范冬艷

(吉林油田分公司 油氣工程研究院，吉林 松原 138000)

DCMS井下腐蝕監(jiān)測的應用研究

范冬艷

(吉林油田分公司 油氣工程研究院，吉林 松原 138000)

在油田開發(fā)過程中，井下腐蝕情況監(jiān)測是評估井下腐蝕狀況的主要手段，對了解整個防腐工程的實施情況以及實施效果能給予指導與驗證。DCMS井下腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)采用電阻法原理，通過探針金屬損失量的計算可測出腐蝕速率。研究結果表明，DCMS可實時監(jiān)測腐蝕速率，具有靈敏度高、適用范圍廣等特點，可以針對井下的腐蝕情況給出直觀的測試數(shù)據(jù)，具有良好的預見性。

電阻法； 腐蝕速率； 歐姆定律； 金屬損失量

目前，吉林油田大多數(shù)污水處理站由于污水礦化度高、流速快，往往造成站內管線的嚴重腐蝕穿孔，因此污水處理站通常采用加注防腐藥劑來防止井下或集輸管線的腐蝕。然而加藥量和加藥方式仍缺乏一個經濟有效的認定標準，通常采用傳統(tǒng)的掛片失重法來確定，其存在的主要問題有：需要一個井口維修周期才能收集一個數(shù)據(jù)，在第一次維修井口時安裝掛片，在第二次維修期時取出原有管片，再安裝第二個掛片，具有數(shù)據(jù)采集間隔時間長、勞動強度大、測量成本高、測量結果誤差大等缺點。同時由于水質變化快，其腐蝕性在較短時間內就會發(fā)生較大變化，而人工獲取腐蝕速率的周期太長，無法實時檢測腐蝕量的變化，存在著腐蝕管理上的滯后性。

為解決這種難題，國內外使用了多種監(jiān)測方法，如：失重掛片法[1-3]、電阻法、線性極化電阻法、氫滲透法[4-6]、管道全周向腐蝕監(jiān)測(FSM法、CENION技術)[7-9]、電化學噪音法、電偶法、電位監(jiān)測法等，在線腐蝕監(jiān)測技術快速發(fā)展[10]。

吉林油田所使用井下腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)(DCMS)是一種電阻法實時監(jiān)測技術，可以監(jiān)測油井腐蝕速率，具有響應速率快(響應時間<10 min)、抗干擾能力強、測量誤差低和自動化程度高等特點。DCMS可以在惡劣的井下環(huán)境中實時監(jiān)測腐蝕速率。

1 DCMS的工作原理

DCMS的工作原理是在腐蝕環(huán)境中，通過測量金屬材料元件橫截面積因腐蝕減少而產生的電阻變化，可以計算短期內的腐蝕速率的變化，通過連續(xù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析，可以發(fā)現(xiàn)生產流體的異常變化。

對于具有固定幾何尺寸的金屬試樣，其電阻值與外形尺寸關系如式(1)所示。金屬探針幾何尺寸示意圖如圖1所示。

(1)

式中，R為試樣電阻值，Ω；ρ為金屬材料電阻率，Ω·m；W和T分別為試樣橫截面的寬度和厚度，m；L為試樣的長度，m。

圖1 金屬探針幾何尺寸示意圖

當該試樣選擇性地暴露在腐蝕環(huán)境下時，試樣的電阻值將隨著腐蝕量增加而變大。

2 DCMS的礦場應用

DCMS能夠反映井下油管內不同深度不同環(huán)境下的腐蝕情況，DCMS腐蝕監(jiān)測設備通過井下投放儀的固定器將其定位于管內設定的監(jiān)測部位，進行連續(xù)腐蝕監(jiān)測。采用電阻探針[11]，可以根據(jù)井下管道材質任意加工電阻探針原件，同時不需要采用電纜進行操作[12-13]，自身具有電源以及數(shù)據(jù)存儲處理單元，適用于較小的測量空間部位，如井眼和管柱。

將DCMS設備從油管頂端放入油管內，在油管作業(yè)連接入井的同時投放儀器到達預定位置(抽油桿的下端)，即抽油桿底端部位不能與DCMS監(jiān)測設備接觸。

