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中原油田文23气田腐蚀因素及防护技术研究

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维普资讯 http://www.cqvip.com 第23卷第6期 2002年6月 腐蚀与防护 C()RR()SION PR()TECTI()N VoL 23 No.6 June 2002 。、。 、 l 0 謦 中原油田文23气田腐蚀因素与 防护技术研究 于在宽 ,赵先进。,王选奎 ,薛吉明。,李敏 (1.中原油气高新股份有限公司天然气产销厂.濮阳457000;2.中原油分公司采油T程技术研究院) 摘要:全面分析 文23气田产 气和水的组分.摸清了主要腐蚀因素及规律。针对性地研究了油溶型和水 溶型缓蚀剂的性能.选择效果好的缓蚀剂进行了现场试验。监测结果表明.缓蚀剂能有效地减缓气田腐蚀.缓蚀率 最高达9O 以上。 关键词:油田;腐蚀因素;防护技术 中图分类号:TE98 文献标识码:A 文章编号:1005—718X(2002)06—0263—04 ()RR()SI()N FACTORS AND PR()TE TION TEC H NOI OGY F()R WEN一2 3 GAS FIELD IN ZH()NGYUAN()II FIEI D YU Zai—kuan。,ZHAO Xian-jin ,WANG Xuan-kui ,XUE ji—ming .LI Min (1.Production and Sale Plant of Zhongyuan Oil& Gas High and New Tech.Co..I t d..Puyang 457000.China: 2.Oil Production Engineering Technology Institute.Zhongyuan Petrochemical Co..Ltd.) Abstract:The components of the products(gas and water)from Wen一23 gas field were analysedA corro— .sion index from the bottom/mouth/ground of the gas well was obtained.The performance of the oil—soluble and wa— ter-soluble inhibtors was studied.Some inhibitors have been used in the gas fieldThe best inhibition efficiencv is .higher than 90 . Key words:Oil field;Corrosion factor;Protection technology l文23气田腐蚀现状 文23气田是中原油田最大的一个气田,含气面 积1 2.2km:,地质储量149.4×10。m。。白1995年 文23气田井大面积产水以来,腐蚀逐渐加剧。截止 目前,已累计发现有1O口井(占总井数的42 )发 生管柱腐蚀穿孑L、断脱和套管腐蚀泄漏现象,造成重 大险情和巨大的经济损失。由于气井腐蚀已威胁到 文23气田的正常开采和安全生产,实施有效的防腐 措施已刻不容缓。 先对1O口气井多次取样分析化验,结果见表1。 表1气井井口取样分析计算结果 2腐蚀因素研究[ ] 2.1水质与天然气组分分析 在油田引起金属设备腐蚀的因素有溶解氧、 C(_=):、H:S、硫酸盐还原菌(SRB)等,另外高矿化污水 中存在的大量氯离子极易引起点蚀穿孔。 