魏亮亮 雷文慧 賈佳 白興家 張龍

延長(zhǎng)石油集團(tuán)油氣勘探公司延長(zhǎng)氣田采氣四廠 陜西 延安 716000

1 目的及意義

延長(zhǎng)氣田產(chǎn)出水成分復(fù)雜多樣，含有大量的殘留油污、有機(jī)質(zhì)、腐蝕成垢因子、微生物以及其他鈉、鎂、鈣等無(wú)機(jī)離子，而且礦化度高達(dá)20×104以上，一般維持在2000～300000mg/L之間。尤其在酸化壓裂的區(qū)塊采出地層水中含有大量腐蝕性很強(qiáng)的離子，導(dǎo)致井筒和地埋管線面臨腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，由于這些區(qū)塊采出水通常在集輸管網(wǎng)及站內(nèi)設(shè)備內(nèi)流動(dòng)、儲(chǔ)存，氣田產(chǎn)出水中的酸性因子觸碰到的集輸管線和分離器的內(nèi)壁，因此會(huì)加劇管網(wǎng)內(nèi)壁的腐蝕速度，造成管網(wǎng)由內(nèi)向外發(fā)生點(diǎn)腐蝕，致使氣田管網(wǎng)泄漏，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)危害。

在當(dāng)前油氣田生產(chǎn)過(guò)程中，腐蝕問(wèn)題特別是酸性氣體腐蝕變得越來(lái)越突出，通過(guò)研究相關(guān)氣井的腐蝕現(xiàn)狀及原因，研制和優(yōu)選適合延長(zhǎng)氣田緩蝕劑，制定防腐工作制度，建立腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠有效降低腐蝕速率，延長(zhǎng)管柱使用壽命，避免資源浪費(fèi)，為延長(zhǎng)氣田后期天然氣開(kāi)采提供防腐蝕技術(shù)保障。

2 延長(zhǎng)氣田氣樣分析

對(duì)延某區(qū)塊采集的生產(chǎn)井的天然氣氣體組分，參考實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 13610—2003天然氣的組成分析》，采用氣相色譜法測(cè)定天然氣組分分析，從分析表可以看出，顯示除常規(guī)甲烷成分外，還含有少量CO2氣體，CO2等酸性氣體的含量在1.52%～4.78% （體積分?jǐn)?shù)，下同）之間，會(huì)產(chǎn)生腐蝕。

3 氣井腐蝕現(xiàn)狀

3.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研

對(duì)延氣2和延128井區(qū)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)多數(shù)套管有不同程度的腐蝕，套管接口處的螺紋槽存在缺損和磨平現(xiàn)象，這對(duì)套管固定有嚴(yán)重影響，存在安全隱患。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)掛片（空白試驗(yàn)）

為了更好地了解氣井的腐蝕狀況，自制了腐蝕測(cè)試掛具，該掛具裝置了N80、16Mn和20#鋼等3種不同材質(zhì)的鋼片。將該掛具由氣井采氣樹(shù)的7號(hào)閥掛入，掛入時(shí)間為2021年10月17日—2022年3月17日。對(duì)試驗(yàn)掛片進(jìn)行試驗(yàn)前和試驗(yàn)后處理，稱重，計(jì)算腐蝕速率，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)掛片結(jié)果（空白試驗(yàn)）

從表1可知：

（1）發(fā)現(xiàn)掛片表面存在大量的腐蝕物，表面均有不同程度的腐蝕，部分掛片顯示出坑蝕痕跡，說(shuō)明這些氣井均存在不同程度腐蝕；

（2）3種不同材質(zhì)掛片腐蝕情況不一，16Mn腐蝕最為嚴(yán)重，N80較輕微，而20#介于兩者之間。

3.3 掃描電鏡（SEM）和能量色散譜儀（EDS）分析

為了更深入地了解試片表面腐蝕情況，對(duì)掛片進(jìn)行了掃描能譜分析和電鏡分析，通過(guò)對(duì)生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析表明：（1）掛片本身和附著物中存在碳、氧、鐵等3種主要元素，也存在部分硅、氯等其他元素；（2）金屬元素是來(lái)自掛片本身材料，而其他部分則來(lái)自附著的腐蝕產(chǎn)物，如鐵元素，通過(guò)X射線衍射（XRD）檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其腐蝕產(chǎn)物存在形式為FeCO3、Fe2O3或FeO（OH）；（3）氧元素主要來(lái)自FeCO3、Fe2O3或FeO（OH）等腐蝕產(chǎn)物，但掛片部分氧元素含量較高，很可能是因?yàn)閽炱〕龊箝L(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，被氧化的可能；（4）硫元素可能來(lái)自產(chǎn)出氣的H2S，但因?yàn)槲⒑驓馓?，所以含量極少，說(shuō)明有可能存在輕微的H2S腐蝕。（5）硅、氯元素應(yīng)主要來(lái)自產(chǎn)出氣帶出的結(jié)晶的無(wú)機(jī)鹽和地層巖石粉粒。

4 緩蝕劑現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)

