引言
随着油田开采时间的增长,原油含水率不断上升,采出水中含有大量盐类、硫化氢、二氧化碳、细菌等,对油田井下管柱和集输管线造成严重的腐蚀,同时水中的阴阳离子在采油过程中压力和温度等变化因素易导致结垢问题。油田井下管柱和集输管线的腐蚀、结垢问题在油气开采、油气集输、油气处理、污水处理、污水回注过程中普遍存在,该现象也是各大油田面临的一大难题。
油田发生结垢的影响因素较多,据已有文献报道[1,2],通常影响结垢的因素主要有:成垢离子浓度、PH、硬度、温度、压力、矿化度、液体流动速度、液体流动形态等。在实际生产过程中,结垢现场通常不是由单一因素引起,而是由几种因素共同作用下发生的,但成垢离子浓度是发生结垢的根本原因。在采油过程中,抽油机的不断抽吸,采油井筒内的压力不断发生变化,也是导致采油井结垢的重要因素。
在采油、集输过程中,腐蚀、结垢过程往往同时产生。在油田污水中,油管表面的腐蚀主要为析氢腐蚀,铁单质在氢的作用下变成铁离子,铁离子水解或与S2-反应产生沉淀,可为结垢提供晶核,加速结垢的发生。金属管道内表面产生垢层以后,垢层自身的微孔将成为腐蚀反应的物质通道,形成垢下腐蚀[3]。管道内垢层下形成相对闭塞的微环境,由于垢层的阻塞作用,氧通过垢层微孔扩散进入垢层下的金属界面十分困难。因此,随着腐蚀反应的进行,垢层下成为贫氧区,该区将与垢层外部的其它区域形成宏观的氧浓差电池。通常腐蚀垢层具有阴离子选择性,垢层下金属阳离子难以扩散到外部,随着Fe2+的积累,造成正电荷过剩,促使外部的Cl-迁入以保持电荷平衡,金属氯化物的水解使垢层下的环境酸化,进一步加速垢下腐蚀[4]。
新疆某区块采出液具有易结垢的特点,且采出水氯离子高,易发生垢下腐蚀。针对该区块现用药剂配方进行优化研究,重新构建药剂体系,达到随着采出液物性变化时防护效果不变或提升防护效果的目的。
1.水质及结垢腐蚀产物成分分析
(1)水样及结垢趋势分析
针对采油井采出水进行离子分析,分析方法参照《SY/T 5523-2000油气田水分析方法》,水样分析结果分析筛选药剂类型。同时根据水样离子分析结果,以及PH、温度条件参照《SY/T 0600-2009油田水结构趋势预测》进行SI指数与SAI指数计算,并根据计算结果进行结垢趋势预测。结果见表1。
从表1水质分析数据可以看出,采出水为氯化钙水型,矿化度为10000mg/L～30000mg/L,属于高矿化度水质。根据SI和SAI指数判断,采出水有明显结垢趋势。并且水中氯离子浓度,有结垢腐蚀趋势。
(2)采油井结垢腐蚀产物分析
从采油井中取得井筒中的垢样,针对垢样进行离子分析,分析结果见表2所示。
从油井垢样分析结果显示:垢样成分主要含有Fe3+、 Ca2+,含量达10%～26%和19%～23%,说明采出液具有明显的腐蚀结垢趋势。不同采油井中的工况有一定差异,腐蚀、结垢的程度不同。
2.缓蚀剂配方优化及评价
(1)新配方缓蚀阻垢性能评价
缓蚀阻垢剂中的缓蚀成分通常是以极性基团吸附于金属表面,通过改变金属表面双电层的结构,提高了金属离子化过程的活化能;而非极性基团在金属表面做定向排布,形成一层疏水的薄膜,阻碍腐蚀反应产物的扩散,从而是腐蚀反应得到一定的抑制。根据采出液物性分析,判断采出液具有比较严重的腐蚀、结垢倾向。由此,针对现场应用的药剂配方进行调整改进,并对新配方进行室内评价,结果见表3。