根据表1,可得出以下结论: (1)产出水pH值较低,最低为5.06,最高为5.72; (2)产 水中CO!含量较高,最高的达 1l 66mg/I ,最低的为200mg/I ; (3)不同层位井产 水矿化度不同,高的达3O ×10 mg/I ,低的只有几千mg/I ; (4)产 水中不含H!S或含有微量H!S(< ・ 天然气井的腐蚀是在产水后才出现的。因此首 收稿日期:2001-11-05;修订日期:2002—01-2O 263 ・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 于存宽等:中原油田文23气田腐蚀因素与防护技术研究 0.1mg/L),不含SRB。 在分析产 水水质后,分析了天然气组分中对 腐蚀有影响的C() 和H S。1O口气井产出气中 CO!含量一般在1 左右,分压在0.5~1.0kg/cm 之间,按照有关原则判断,属于“可能出现CO 腐 蚀”范围。 4口气井天然气中H S含量很低,一般小于 5mg/m。,国内外通过试验和使用证明,低于此浓度 不会产生H S腐蚀。 从上面水、气分析结果综合判断,文23气田腐 蚀主要是由CO 引起。 2.2腐蚀产物分析 对文23—1、文23—8两口井油管内壁腐蚀产物采 用X衍射、光电子能谱、扫描电镜能谱等手段进行 了产物组成分析。X衍射分析结果表明,文23 1井 腐蚀产物主要为FeC()。以及少量的氧化铁。文23— 8井腐蚀产物主要成分是FeC()。和少许FeS。利用 光电子能谱分析表明,文23—1井腐蚀产物中有()、 Fe、C、Ca元素。文23—8井腐蚀产物中有O、Fe、C、 Ca及少量的S元素。扫描电镜分析结果表明,文 23—1井腐蚀产物中含有Fe、Mn、Cr、Si,而文23—8井 为Fe、Cr、Zn、S。由于本方法不能检验出原子序数 小于8的元素,因此无法确定C和()的存在与否。 据分析,腐蚀产物中的金属元素应来自管材本身,而 Si元素应来自采出气带出的地层岩石粉粒,S元素 来自采 气的H S。 通过对上述三种方法监测的结果进行综合分 析,可以得出如下结论: 腐蚀产物的主要成分为FeCO3和CaCO ̄,显示 出气油管腐蚀与 _)!腐蚀有关。其中C( 来源于 天然气中的C ,而 。 则来自于经高压天然气物 化带出的含矿物质的地层水。由于井下产出气可视 为无氧体系,因此腐蚀产物中的铁的氧化物应为损坏 油管取出地面后暴氧腐蚀所致。文23—8井试样腐蚀 产物含有一定量FeS,说明该气井还含有H!S气体。 2.3模拟试验 为了解油管在环境中的腐蚀行为,进行了A3钢 在不同 分压下的腐蚀试验,试验结果列于表2。 表2 55℃。3%NaCI中不同CO2分压 与A3钢腐蚀速率的关系 CO2分压/MPa 腐蚀速率/mm・a- 常压下饱和 0.3 0.5 1.O 用表2中的数据,将lg 对lgP k作图,得 图1。 图1 55 ̄C,3%NaC1中・lgV与lg ’t 关系图 由图可知,在55℃,3 NaCI中,CO 分压从 0.3到1MPa,lgV-lgP l、为一直线,其斜率K一 0.56148。 在此条件下腐蚀速率随CO!分压升高而增大。 与De Waard Millisms公式lg 一0.671gP L+C基 本符合,即在此条件下碳钢腐蚀速率随P“ 升高而 增大,气井的CO 含量高,腐蚀严重。 2.4腐蚀因素灰关联分析[2] 为了进一步了解采气过程中生产条件,气、液相 介质组分对油管损坏作用的规律及程度,采用灰关 联分析方法并结合微机技术对原数据进行分析处 理,结果是灰关联分析r值的变化范围在0~1之 问,如果某因素的r越接近1,则表明该因素对腐蚀 正相关影响程度越大,即腐蚀速度随该因素变化而 变化的吻合度越大,反之亦然。 