李 治，顧繼鵬，于曉明，師延鋒，李眉揚(yáng)，陳 浩

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司儲(chǔ)氣庫(kù)管理處，陜西靖邊 718500）

國(guó)外針對(duì)高產(chǎn)氣井的管柱防護(hù)主要以?xún)?yōu)選高性能合金管材為主，在配套多功能完井工具（井下安全閥和液控管線(xiàn)、封隔器和循環(huán)滑套、坐落短節(jié)等）時(shí)，為保護(hù)油套管環(huán)空，一般都配套高性能環(huán)空保護(hù)液。

根據(jù)流體連續(xù)相的性質(zhì)，環(huán)空保護(hù)液可分為水基和油基兩種。油基環(huán)空保護(hù)液主要由輕質(zhì)油、芳香烴等組成，密度比水基保護(hù)液低，在高溫下的熱穩(wěn)定性好，單位成本高，對(duì)封隔器膠筒的長(zhǎng)期老化影響大。水基環(huán)空保護(hù)液相對(duì)成本低，在國(guó)內(nèi)普光氣田和長(zhǎng)北合作區(qū)、大張坨儲(chǔ)氣庫(kù)氣井等都有應(yīng)用，但要達(dá)到高緩蝕率需要有緩蝕、殺菌和除氧等組分，配伍性和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性都需要大量實(shí)驗(yàn)來(lái)優(yōu)化。

1 儲(chǔ)氣庫(kù)注采井對(duì)環(huán)空保護(hù)液的要求

1.1 儲(chǔ)氣庫(kù)環(huán)空保護(hù)液需求

儲(chǔ)氣庫(kù)注采井需滿(mǎn)足強(qiáng)注強(qiáng)采、高安全性能和長(zhǎng)使用壽命的基本要求?；趦?chǔ)氣庫(kù)建設(shè)的戰(zhàn)略意義，要求儲(chǔ)氣庫(kù)注采井壽命達(dá)到30 年～50 年。所以，井筒腐蝕和防護(hù)技術(shù)是地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)鉆采工程中一項(xiàng)關(guān)鍵性的技術(shù)。

目前長(zhǎng)慶的儲(chǔ)氣庫(kù)所用的鉆井液是無(wú)土相低傷害酸溶暫堵鉆（完）井液體系，當(dāng)完成鉆井時(shí)，鉆完井溶液由于是酸溶性的，對(duì)油套環(huán)空有很大的腐蝕作用，因此需要選擇新的環(huán)空保護(hù)液體系對(duì)油套環(huán)空進(jìn)行保護(hù)[1]。

1.2 環(huán)空保護(hù)液性能要求

國(guó)外針對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)注采井的油套管環(huán)空保護(hù)，一般都配套高性能環(huán)空保護(hù)液。油套管環(huán)形空間是一個(gè)密閉帶壓空間，礦化度高，造成的腐蝕主要有：（1）溶解氧腐蝕；（2）溶解鹽的腐蝕；（3）微生物的腐蝕。環(huán)空保護(hù)液的作用除了減輕套管頭或封隔器承受的油藏壓力以及降低油管與環(huán)空之間的壓差外，主要的作用是抑制油管外壁和套管內(nèi)壁的腐蝕傾向。

參考其他儲(chǔ)氣庫(kù)所用環(huán)空保護(hù)液的指標(biāo)要求，并依據(jù)儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)相關(guān)指導(dǎo)意見(jiàn)，因此，對(duì)環(huán)空保護(hù)液的要求為：（1）不產(chǎn)生固相沉淀，穩(wěn)定性好，與不同完井液、高礦化度水的配伍性良好；（2）對(duì)封隔器的膠筒不產(chǎn)生老化影響；（3）具有優(yōu)良的緩蝕率及殺菌、阻垢綜合性能。

2 儲(chǔ)氣庫(kù)注采井環(huán)空保護(hù)液室內(nèi)評(píng)價(jià)和性能指標(biāo)

儲(chǔ)氣庫(kù)注采井為了減輕套管頭或封隔器承受氣藏壓力，降低油管與環(huán)空之間的壓差，抑制油管和套管的腐蝕，完井后都在油套環(huán)空中注入高性能完井保護(hù)液。儲(chǔ)氣庫(kù)生產(chǎn)井的注采強(qiáng)度高，溫度、壓力變化大，油、套管使用壽命要求長(zhǎng)（30～50 年），在選用L80 套管和L80-13Cr 油管后，油套環(huán)空保護(hù)液的配方、加注工藝和可靠性都需要開(kāi)展配套試驗(yàn)。

2.1 室內(nèi)效果評(píng)價(jià)

