空气泡沫驱用环空保护液研制与应用

饶天利，张文来，王涛，龙永福 （中石油长庆油田分公司第三采油厂，宁夏银川750006）

苏高申 （长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州434023）

空气泡沫驱是将空气驱和泡沫驱有机结合起来的具有调剖和驱油双重作用的一种提高采收率技术［1］。长庆油田第三采油厂在某区块进行了低渗透油藏空气泡沫驱先导试验。项目实施过程中，发现试验区块注水井注气管柱和套管严重腐蚀，特别是有部分注管柱有腐蚀穿孔的现象。因此，需研发具有针对性的高效缓蚀环空保护液。

1 配方组成设计

针对空气泡沫驱注水井环空高温、高压、氧气浸入、细菌超标等现状，环空保护液组成拟采用缓蚀剂、杀菌剂、pH 调节剂和除氧剂复配组成。缓蚀剂选用以氧缓蚀剂为主，二氧化碳缓蚀剂为辅，防止由于高温环境下氧气和二氧化碳浸入而形成的腐蚀；杀菌剂主要作用是杀灭水体中的硫酸盐还原菌（SRB）、铁细菌 （FB）和腐生菌 （TGB），防止由于细菌孳生而产生的腐蚀；pH 调节剂的加入主要考虑氧腐蚀发生在低pH 条件下，通过调节保护液的pH 值为9以上，一方面可减缓氧腐蚀化学反应的进程，另一方面可延长缓蚀剂的使用寿命［2］；除氧剂的作用是除去水中微量的溶解氧，可在环空保护液注入初期消耗一定量的溶解氧，延长环空保护液的使用寿命。

2 试验药品与方法

2．1 药品

缓蚀剂HCR－1、HCR－2、杀菌剂CD－11（荆州埃科科技有限公司）；除氧剂CHY－1、CHY－2 （湖南株洲金诚科技发展有限公司）；亚硫酸氢钠（天津光复试剂有限公司）；pH 调节剂AMP－95（美国陶氏化学）。

2．2 方法

参考SY／T 5273－2000 《油田采出水用缓蚀剂性能评价方法》，针对空气泡沫驱环空溶有氧气的特点，评价容器采用开口和密闭氧气加压 （0．8MPa）2种形式，温度60±2℃，钢片采用与套管一致的材料J55钢，根据现场配液用水化学成分配制模拟水，配水成分如表1所示，对所有药剂进行缓蚀性能评价；参考SY／T 5329－1994 《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》中杀菌剂的评价方法对杀菌剂的杀菌效果进行评价。

3 单因素试验结果与讨论

表1 模拟水配水表

3．1 杀菌剂

由表2杀菌剂CD－11的评价结果表明，杀菌剂CD－11杀菌效果较好，加药浓度100mg／L 以上时硫酸盐杆菌SRB、腐生菌TGB均得到有效抑制。

3．2 缓蚀剂

缓蚀剂HCR－1缓释效果如图1所示，缓蚀剂HCR－1浓度越高，腐蚀速率越低，缓蚀率越高，但浓度达到1100mg／L时腐蚀速率和缓蚀率也只能分别达到0．2093mm／a和30．86%，远高于标准要求。缓蚀剂HCR－2缓释效果如图2所示，缓蚀剂HCR－2浓度越高，腐蚀速率越低，缓蚀率越高，浓度达到900mg／L时腐蚀速率和缓蚀率分别达到0．00599mm／a和97．996%。因此缓蚀剂HCR－2缓蚀效果远高于HCR－1。

表2 杀菌剂CD－11评价结果

图1 缓蚀剂HCR－1缓蚀效果

图2 缓蚀剂HCR－2浓度对缓蚀效果的影响

3．3 pH 调节剂

AMP－95不仅可以作为pH 调节剂，还具有缓释效果。缓释评价结果见图3，随AMP－95浓度升高，腐蚀速率先升高后降低，并趋于平稳。但从试验现象上看，浓度大于3g／L 后钢片未见腐蚀，腐蚀速率较高的原因可能是AMP－95缓蚀机理为非成膜机理，在用盐酸清洗腐蚀产物时钢片直接与盐酸反应而损失了一部分质量。AMP－95缓蚀机理有待于进一步研究。