综合水质、天然气组分、腐蚀产物、腐蚀试验以 及腐蚀因素灰关联等分析的研究结果,可以得出如 下结论:文23气田属于基本不含H!S的非硫气田, 产出气中所含有CO 和水导致油管发生电化学腐 蚀,而产 气的冲蚀作用又加剧了这一过程,因此二 者的共同作用是造成油管穿孔的主要原因。 3腐蚀规律以及腐蚀预测方法研究[ ] 3.1气井含水量与CO2腐蚀的关系 有关C() 腐蚀,其腐蚀机理为:CO 与水存在 着平衡 CO2+H2O H2CO3— H一+HC( (1) 其中H一与Fe发生腐蚀反应 , 2H +Fe——Fe! +H2十 HCOa与Fe 发生沉淀反应 HCO3—一H +C(_); COi+Fe :==—FeCO3 故总腐蚀反应为 C()2+H2O+Fe——FeCO3 +H!十 (2) 由式(2)可以看出,没有水则CO 不能发生腐 维普资讯 http://www.cqvip.com 丁在宽等:巾原油田文23气田腐蚀因素与防护技术研究 蚀反应。研究发现,采 气含水量与腐蚀之间的关 系并非简单的线性芙系,而是如图2所示的中间高, 两边低的曲线关系,即只有当日产水达到0.5~ 2.3m。时,油管才 示出最大的腐蚀速度。对于这 种E1产水量大于2.3m。时速度反而下降的规律,研 究结果认为,其可能的机制是,在竖直的管道内,凝 析水吸附在管壁成膜并形成腐蚀。当水膜覆盖完 全,并且达到某一极限厚度时,腐蚀速度达到最大 值。如果进一步增加水膜的厚度,高速气流与管壁 间的剪切力以及直接冲击力会由于较厚水膜的缓冲 作用降低,流体对保护性腐蚀产物层的剥削力也相 应减小,从而形成水量增加腐蚀速度反而减小的现 象。象文23气田文23—3、6井气量高、产水少腐蚀 比较严重,文69 1、一2、一3井气量低、产水多反而腐蚀 较轻,就是其中的道理。 网2天然气 产水量 j油管腐蚀速率的关系曲线 3.2气井产出水矿化度与CO2腐蚀的关系 将表1原数据不同矿化度对腐蚀速率作图,可 得到关系曲线如图3所示。 图3凝析水中矿化度与腐蚀速率的关系曲线 预测模型:V =0.034 5.9l×10 j(直线l ) 预测值波动范围模型:V~一(0.034—5.9l×10 j,)±0.03 (图下部阴影区) 模型置信度:95 ()点坐标:IV 一0.076mm/a 一l_6×10 mg/L] 由图3可以看m,凝析水的总矿化度与腐蚀速 率呈负相关关系,即矿化度越高,腐蚀速度越低,并 O O O O O 0 O O O O O O 且当矿化度小于1.6 丝 x 10 mg/I∞ ∞  时 急速上升。 与此相同的情况还包括 1、K、Na一以及Ca!一等。 造成这种现象的原凶,根据有关文献资料的解释,是 由于凝析水中某些溶解物质对水具有缓冲作用,可 阻止pH降低,从而减小c()!的腐蚀。 3.3产气压力对C02腐蚀行为的影响 国外曾报道了一种根据CO 分压判断天然气一 凝析液井的腐蚀程度的预测方法,它们是: (1)分压超过2kg/cm!时,一般都表现 腐蚀; (2)分压在0.5~2kg/cm:时,可能有腐蚀; (3)分压低于0.5kg/cm 时,无腐蚀。 不过这种方法适用于气井产 水中不含矿物质 的情况。尽管如此,对于含有矿物质的产出水而言, 它们仍然遵循随C():的分压增大,腐蚀速率也增大 的这一普遍规律。 在研究灰关联分析结果时发现,产 水中C()! 的r值并非想象的那么大,为0.6511,在排序上甚 至位于S() 之后,显然这是不符合规律的。随后 的研究结果认为,产生这种误差的原因在于,供分析 计算的数据均来自井口而非井下。井F C()?分压 人,CO!溶解度也大,则腐蚀则相应增强,因此实际 r值应大于0.651 1。