油套管钢在CO2饱和的聚胺完井液中的腐蚀及缓蚀性能研究

荣沙沙 (

非常规油气湖北省协同创新中心(长江大学),湖北 武汉 430100)长江大学化学与环境工程学院,湖北 荆州 434023

艾俊哲,陈以周

(长江大学化学与环境工程学院,湖北 荆州 434023)

油套管钢在CO2饱和的聚胺完井液中的腐蚀及缓蚀性能研究

荣沙沙 (

非常规油气湖北省协同创新中心(长江大学),湖北 武汉 430100)长江大学化学与环境工程学院,湖北 荆州 434023

艾俊哲,陈以周

(长江大学化学与环境工程学院,湖北 荆州 434023)

采用静态挂片失重法评价了缓蚀剂CA101和JHS对G105、N80碳钢和L80不锈钢在饱和CO2的聚胺完井液中的腐蚀和缓蚀性能,分析了温度对缓蚀剂性能的影响。试验结果表明,在饱和CO2的聚胺完井液中,在温度低于90℃时,G105和N80钢在聚胺完井液体系中的腐蚀速率能控制在0.0567mm/a以下。当温度高于110℃时,钢片的腐蚀速率迅速增加;L80钢几乎不发生腐蚀。加入缓蚀剂后缓蚀速率明显降低,但缓蚀剂JHS的缓蚀效果优于缓蚀剂CA101。缓蚀剂JHS对CO2腐蚀有良好的抑制作用,在高温130℃时,仍可控制G105钢和N80钢的腐蚀效率在87.7%以上。

油套管钢;聚胺完井液;CO2;腐蚀;缓蚀

聚胺完井液是以聚胺抑制剂PF-HAB为主要成分所研制的呈弱碱性的完井液。具有很好的黏土膨胀抑制性和降低油水界面张力能力,具有防膨能力强、高价离子螯合能力强、油水界面张力低、防腐蚀性能与储层保护性能好等优点,能适用于酸敏性地层、疏松砂岩储层和低孔低渗储层的完井作业。但在油田完井作业中,随地层深入、钻遇含CO2的酸性储层几率增加,在水介质中CO2能引起钢铁材料的严重的全面腐蚀和局部腐蚀,往往能造成重大的经济损失和社会后果[1-3]。室内开展的G105、N80碳钢、L80不锈钢在饱和CO2的聚胺完井液中不同温度的腐蚀试验,可为油田在完井作业中根据实际情况选取相应的材料及防腐措施提供参考[4-12]。

1 试验部分

1.1 腐蚀介质

聚胺完井液配方:淡水+1.0%PF-HAB+5%NaCl(加重)+1.0%缓蚀剂(配方中的百分数为质量体积百分浓度)。

1.2 试验方法

参照我国石油与天然气行业标准SY/T 5273-2000,采用静态挂片失重法测定G105钢、N80钢、L80钢在饱和CO2的聚胺完井液中的腐蚀速率,对缓蚀剂CA101和JHS进行评价。将处理后的碳钢挂片浸入不同腐蚀溶液中,恒温反应24h,测定挂片的腐蚀率,试验温度为50～130℃。

1.3 试验数据处理

腐蚀速率的计算公式如下:

式中,v为腐蚀速率,mm/a;m1、m2为腐蚀前后的钢片重量,g;S为试样的暴露面积,cm2;t为试验时间,h;ρ为试样的相对密度,7.85g/cm3。

腐蚀效率计算公式如下:

式中,f为腐蚀效率,%;v0为未加缓蚀剂时的腐蚀速率,mm/a;v1为加缓蚀剂时的腐蚀速率, mm/a。

2 结果与讨论

2.1 G105钢在饱和CO2的聚胺完井液中的缓蚀研究

试验结果表明(见图1),在温度低于90℃时,G105钢在聚胺完井液体系中的腐蚀呈先增大后减小的趋势,但幅度较小。此时,CO2腐蚀成膜较困难,暂时形成的FeCO3腐蚀产物膜也会逐渐溶解或脱落。因此,钢片表面或没有FeCO3膜或有疏松且附着力低的FeCO3膜,钢片表面光滑,呈均匀腐蚀。当温度高于110℃时,钢片的腐蚀速率迅速增加。在加入缓蚀剂JHS后,腐蚀速率迅速降低,钢片的腐蚀表面形成一层致密的FeCO3保护膜。在加入缓蚀剂CA101后,腐蚀速率也有明显降低,但缓蚀剂JHS的缓蚀效果优于缓蚀剂CA101。说明缓蚀剂JHS对该类腐蚀有良好的抑制作用,能将腐蚀控制在较低水平。

2.2 N80钢在饱和CO2的聚胺完井液中的缓蚀研究

试验结果表明(见图2),N80钢在聚胺完井液体系中的腐蚀规律与G105钢类似。说明缓蚀剂JHS对该类腐蚀也有良好的抑制作用,也能将腐蚀控制在较低水平。

图1 缓蚀剂对G105钢在聚胺完井液体系中缓蚀效果

图2 缓蚀剂对N80钢在聚胺完井液体系中缓蚀效果

2.3 L80钢在饱和CO2的聚胺完井液中的缓蚀研究

未加缓蚀剂时,在110℃附近时腐蚀速率有一个极大值,且腐蚀速率均在0.02mm/a以下;加入缓蚀剂后,L80钢的腐蚀速率降的更低,且腐蚀速率随温度的影响并不大,均在0.005mm/a左右,说明该材料具有良好的抗腐蚀性能,如图3所示。

从图4中可以看出,L80钢在聚胺完井液中几乎不发生腐蚀,说明该材料具有良好的抗腐蚀性能。在温度低于90℃,G105、N80钢腐蚀速率变化不大,当温度在110℃以上时,当温度高于110℃时,钢片的腐蚀速率迅速增加。这3种钢片在聚胺完井液体系中的腐蚀受CO2的影响与其在隐形酸完井液体系中的腐蚀规律相同。

3 结论

1)在饱和CO2的聚胺完井液中,在温度低于90℃时,G105和N80钢在聚胺完井液体系中的腐蚀呈先增大后减小的趋势,当温度高于110℃时,钢片的腐蚀速率迅速增加。L80钢几乎不发生腐蚀,该材料具有良好的抗腐蚀性能。

2)加入缓蚀剂后缓蚀速率明显降低,但缓蚀剂JHS的缓蚀效果优于缓蚀剂CA101。

图4 G105、N80、L80钢在聚胺完井液体系中的腐蚀

图3 缓蚀剂对L80钢在聚胺完井液体系中缓蚀效果

3)缓蚀剂JHS对CO2腐蚀有良好的抑制作用,在高温130℃时,仍可控制G105钢和N80钢的腐蚀效率在87.7%以上。

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[编辑]辛长静

TG142

A

16731409(2014)25001903

2014-05-26

非常规油气田湖北省协同创新中心基金项目(HBUOG-2014-21)。

荣沙沙(1990),女,硕士生,现主要从事电化学腐蚀方面的研究工作。

艾俊哲(1975),男,博士,副教授,现主要从事油气田应用化学方面的教学与研究工作;E-mil:aajzz@163.com。