水基環(huán)空保護(hù)液是最常用的一種環(huán)空保護(hù)液。根據(jù)來(lái)源，水基環(huán)空保護(hù)液又可分為改性鉆井液環(huán)空保護(hù)液、低固相環(huán)空保護(hù)液和清潔鹽水環(huán)空保護(hù)液。前兩種在長(zhǎng)期作用下，會(huì)出現(xiàn)固化沉積，影響防腐效果。而清潔鹽水環(huán)空保護(hù)液無(wú)固相，從而不會(huì)產(chǎn)生沉積，能長(zhǎng)效保持防腐作用，因此選擇清潔鹽水環(huán)空保護(hù)液。同時(shí)，由于無(wú)機(jī)鹽水溶液（如CaCl2、CaBr2、ZnBr2等）具有對(duì)溫度敏感、腐蝕性強(qiáng)、與處理劑配伍性差等缺點(diǎn)，因此，選定采用無(wú)固相、自身不腐蝕的有機(jī)鹽類(lèi)，在緩蝕劑等三種試劑評(píng)價(jià)篩選的基礎(chǔ)上，根據(jù)井筒礦化度情況復(fù)配除氧劑、抗鹽劑。

2.1.1 配伍性實(shí)驗(yàn) 選擇高、中、低3 種礦化度水溶液，開(kāi)展環(huán)空保護(hù)液配方體系的配伍性研究，3 種礦化度水介質(zhì)的化學(xué)成分（見(jiàn)表1）。

在3 種礦化度水中，環(huán)空保護(hù)液靜置6 個(gè)月，未發(fā)現(xiàn)固相沉淀或絮凝。說(shuō)明礦化度對(duì)環(huán)空保護(hù)液的穩(wěn)定性沒(méi)有影響，與不同礦化度地層水的配伍性良好。

表1 高、中、低三種礦化度水質(zhì)成分

2.1.2 對(duì)封隔器的膠筒老化影響 開(kāi)展了環(huán)空保護(hù)液對(duì)膠筒老化試驗(yàn)，水質(zhì)成分（見(jiàn)表2），老化試驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表3）。由表2、表3 可以看出，膠筒材料（HNBR 氫化丁腈橡膠）老化前后各項(xiàng)性能指標(biāo)的變化率均符合《HG/T 2702-95 油氣田用擴(kuò)張式封隔器膠筒》標(biāo)準(zhǔn)要求（見(jiàn)表4），達(dá)到較高的控制水平，環(huán)空保護(hù)液對(duì)膠筒的老化影響小。

表2 試驗(yàn)用環(huán)空保護(hù)液水質(zhì)成分

表3 膠筒在環(huán)空保護(hù)液水質(zhì)中老化前后的各項(xiàng)性能指標(biāo)

2.1.3 高溫高壓模擬實(shí)驗(yàn) 研究表明L80-13Cr 合金鋼在80 ℃以上時(shí)，溫度每增加25 ℃，腐蝕速率就增加1 倍。儲(chǔ)氣庫(kù)注采井油管下深一般在2 300 m 左右，溫度約為90 ℃?？紤]注采井工作壓力小于地層壓力30 MPa，油套環(huán)空壓力又小于注采井工作壓力。同時(shí)腐蝕速率隨著壓力的增大而增加。

表4 油氣田用擴(kuò)張式封隔器膠筒的各項(xiàng)性能指標(biāo)

因此，根據(jù)以上情況，模擬注采井油套環(huán)空工況條件，開(kāi)展高溫高壓腐蝕試驗(yàn)。試驗(yàn)條件為：溫度90 ℃，20 MPa，72 h，靜態(tài)。評(píng)價(jià)L80 和L80-13Cr 試樣在環(huán)空保護(hù)液中的平均腐蝕速率，并計(jì)算環(huán)空保護(hù)液的緩蝕率。

結(jié)果表明，環(huán)空保護(hù)液各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿(mǎn)足使用要求，緩蝕率大于90 %。L80 和L80-13Cr 試片的空白腐蝕速率分別為0.062 mm/a 和0.086 4 mm/a，而在環(huán)空保護(hù)液條件下，L80 和L80-13Cr 試片的腐蝕速率分別為0.003 5 mm/a 和0.000 7 mm/a，腐蝕輕微，因此套管L80+油管L80-13Cr+環(huán)空保護(hù)液的防腐工藝，可以滿(mǎn)足儲(chǔ)氣庫(kù)注采井套管長(zhǎng)壽命的使用要求，同時(shí)還降低了油管的腐蝕速率，保護(hù)油管外壁。同時(shí)，環(huán)空保護(hù)液中L80 和L80-13Cr 兩種材質(zhì)表面生成穩(wěn)定的保護(hù)膜，避免了2 種材質(zhì)的電偶腐蝕（見(jiàn)圖1）。