当井口pH一7.02~7.92时, 井下2000m处的pH一5.06。按此推测,文23气田 井口pH一5.06~5.92,那么井下的pH可能为3~ 4之问, 然,在这样的酸度条件下,油管的铁溶解 量应当是很大的。 3.4产出气的冲蚀危害 冲蚀危害主要表现在 个方面: (1)气相流体与管壁间的剪切力是造成界面金 属机械疲劳的原因之一。 (2)产 气携带l叶J的矿物质(如岩石粉末、腐蚀 产物碎粒等)对管壁的直接撞击。 (3)由冲蚀形成的“微坑”及“擦痕”,也为形成 众多的微腐蚀电池创造了条件。冲蚀力还能将具有 一定阻蚀作用的腐蚀产物层剥离带走,将活性金属 表面始终暴露于腐蚀性介质中,从而加剧了腐蚀。 流速的大小决定冲蚀破坏力的大小。对N80 油管在不同流速下的CO?腐蚀研究发现。当流速由 0.5m/s提高到17m/s时,腐蚀速度增加1倍,此时 若将CO!分压增加到0.1,0.5,1MPa,则V 依次 提高1倍。将原数据整理后得到产I叶J气流速与 关系,参见表3。 …随气流速的增加而增加。特别是当流速在 到100m/s附近, 。 急剧上升,由此可见冲蚀对油 ・ 265 ・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 于在宽等:中原油田文23气田腐蚀因素与防护技术研究 表3文23气田产出气流速与腐蚀速度的关系 管的危害程度。为此,在天然气输送过程中,一般都 将流速限定在15 ̄20m/s。当需要提高流量时必须 更换粗一点的管道。 4防腐蚀措施研究[4] 国内外油气田使用的防腐蚀措施很多,但对于 中原气田防腐蚀的技术,我们认为:对目前开采的气 井采取环空投加缓蚀剂的办法比较好。其优点是投 加工艺简单,效果好,成本较低。 4.1缓蚀剂的合成、筛选及性能评定 收集了国内用于油气井防腐的8种缓蚀剂: CT2—10,M1,M2,WS1—02,ZSY92—1,1901,CT2—1, 其中前6种属于水溶型缓蚀剂,后两种属于油溶型。 室内合成了两种油溶型缓蚀剂OS-1,0S-2。对这10 种缓蚀剂采用两种方法进行了评价。 方法1:静态、低温、低压。试验结果表明,水溶 型缓蚀剂中以WSI一02、ZSY92—1效果最好,油溶型 缓蚀剂以0S-2为最好,(见表4)。 表4 10种缓蚀剂在不同程度下的缓蚀率(%) 药剂 浓度/mg・I 方法2:采用高温、高压。试验结果与实际情况 比较吻合,从方法2的试验结果看:(见表5)。 表5 3种缓蚀剂在不同程度下的缓蚀率( ) (1)高温下不论是油溶还是水溶缓蚀剂都比低 温时的缓蚀率高,这是因为高温时缓蚀剂更容易在 金属表面吸附成膜,并比较牢固。 (2)油溶型缓蚀剂抑制CO 腐蚀的效果比水 溶型缓蚀剂更好一些。 4.2现场投加缓蚀剂试验 (1)试验范围 在文23气田选择1O口井进行 了3个月的现场加药试验。其中,6口井加油溶型 缓蚀剂O 2,2口井加水溶型缓蚀剂ZSY92—1,2口 井加水溶型缓蚀剂WSI一02。 (2)加药方案每口井预膜时一次性加入缓蚀 剂200kg。 不同的加药周期和加药浓度。按照两个加药周 期(15天、30天),四种加药浓度(0.25、0.5、0.75、 1.Okg缓蚀剂/每天・每万方气)进行试验。 (3)加药方式使用高压泵车将药剂自环形空 间加入。利用药剂自重沉到井底,然后随采出气一 起采出。 (4)检测内容①井下井口腐蚀速度;②产出 水∑Fe含量。 (5)试验结果(见表6) 表6加药前后腐蚀速率的变化 4.3现场试验结果 (1)腐蚀越严重的井加药后越明显,缓蚀率越 高。投加缓蚀剂后,一般井口腐蚀速度都能控制在 0.Olmm/a以下,井筒内缓蚀率可达90 以上; (2)投加药剂后对单井管线保护不明显。