3 試驗步驟

在CO2驅區(qū)塊選取A、B兩口井作為試驗井，該區(qū)塊采油井采出的油水中含CO2、有機酸、硫酸鹽還原菌等[14]，水的礦化度高，對油井油管、套管造成的腐蝕非常嚴重，腐蝕變化多，是具有代表性的油井。在兩口試驗井第一次維修作業(yè)時安裝DCMS在線腐蝕監(jiān)測設備和腐蝕掛環(huán)監(jiān)測器。試驗井第二次維修作業(yè)時取出DCMS設備和掛環(huán)，進行對比試驗分析。

DCMS在線腐蝕監(jiān)測設備在A井的安置位置是井下深度1 800 m，該位置溫度約為89 ℃，壓力約為9.8 MPa，不加注緩蝕劑；在B井的安置位置是井下深度1 650 m，該位置溫度約為85 ℃，壓力約為9.5 MPa， B井選取時間段分別連續(xù)和間歇加注緩蝕劑。

在安裝DCMS設備的井深位置處同時安裝腐蝕監(jiān)測掛環(huán)器，這樣在二次作業(yè)時可以利用掛環(huán)的失重數(shù)據(jù)對DCMS的分析數(shù)據(jù)作對比分析判斷。圖2為DCMS井下腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)。圖3為井下腐蝕監(jiān)測掛環(huán)器。

圖2 DCMS井下腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)

圖3 井下腐蝕監(jiān)測掛環(huán)器

4 數(shù)據(jù)分析

4.1 DCMS井下腐蝕監(jiān)測工況數(shù)據(jù)

選取CO2驅區(qū)塊中的兩口井作為試驗井，A井不加注緩蝕劑作為空白實驗井，B井在5—8月連續(xù)加注緩蝕劑，9—10月間歇加注緩蝕劑。A、B井工況數(shù)據(jù)分別見表1、2。

表1 A井工況數(shù)據(jù)

表2 B井工況數(shù)據(jù)

續(xù)表2

4.2 DCMS井下腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

DCMS取出后，將其中的DHT記錄儀連接電腦，使用Corrdata II軟件進行分析。A、B井DCMS監(jiān)測曲線分別見圖4、5。由于監(jiān)測工況的變化反映出較為明顯的腐蝕速率差別，根據(jù)具體對應時間節(jié)點與具體對應事件進行綜合分析。

圖4 A井DCMS監(jiān)測曲線

從圖4中可以看出，A試驗井在9月進行DCMS投放作業(yè)，隨后的生產過程中腐蝕情況呈現(xiàn)一種穩(wěn)態(tài)上升趨勢，同時反映出A井的波動，這可能是在靜止狀態(tài)下三氧化二鐵沉積在導體表面使電阻快速上升，在流體流動狀態(tài)下部分三氧化二鐵被流體帶走。整個測量周期DCMS監(jiān)測腐蝕速率的平均值為0.174 mm/a，高于行業(yè)標準0.076 mm/a。

圖5 B井DCMS監(jiān)測曲線

由圖5可知，B試驗井于6月進行DCMS投放作業(yè)，該井井深2 200 m，設備下至1 650 m處，投放于抽油桿之下，以確保正常運行。在7—9月，對該監(jiān)測井進行連續(xù)加注緩蝕劑，腐蝕速率變化平穩(wěn)，期間平均腐蝕速率為0.031 mm/a，腐蝕程度低于行業(yè)標準0.076 mm/a。在9—11月，該試驗井加藥裝置損壞，人工間歇加注緩蝕劑，該監(jiān)測點腐蝕速率隨加藥周期出現(xiàn)了明顯的波動，但整體維持一個上升的趨勢，此時間段平均腐蝕速率達0.071 mm/a，最高腐蝕速率達0.088 mm/a，腐蝕情況參比7—9月較重。

4.3 井下掛環(huán)監(jiān)測結果

A、B井井下掛環(huán)監(jiān)測結果分別見表3、4。

表3 A井井下掛環(huán)監(jiān)測結果

表4 B井井下掛環(huán)監(jiān)測結果

由表3和表4對比可知，A井掛環(huán)的腐蝕速率明顯高于加注緩蝕劑的B井，二者得出的平均腐蝕速率與DCMS監(jiān)測結果相近，證明DCMS井下腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性，同時DCMS井下腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)還反映出了在各個時間點的腐蝕速率，給在線防腐監(jiān)測和緩蝕劑的加入量及加入方法提供了重要數(shù)據(jù)和指導方向。

