逐漸增大，而隨著采出液pH值的逐漸升高，腐蝕速率則逐漸降低。

（2）咪唑啉類緩蝕劑ND-F能夠?qū)ρ娱L油田油井管柱鋼材起到良好的防腐蝕效果，當其加量為900mg·L-1時，緩蝕效率可以達到95%以上，可以有效降低油井管柱的腐蝕速率，延長其使用壽命，為綜合提高延長油田油井的生產(chǎn)效率提供保障。