原因 一是井口管线腐蚀已很轻微,二是药剂大部分吸附 在井筒中; (3)从效果、成本等综合因素考虑,推荐使用 (下转第274页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 王菁辉等:糠醛的腐蚀与选材试验研究 2.4实验结果及讨论 逐步降低,因而腐蚀有降低的趋势。 三种材料在糠醛酸浓度l0 、20 、30 、 40 、50 ,温度为l10 ̄C、140 ̄C、l70 ̄C、200℃、 3几种材料的工业挂片情况 l997年9月~1999年9月在辽化炼油厂糠醛 抽提装置的几个部位分别进行几种材质挂片试验, 其结果见表4。 230℃几种条件下的耐蚀实验结果列于表l,2,3。 表l碳钢的实验结果(腐蚀率inlll・a-。) 温度 ℃ 1O 1.54 1.95 2.16 1.93 2O 2.22 2.85 3.52 3.12 糠醛酸浓度 3O 3.33 3.56 4.12 3.97 3.52 4O 5O 表4辽化糠醛装置挂片情况 3.95 4.14 4.23 4.O6 3.98 4.87 5.23 5.76 5.12 4.76 1.78 2.78 表2渗铝钢的实验结果(腐蚀率/mm・a ) 温度 ℃ l1O 140 170 200 230 1O ().062 0.072 0.095 0.088 0.076 2O O.O69 0.098 0.12 0.1 0.085 糠醛酸浓度 3O 40% 0.089 0.U5 0.142 0.112 0.095 5o% 由表4可以看出,在装置的三个部位碳钢的腐 蚀率最大,渗铝钢与l8—8不锈钢处于同一耐蚀水 平。但是,在操作温度范围内,碳钢随着温度的升 高,腐蚀率逐步增大,也就是随着温度的升高,糠醛 酸的腐蚀性逐步增大。这与实验室的情况有些不 so% 表3 18—8不锈钢的实验结果(腐蚀率/mm・a叫) 温度 ℃ 110 l_lO 1O 0.042 O.O61 2O 糠醛酸浓度 30% 4O 同,可能由于实验室的介质是静态的,工业装置中介 质是动态的,存在冲刷腐蚀、环烷酸和硫的腐蚀。渗 铝钢和l8—8不锈钢的耐蚀性则不同于碳钢,随着温 170 200 230 0.087 0.085 0.075 度的升高,其腐蚀率逐步增大又逐步降低,实验室的 情况与此相似。 由表l,2,3可以看出,这三种材料均有这样的 规律:即在同一温度下,随着糠醛酸的浓度逐步增 4结 论 (1)糠醛的腐蚀性随着温度的升高而增大。 (2)在糠醛介质中,渗铝钢和不锈钢的耐蚀性 基本相当。 大,其腐蚀率逐步增大,也就是糠醛酸的腐蚀性逐步 增大。同一浓度的介质,随着温度的逐步升高,其腐 蚀率逐步增大,然后又逐步减小。可能是由于在 l 70℃左右糠醛酸的活性最大,高于这一温度时糠醛 及糠醛酸分解焦化程度进一步增大,糠醛酸的浓度 (3)在糠醛装置上 采用渗铝钢代替碳钢可以 延长装置的运行周期,而比采用18—8不锈钢有更好 的经济效益。 (上接第266页) [2]岳增运.中原油田腐蚀现状及提高腐蚀控制水平的途 径[A].中原油田科技论文集[C].北京:石油.[业出 版社,1995. ()S-2缓蚀剂,加药周期定为l5天,加药浓度采用 25×10 kg/(d・10 m。)为宜。 参考文献: [3]郑家粲,赵景茂.采输气系统的腐蚀监测与防护技术 ER].(项目最终研究报告)1997,12. [4]赵景茂.油水井套管腐蚀机理及防护对策研究[A].中 [1] [英]V.R.普路德克.腐蚀控制与设计[M].北京:石 油 业出版社.1983. 原油田科技论文集[c].北京:石油工业 版社.1995. 

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