延長(zhǎng)集輸管線及油套管使用壽命的主要方法目前采取的主要措施是加注緩蝕劑。加注合適的緩蝕劑、不同時(shí)機(jī)、不同方式是緩蝕劑發(fā)揮最佳防腐性能的保障。

4.1 加注方式選擇

延長(zhǎng)氣田如何加注緩蝕劑，主要是根據(jù)緩蝕劑的性能和生產(chǎn)井的工況而定，通常有以下3種方式：

① 周期性加注。不同注入時(shí)間的周期是根據(jù)緩蝕劑在管線、設(shè)備表面形成的緩蝕劑保護(hù)膜的程度而定的，保護(hù)膜越穩(wěn)固2次加注時(shí)間間隔就越久。

② 連續(xù)式加注。緩蝕劑主要是通過(guò)井口壓力表注入油管或通過(guò)油套環(huán)空注入氣井，油套環(huán)空加注方式幾乎對(duì)生產(chǎn)無(wú)影響。這種方法可以持續(xù)不斷在集輸管線中添加，能夠保持緩蝕劑保護(hù)膜的持久、完整，這種注入方式可以很好地保護(hù)集輸管線，一般采用這種方式。

③ 擠壓式加注。緩蝕劑在油氣田生產(chǎn)過(guò)程中因氣體流動(dòng)沖刷，導(dǎo)致不斷脫附，并隨產(chǎn)出液被一同帶出井筒為達(dá)到比較理想的保護(hù)作用，應(yīng)保證生產(chǎn)過(guò)程中緩蝕劑的濃度長(zhǎng)期固定。

4.2 緩蝕劑加注位置的選擇

① 集輸管線緩蝕劑加注位置選擇

集輸管線中加注緩蝕劑時(shí)多采用移動(dòng)式滴定罐，通過(guò)罐與引射器高度差所產(chǎn)生的壓差將緩蝕劑滴入引射器噴嘴前的環(huán)形部位，緩蝕劑在噴嘴出口處擠壓隨高速流體注入到管線內(nèi)壁。

② 生產(chǎn)井緩蝕劑加注位置選擇

生產(chǎn)井緩蝕劑加注位置選擇在采氣樹(shù)壓力表處，向油套環(huán)空加注緩蝕劑或加注到油井根部（篩管以下）。這樣不但可以有效的保護(hù)氣井套管（內(nèi)壁）和油管內(nèi)外表面及井下工具串。

③ 外輸管線緩蝕劑加注位置選擇

外輸管線加注2位置最好選擇用站內(nèi)隔膜式計(jì)量泵注入，通過(guò)站內(nèi)預(yù)留緩蝕劑加注管線，直接連接到外輸管線上。具體的操作步驟為：先啟動(dòng)隔膜式計(jì)量泵，再快速啟動(dòng)注水泵，從而保證注入水中含有一定濃度的緩蝕劑。

4.3 試驗(yàn)氣井加劑掛片試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)2口試驗(yàn)井采用不同的緩蝕劑加注，試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)加緩蝕劑試驗(yàn)掛片進(jìn)行試驗(yàn)前和試驗(yàn)后處理，稱重，計(jì)算腐蝕速率，結(jié)果如表2所示。

表2 加緩蝕劑試驗(yàn)掛片結(jié)果

5 結(jié)論與建議

分別對(duì)延氣2和128兩個(gè)井區(qū)的13口氣井產(chǎn)出水和混合水進(jìn)行水質(zhì)分析，結(jié)果表明氣井水質(zhì)差異較大，產(chǎn)出水的礦化度及組成也在一定范圍內(nèi)波動(dòng)變化。

現(xiàn)場(chǎng)氣樣中CO2氣體的含量在1.52%～4.78% 之間。按各個(gè)氣井各種的套壓計(jì)算可以得到，現(xiàn)場(chǎng)井口CO2分壓值介于0.169～0.601MPa之間，絕大部分大于0.34MPa，根據(jù)De Waard預(yù)測(cè)模型推測(cè)，試驗(yàn)井均存在中等程度以上腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）采氣管線內(nèi)壁腐蝕及沉積物大致由Fe2O3、FeCO3、FeO、CaCO3、BaSO4、可溶性無(wú)機(jī)鹽、泥砂等不可分解物組成。從腐蝕附著物的組分及含量分析，主要是由鋼鐵等材料的厭氧腐蝕（Fe2O3、FeO等）、水解和碳酸鹽（Fe2O3、FeCO3、FeO等）等無(wú)機(jī)鹽的電化學(xué)腐蝕為主。具體腐蝕程度與情況是根據(jù)管線內(nèi)部輸送介質(zhì)的不同而稍有不同，無(wú)規(guī)律性可言。根據(jù)以上結(jié)果分析可初步判定，延長(zhǎng)氣田的氣井腐蝕主要是CO2等酸性氣體腐蝕和溶解鹽的腐蝕。

（4）在試217-1、試232、這2口腐蝕相對(duì)較為嚴(yán)重的氣井掛入N80、20#、16Mn等3種材質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)掛片進(jìn)行加藥前后對(duì)比，研究結(jié)果表明：加入緩蝕劑可以有效緩減油套管腐蝕速率。