圖1 加入和未加環(huán)空保護(hù)液試驗(yàn)后的L80 試樣對(duì)比圖

2.1.4 長(zhǎng)期耐溫穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 評(píng)價(jià)環(huán)空保護(hù)液的熱穩(wěn)定性。試驗(yàn)條件：溫度80 ℃，常壓，靜態(tài)放置60 d；水+環(huán)空保護(hù)液。結(jié)果表明，兩種配方的環(huán)空保護(hù)液耐溫性能良好，無(wú)絮凝物。

2.1.5 高溫高壓模擬實(shí)驗(yàn) 模擬注采井油套環(huán)空的工況條件，采用高溫高壓腐蝕試驗(yàn)，評(píng)價(jià)L80 和L80-13Cr 試樣在環(huán)空保護(hù)液中的平均腐蝕速率，并計(jì)算環(huán)空保護(hù)液的緩蝕率。

圖2 UGI-1 和UGI-2 環(huán)空保護(hù)液

試驗(yàn)掛片：L80、L80-13Cr。試驗(yàn)條件：溫度90 ℃，96 h，靜態(tài)；水+環(huán)空保護(hù)液。試驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表5）。

表5 環(huán)空保護(hù)液各項(xiàng)指標(biāo)

結(jié)果表明，環(huán)空保護(hù)液各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿(mǎn)足使用要求，緩蝕阻垢率大于90 %，在環(huán)空保護(hù)液條件下，L80 和L80-13Cr 試片的腐蝕速率分別為0.003 5 mm/a和0.000 7 mm/a，因此普通碳鋼套管+環(huán)空保護(hù)液的防腐工藝，可以滿(mǎn)足儲(chǔ)氣庫(kù)注采井套管長(zhǎng)壽命的使用要求，同時(shí)還可以降低油管外壁的腐蝕速率，保護(hù)油管外壁（見(jiàn)圖2）。

2.2 產(chǎn)品的主要性能

環(huán)空保護(hù)液的主要性能指標(biāo)（見(jiàn)表6）。

表6 環(huán)空保護(hù)液各項(xiàng)指標(biāo)

3 儲(chǔ)氣庫(kù)環(huán)空保護(hù)液的應(yīng)用及效果評(píng)價(jià)

3.1 注采井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

（1）陜X1 井（三開(kāi)井）：油管下深2 290 m，當(dāng)加注環(huán)空保護(hù)液時(shí)，為減少洗井液的影響，油管下至深度應(yīng)比方案中的計(jì)劃深度多下100 m，所以按2 390 m 油套環(huán)空來(lái)準(zhǔn)備環(huán)空保護(hù)液。環(huán)空保護(hù)液準(zhǔn)備量為46.34 m3，施工現(xiàn)場(chǎng)按50 m3準(zhǔn)備。

（2）陜X2 井（四開(kāi)井）：油管下深2 240 m，當(dāng)加注環(huán)空保護(hù)液時(shí)，為減少洗井液的影響，油管下至深度應(yīng)比方案中的計(jì)劃深度多下100 m，所以按2 340 m 油套環(huán)空來(lái)準(zhǔn)備環(huán)空保護(hù)液。環(huán)空保護(hù)液準(zhǔn)備量為124.534 8 m3；施工現(xiàn)場(chǎng)按150 m3準(zhǔn)備。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及效果評(píng)價(jià)

表7 現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)表7 現(xiàn)場(chǎng)配液檢驗(yàn)結(jié)果和技術(shù)要求對(duì)比判斷，儲(chǔ)氣庫(kù)所用的環(huán)空保護(hù)液符合性能指標(biāo)要求。

為保證環(huán)空保護(hù)液可以完全替換鉆井液，采用返替，由于環(huán)空液的pH=8～10，選用電子pH 計(jì)測(cè)試以及顯色劑來(lái)判斷鉆井液體系是否替換完全。此環(huán)空保護(hù)液體系具有高緩蝕率、穩(wěn)定性好、密度可控等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)長(zhǎng)期的電化學(xué)性能測(cè)試，膠筒老化測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)2 口井的試驗(yàn)驗(yàn)證了保護(hù)液效果優(yōu)良，緩蝕率達(dá)到91 %以上。

4 結(jié)論

根據(jù)套管和油管的井下腐蝕機(jī)理，優(yōu)選出了套管環(huán)空保護(hù)液中需要添加除氧劑、抗鹽劑等形成環(huán)空保護(hù)液配方，該保護(hù)液穩(wěn)定性好，穩(wěn)定期長(zhǎng)，密度范圍寬，殺菌效果好，對(duì)鋼材料的腐蝕率低，環(huán)空保護(hù)液的這些性能能夠保證在井下對(duì)套管和油管起到很好的保護(hù)作用。

［1］ 鄭力會(huì)，張金波，楊虎，等.新型環(huán)空保護(hù)液的腐蝕性研究與應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2004，26（2）：13-16.