根据表3实验结果分析,目前现场用药剂在投加浓度为200mg/L时的阻垢性能达到89.4%还有提升的空间,调整配方2#阻垢性能高于现场药剂,在投加浓度为200mg/L时阻垢率可达90.8%,性能有所提升。同时,现场用药剂在投加浓度为200mg/L时的缓蚀性能达到70.6%,优化的调整配方2#,缓蚀性能得到提升,达到71.8%,后续将继续针对该配方进行改进,并进行电化学镀膜试验。
(2)加入增效剂后性能评价
针对新配方2#缓蚀阻垢剂,采用投加增效剂的方式,进一步提升药剂性能。通过实验验证其性能提升情况,试验数据见表4所示。
根据表4中评价数据,在调整配方2#中加入增效剂,药剂的缓蚀性能有一定的提升效果,在增效剂投加浓度为10mg/L-15mg/L时缓蚀性能有明显提升。
(3)优化后配方缓蚀防垢性能评价
结合投加增效剂评价结果,对调整配方2#进行优化调整,得到调整配方2#-1、调整配方2#-2,并验证其阻垢性能与缓蚀性能,验证效果见表5所示。
根据表5数据可得出调整配方2#-2阻垢性能和缓蚀性能均优于调整配方2#-1和现场用药剂。通过对试片用显微镜观察拍照,本次优化后的调整配方2#-2在试片表面镀膜情况明显优于现场用药剂。现场用药剂有局部点腐蚀的情况,而优化后药剂呈明显的均匀腐蚀,镀膜较现场用药剂更为完善。
(4)优化后配方电化学腐蚀性能评价
针对药剂的镀膜性能进行电化学测试,验证药剂在金属表面形成亲水吸附膜,这层膜随着药剂浓度的增大,在钢片表面镀的越均匀。实验通过测试不同浓度浸泡后钢片表面的极化曲线,判断钢片表面膜的抗腐蚀性能。实验温度为50℃,验证结果见表6、极化曲线见图1。
根据表6、图1,极化曲线趋势和开路电位变化可以看出对电位值越负,腐蚀越轻。反言之,药剂镀膜后防腐性能越好。其中防腐性能最佳的的药剂及加药浓度便是调整配方2#-2 300mg/L,其缓蚀性能优于其他配方及浓度,优化后的新配方2#-2相比现场在用药剂缓蚀性能得到明显提升。
3.结论
(1)根据采出液的水质分析结果来看该区块主要为氯化钙水型,并且矿化度较高、腐蚀结垢趋势明显。根据对应井筒中垢样产物分析得出其中Fe3+、Ca2+含量进一步显示该区块有明显的腐蚀结垢趋势。
(2)新配方2#在增加增效剂后,缓蚀性能得到明显提升。
(3)调整后得到到新配方2#-2,性能相比现场在用药剂,该优化配方的缓蚀性能与阻垢性能都有提升。
摘要：针对新疆某采油区块在用缓蚀阻垢剂进行优化,并对新配方进行缓蚀、阻垢评价。结果表明:原配方药剂在投加浓度为300mg/L时,其缓蚀率为71.1%,阻垢率为90.6%,试片表明呈部分点腐蚀。新配方药剂在投加浓度为300mg/L时,缓蚀率到达81.6%,阻垢率达到94.6%,试片表面均匀,相对于原配方,新配方缓蚀、阻垢性能得到明显提升。
关键词：采油井,缓蚀阻垢剂,结垢,腐蚀
参考文献
[1] 涂乙,汪伟英,吴萌,等.注水开发油田结垢影响因素分析[J].油气储运,2010,29(2):97-99.
[2] 李平原,程萍,卜魁勇,等.含聚污水生化处理系统结垢原因分析及防治[J].新疆石油天然气,2019,15(4):93-96.
[3] 谢飞,吴明,陈旭,等.油田注水系统结垢腐蚀机理[J].油气储运,2010,29(12):896-899.
[4] 魏宝明.金属腐蚀理论及应用[M].北京:化学工业出版社,2004.