塔里木油田常用钻井液体系的腐蚀分析

2012-07-28王志龙梁红军

化学与生物工程 2012年9期

关键词：挂片塔里木静态

王志龙，罗跃，金娜，尹达，梁红军，李磊

(1.长江大学,湖北荆州 434023；2.中国石油塔里木油田分公司，新疆库尔勒 841000)

塔里木油田储层埋藏较深，以深井或超深井居多，主要使用的泥浆体系包括聚合物钻井液、钾聚磺钻井液及饱和盐水钻井液体系。塔里木油田现场钻杆腐蚀现象普遍存在，某些油井因腐蚀而更换钻杆的数量较大，大幅提高了钻井成本。

1 实验

1.1 钻井液的类型及性能

实验用钻井液体系取自塔里木油田，分别为聚合物钻井液体系、钾聚磺钻井液体系、饱和盐水钻井液体系。根据石油天然气行业标准SY/T 5621-93《钻井液测试程序》对4种钻井液体系的基本性能进行测试，结果如表1所示。

表1 现场钻井液性能测试结果

1.2 腐蚀速率的测定

室内按照石油天然气行业标准SY/T 5390-91《钻井液腐蚀性能检测方法钻杆腐蚀环法》测定塔里木油田常用钻井液对钢片的腐蚀情况。实验挂片由现场报废钻杆(S135型钢)切割而成(规格约50 mm×10 mm×3.5 mm)，室内采用50 ℃常压静态腐蚀、高温高压静态腐蚀和动态腐蚀测试4种钻井液体系的腐蚀特性。

2 结果与讨论

2.1 静态条件下钻井液腐蚀情况

2.1.1 腐蚀时间对腐蚀速率的影响

按照腐蚀的一般规律，新的钢铁表面与腐蚀介质接触，腐蚀速率一般较快，当钢铁表面有腐蚀产物形成后，可阻挡腐蚀介质与挂片的接触，腐蚀速率应有所下降。根据钻井的实际情况，室内测试了50 ℃、常压条件下不同腐蚀时间的挂片静态腐蚀速率，结果见表2。

由表2可知，挂片刚放入钻井液时，腐蚀速率均较快，随着腐蚀时间的延长，挂片的腐蚀速率开始下降，96 h以后，腐蚀速率的变化较平稳。考虑到实际情况和实验要求，选择室内测试腐蚀时间为168 h。

表2 腐蚀时间对腐蚀速率的影响

2.1.2 腐蚀温度对腐蚀速率的影响

腐蚀时间为168 h，室内测试了50 ℃(常压)、100 ℃(5 MPa)及150 ℃(5 MPa)条件下的静态腐蚀速率，结果见表3。

表3 腐蚀温度对腐蚀速率的影响

由表3可知，随着腐蚀温度的升高，腐蚀速率也相应加快。这主要是因为：(1)温度和压力升高，化学反应速率加快，腐蚀速率也就加快；(2)温度和压力升高，钻井液的粘度降低，腐蚀速率加快；(3)温度升高，挂片上吸附的钻井液中的有机添加剂容易脱附，暴露出基体，腐蚀速率也会加快。其中钾聚磺B钻井液体系的腐蚀速率最快，在150 ℃(5 MPa)条件下，腐蚀速率达到1.951 kg·m-2·a-1，属于重度腐蚀。

2.1.3 腐蚀压力对腐蚀速率的影响

腐蚀时间为168 h、温度为100 ℃，室内测试了3 MPa、5 MPa、7 MPa下的挂片静态腐蚀速率，结果见表4。

由表4可知，挂片腐蚀速率随腐蚀压力的增大而加快。

综合上述实验结果，静态条件下，温度对腐蚀速率的影响更为明显，压力的影响则相对较小。

与钾聚磺A钻井液相比，挂片在钾聚磺B钻井液中的腐蚀速率明显较快，说明在大量Cl-存在的情况下，挂片表面较好地形成了保护膜。

表4 腐蚀压力对腐蚀速率的影响

2.2 动静态条件下钻井液腐蚀情况

2.2.1 挂架对腐蚀速率的影响

为了更好地模拟现场钻具在钻井过程中所遇到的腐蚀情况，在室内进行滚动腐蚀实验。为消除挂片接触部分可能产生原电池而影响测试结果，对钢构挂架和聚四氟乙烯挂架进行了比较实验。实验采用钾聚磺B钻井液，腐蚀时间为168 h，结果见表5。

表5 挂架对腐蚀速率的影响

由表5可知，钢构挂架易产生严重的电化学腐蚀，在老化罐中放入聚四氟乙烯的衬里并采用聚四氟乙烯材料制成的挂架可以较好地消除电化学腐蚀对实验结果的影响。因此，采用有聚四氟乙烯衬里挂架进行滚动腐蚀实验。

2.2.2 动静态条件下腐蚀情况

腐蚀时间为168 h，室内测试了100 ℃和150 ℃下的挂片动静态腐蚀速率，结果见表6。

表6 动静态腐蚀速率对比

由表6可知，在相同实验条件下，动态腐蚀速率明显快于静态腐蚀速率，动态腐蚀情况比较严重。100 ℃动态条件下，除饱和盐水体系外，其余3种体系均达到了重度腐蚀；150 ℃动态条件下，4种钻井液体系均达到了重度腐蚀。其中钾聚磺B钻井液体系的动静态腐蚀速率最快，分别为2.046 kg·m-2·a-1、4.070 kg·m-2·a-1。