3．4 除氧剂

分别考察除氧剂CHY－1、CHY－2单独使用时的缓蚀效果。由图4可知，随CHY－1浓度升高，缓蚀速率降低；但浓度为300mg／L时，腐蚀速率仍比行业标准大1．5倍左右，不能单独作为缓蚀剂使用。由图5可知，随CHY－2 浓度升高，腐蚀速率降低，但效果不如CHY－1。考察市面上常用的除氧剂Na2SO3，其浓度对缓蚀效果的影响如图6所示，除氧剂亚硫酸钠单独使用时没有缓蚀效果，且加量越多腐蚀速率越高。

图3 AMP－95浓度对缓蚀效果的影响

图4 除氧剂CHY－1浓度对缓蚀效果的影响

图5 除氧剂CHY－2浓度对缓蚀效果的影响

图6 Na2SO3 浓度对缓蚀效果的影响

4 正交试验

参考单因素缓蚀试验结果，对配方中主要功能组分进行正交试验设计L9（34），采用常压开口腐蚀评价方法进行评价试验。考察了缓蚀剂、pH 调节剂、杀菌剂和除氧剂等4组分的配伍性，并根据正交试验结果，优化4 个因素的加量水平。正交试验结果如表3。

通过正交试验结果可知，4个因素对缓蚀效果影响大小的顺序是CHR－2、AMP－95、CHY－2、CD－11，四组分之间有协同缓蚀作用。因此，环空保护液配方4组分设计是合理可行的，最佳配方如下：CHR－2浓 度 为900mg／L，AMP－95 浓 度为5g／L，CD－11浓度为150mg／L，CHY－2浓度为100mg／L。

表3 正交试验结果

5 高温高压动态腐蚀试验

正交试验的结果是在常压开口腐蚀评价方法下得到的，为了进一步验证其实际应用效果，还需要在模拟应用环境下进行验证试验。采用得到的环空保护液最佳配方，利用高温高压动态腐蚀评价仪，考察该配方的在模拟工况下 （65℃，空气压力15MPa）的缓蚀效果。评价结果如表4，高温高压动态腐蚀试验钢片如图7所示。

高温高压动态腐蚀试验结果表明，杀菌剂、缓蚀剂、除氧剂和pH 调节剂有协同缓蚀效果，最佳配方的平均腐蚀速率为0．0514mm／a，缓蚀率达到86．5%，可以达到标准要求。

表4 高温高压动态腐蚀试验（A空白，B加药）

6 结论

1）缓蚀剂HCR－2浓度越高，腐蚀速率越低，缓蚀率越高，浓度达到900mg／L时腐蚀速率和缓蚀率分别达到0．00599mm／a和97．996%。2）随AMP－95浓度升高，腐蚀速率先升高后降低，并趋于平稳。

3）除氧剂CHY－1、CHY－2单独使用时也具有一定的缓蚀效果，亚硫酸钠单独使用没有缓蚀效果，随加药浓度增大，腐蚀速率增加。

4）HCR－2、AMP－95、CD－11和CHY－2具有协同缓蚀作用，4个因素对缓蚀效果影响大小的顺序是HCR－2、AMP－95、CHY－2、CD－11。环空保护液最佳配方为CHR－2浓度为900mg／L，AMP－95浓度为5g／L，CD－11浓度为150mg／L，CHY－2浓度为100mg／L。

5）高温高压动态腐蚀试验结果表明，在模拟工况条件下，最佳配方平均腐蚀速率为0．0514mm／a，缓蚀率达到86．5%。

图7 高温高压动态腐蚀试验钢片（A空白，B加药）

［1］孟令军．低渗油藏空气／空气泡沫驱提高采收率技术实验研究 ［D］．北京：中国石油大学，2011：1～4．

［2］杨卫国，徐君铭．（溶）氧腐蚀—一种容易被忽视的腐蚀形式 ［J］．广州化工，2005，33 （3）：74～75．

［3］蔡永春．温米油田水处理工艺研究与应用 ［D］．大庆：东北石油大学，2011．

［4］尹先清，朱米家．油田注水除氧剂的研究进展 ［J］．广东化工，2010，37 （3）21～22．

［5］倪关龙．新型除氧剂二甲基酮肟及应用 ［J］．化学清洗，1993，9 （3）：15～18．

［6］赵远鹏，郭学辉．空气泡沫缓蚀剂的研究 ［D］．西安：西安石油大学，2010．

［7］林伟民，李雪峰，陈秀玲，等．注空气泡沫驱油过程中的腐蚀与防护研究 ［J］．油田化学，2010，27 （3）：342～345．