5 結 論

(1)DCMS井下腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測結果表明，DCMS能夠反映井下管道內不同深度不同材質的均勻腐蝕情況，同時拆裝方便，成本投入較小。

(2)DCMS井下腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)與失重法監(jiān)測的腐蝕最終數(shù)據(jù)相近，數(shù)據(jù)準確可靠。

(3)DCMS井下腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)可以繪制出在各個時間點的腐蝕速率，真實反映了井下腐蝕情況的改變情況，為防腐工作的開展和防腐方案的調整提供了真實有效的數(shù)據(jù)。

(4)DCMS井下腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)具有較好的適應性，可在注采井防腐中廣泛應用。

[1] 張福全.油田J55鋼材腐蝕速率影響因素探討[J].電子測試, 2013(7)：147-148.

[2] 劉斌.Q235取水管道腐蝕穿孔原因分析[J].腐蝕科學與防護技術, 2006,18(2)：141-143.

[3] 張林霞.抑制CO2腐蝕的緩蝕劑室內篩選[J].石油化工腐蝕與防護, 2006,23(6)：3-6.

[4] 劉向錄，張德平，董澤華.電化學氫通量法用于油氣管線在線腐蝕監(jiān)測[J].化工學報, 2014,65(8)：3098-3106.

[5] 朱永艷，黃彥良，黃偲迪，等.16Mn鋼在海泥中的氫滲透行為研究[J].腐蝕科學與防護技術, 2008,20(2)：118-120.

[6] 楊洲，黃彥良，霍春勇，等.管線鋼在含H2S的NaCl溶液中氫滲透行為的研究[J].腐蝕科學與防護技術, 2008,20(2)：118-120.

[7] 朱麗靜，楊勇，王善旭.FSM系統(tǒng)在塔中油田的應用效果評價[J].中國新技術新產品, 2013(2)：12-13.

[8] 劉攀，繆淮扣，曾紅衛(wèi)，等.基于FSM的測試理論、方法及評估[J].計算機學報, 2011,34(6)：965-984.

[9] 萬正軍，廖俊必，王?？?，等.基于電位列陣的金屬管道坑蝕監(jiān)測研究[J].儀器儀表學報, 2011,32(1)：19-25.

[10] 楊曉慧，饒霽陽，王燕楠.在線腐蝕監(jiān)測技術在石化行業(yè)中的應用[J] .石油化工腐蝕與防護,2011,28(3)：41-42.

[11] 左慧君，金文房.電阻探針MS3500E在線腐蝕監(jiān)測應用[J].腐蝕與防護，2000，21(12)：557-559.

[12] 劉超．基于電化學的固態(tài)CO2傳感器研究進展[J].傳感器與微系統(tǒng)，2012,31(6)：1-4.

[13] 松井邦彥.傳感器實用電路設計與制作[M].梁瑞林，譯.北京：科學出版社，2005.

[14] 張學元.二氧化碳腐蝕與控制[M].北京：化學工業(yè)出版社,2001.

(編輯 宋官龍)

Application Research about Downhole Corrosion Monitoring System (DCMS)

Fan Dongyan

(PetroleumProductionTechnologyResearchInstituteofJilinOilfieldCompany,SongyuanJilin138000,China)

In the process of develop oil field, the main way to evaluate corrosion condition is to monitor the corrosion situation under the oil well, which can help guide and verify the implementation and the effect of the whole anti-corrosion engineering. The corrosion monitoring system of DCMS is based on the principle of resistance, and the corrosion rate can be measured by the calculation of the loss of metal. The results show that DCMS can be used to monitor the corrosion speed rate in a real-time, and have the characteristics of high sensitivity, wide-range application and so on, it can also provide intuitive test data that aim at the corrosion of underground which depends on the good predictability.

Resistance method; Corrosion speed rate; Ohm law; Metal loss

1672-6952(2017)02-0045-03

2016-09-05

2016-09-18

范冬艷(1982-)，女，工程師，從事油田化學方面的研究；E-mail：fandy-ji@petrochina.con.cn。

TE65

A

10.3969/j.issn.1672-6952.2017.02.010

投稿網(wǎng)址：http://journal.lnpu.edu.cn