李祿勝,張 莎,周 雪
(1.延長油田股份有限公司 志丹采油廠,陜西 延安 717500;2.延長油田股份有限公司 勘探開發(fā)技術研究中心,陜西 延安 716000)
腐蝕是油田水質控制中遇到的最嚴重的問題之一, 給生產帶來極大危害[1-2]。隨著油田產出液含水的逐步上升,注水開發(fā)規(guī)模的加大以及注水管網使用年限的增加,注水管線結垢、腐蝕情況逐年加劇,造成注水阻力增加甚至堵塞,站內提壓后管線破損刺漏,不僅嚴重影響注水工作正常運行,也會使地面管線大面積損壞,造成管線維護成本的增加。因此,防腐蝕問題成為了油田二次采油關注的重點問題。針對志丹油田南部高壓注水開采的低滲透油田進行腐蝕機理研究,主要從各個流程節(jié)點水質進行分析以及室內的腐蝕分析評價工作,因地制宜地采取有效的預防措施。
抽檢志丹油田南部注水站各流程節(jié)點水樣6瓶,現場化驗溶解氧18次,具體情況見表1。
1.1.1 懸浮物固體含量分析
如表1所示,懸浮物固體含量先降低后上升,在過濾器出口時含量最低,則表明過濾器性能較高,但是經過濾器后注水管線懸浮固體含量逐漸升高,說明產生結垢,水流通過時攜帶部分結垢組織。
1.1.2 腐生菌含量分析
腐生菌從井口的1.5×102個上升至儲水罐出口的1.4×104個,經過濾器后又下降至1.5×102個,過濾器的成分為石英砂加核桃殼,其中石英砂可以有效地除去水中的懸浮物、有機物、微生物、氯、嗅味及部分重金屬離子等。腐生菌為厭氧型,經過過濾器后的溶解氧為0,可能是腐生菌數量未增加的原因。
表1 志丹油田南部水質化驗報告
1.1.3 鐵細菌含量分析
鐵細菌由井口的2個上升至2×102個,經過濾器后又下降至9.5個,原理同上,由石英砂去除了部分鐵細菌,但至配水間又升高到45×102個。鐵細菌是好氧細菌,能催化亞鐵合成高價鐵化合物,并利用亞鐵氧化釋放出的能量生存:
不溶性的高價鐵從細菌體排出后,形成棕色黏泥,使水質變差,為管線設備的腐蝕和結垢提供了條件[1]。
1.1.4 溶解氧含量分析
氧腐蝕是油田注水系統(tǒng)的主要腐蝕形式之一,溶解了含有極低濃度的氧(低于1 mg/L)就可造成極為嚴重的腐蝕,該站選取的各監(jiān)測點溶解氧在逐步消耗,并且過濾器出口至井口均未檢測到。在經過儲水罐后仍未增加,說明儲水罐隔氧裝置完好。
1.1.5 pH值分析
注水管道理論上最佳pH值應為7[3],當pH值在4~10時,其結構內部就會由于氧擴散作用而被牽制,當pH值在酸性范圍時,碳鋼表層氧化物的覆蓋膜就會被溶解,材質表面和酸性介質接觸,這就需要將注水的pH值進一步提升。
1.2.1 水源井水質分析
水源井水樣分析結果見表2。
表2 志丹油田南部水源井水樣調查
1.2.2 水源井結垢趨勢分析
根據表2水源井水樣分析、注水站管線運行壓力、生產數據及SY/T 0600—2009《油田水結垢趨勢預測》標準,結合相關結垢預測的參數計算[5],設定溫度24 ℃,壓力12 MPa, pH在實際條件下,進行模擬分析預測。
CaCO3結垢指數判斷標準:0
CaSO4結垢指標:飽和指數值SI<0,處于溶解狀態(tài),沒有結垢趨勢,不會出現沉淀;SI=0,硫酸鹽處于固液平衡狀態(tài),沒有結垢趨勢;SI>0,處于過飽和狀態(tài),有結垢趨勢,會出現沉淀。
溫度24 ℃、壓力12 MPa條件下,志丹油田南部水源井水樣CaCO3(Cl=8.952 5)和CaSO4(SI=-2.233 7)均無結垢趨勢。
用掛片法對志丹油田南部注水站水源井水樣進行靜態(tài)、動態(tài)評價,用除氧劑進行除氧評價,來判斷流速和氧氣對腐蝕的影響。
志丹油田南部現場管線運行條件見表3。
表3 志丹油田南部現場管線運行條件
在未除氧的狀態(tài)下,室溫,鋼片材質20#鋼,靜態(tài)和線速度1.1 m/s進行評價。實驗結果表明,動態(tài)線速度為1.1 m/s時的腐蝕速率接近靜態(tài)腐蝕速率的3倍(見表4)。
志丹油田南部水源井水樣中含有溶解氧0.5~1 mg/kg,室內靜態(tài)評價了不除氧、加100 mg/kg除氧劑除氧、加500 mg/kg除氧劑除氧后的腐蝕速率,進一步證實了氧腐蝕的存在,詳見表5。
表4 志丹油田南部水源井水樣靜態(tài)動態(tài)腐蝕速率對比
表5 除氧劑加量對水源井水樣腐蝕性能影響
在實驗室進行多種類型緩蝕劑效果篩選實驗,最后通過嫁接改性季胺化、復配增效等工藝,優(yōu)化確定出最終的藥劑體系,在靜態(tài)除氧的條件下加量50 mg/kg可將腐蝕速率降低至0.005 6 mm/a(見表6)。
表6 緩蝕劑對水源井水樣腐蝕性能影響
評價條件:500 mg/kg除氧劑,20#鋼,室溫,緩蝕劑加量50 mg/kg。
2)開發(fā)出一種針對志丹油田南部注水站水源井水樣的緩蝕劑,靜態(tài)腐蝕速率可降至0.005 6 mm/a,動態(tài)(線速度1.1 m/s)腐蝕速率可降至0.030 2 mm/a。
3)從井口-儲水罐進口-儲水罐出口腐生菌、鐵細菌的含量逐步升高、溶解氧含量逐步下降的情況看,溶解氧為細菌提供了可繁殖條件。先清理儲水罐和注水管線,交替使用殺菌劑,再采取沖擊加藥結合連續(xù)加藥方式加藥,方能徹底殺菌。