多级长效泵下缓蚀器的研制与应用

2019-07-02李永强唐洪涛黄佳博

石油天然气学报 2019年3期

李永强，袁杰，唐洪涛，崔杰，黄佳博

中石化胜利油田分公司胜利采油厂，山东东营

1.高温高盐油藏井筒缓蚀技术应用现状

胜坨油田高温高盐油藏井下工具腐蚀问题日益严重。统计T128断块28口作业油井发现，有13口井存在严重的腐蚀现象，占作业井次的46%。井筒腐蚀预防治理技术主要有2种[1] [2] [3]。一是井口油套环空投加液体缓蚀剂，其缺点是工作量大，且液体缓蚀剂易吸附在油、套管表面，造成缓蚀剂损失浪费；二是泵下接挂固体缓蚀剂，目前固体药剂释放还停留于单级释放阶段，泵下缓蚀剂释放速度过快，导致有效期短[4] [5]。笔者研制了多级泵下缓蚀器，通过泵下防腐器逐级释放固体缓蚀剂，达到对井筒管柱及井下工具防腐的目的。

2.泵下长效缓蚀器的研制

2.1.结构设计

泵下长效缓蚀器由两级结构组成(见图1)：一级结构(正常使用部分)，二级结构(延迟启动部分)。

一级结构由释放器和装料管组成，释放管长5 m，孔径20 mm，孔数30个；装料管长2 m，根据需要可将装料管串联使用，下端用丝堵密封。将固体缓蚀剂装入料管内，填满压实。

二级结构与一级结构相同，也是由释放器和装料管组成。释放孔用直径20 mm、厚5.5 mm的阳极块铆钉，将制作成的固体缓蚀剂装入料管内，填满压实，丝扣连接于筛管下。

Figure 1.The structure of long-acting corrosion inhibitor under pump图1.泵下长效缓蚀器的结构图

2.2.工作原理

装置下井后，一级缓蚀阻垢器首先工作，二级缓蚀阻垢器释放中阳极材料块处在腐蚀环境下。由于阳极材料的电极电位较低，优先于铁材料腐蚀。通过优选阳极材料、控制阳极材料块厚度，使其在一级缓蚀阻垢器药剂释放完毕，二级缓蚀阻垢器阳极材料块腐蚀掉后开始工作，达到延长防腐蚀目的。

2.3.二级结构牺牲阳极材料的优选

2.3.1.牺牲阳极材料优选试验

根据金属活性序列，选用XS1和XS2这2种金属进行试验。XS1、XS2均为直径10 mm、厚5.5 mm的圆柱体。先将50 mm长的油管平均分成4份，打上直径10 mm的孔；再将牺牲阳极材料锚入油管打好的孔内；最后将做好的阳极材料块放入腐蚀介质中。试验用腐蚀介质为STT128X140井采出水，试验温度90℃，放置22d后测定阳极材料腐蚀速率。

式中：F为腐蚀速率，mm/a；mgf为腐蚀后阳极材料质量，kg；mhf为腐蚀前阳极材料质量，kg；S为阳极材料与腐蚀介质接触面积，m2；tf为腐蚀时间，d；ρ为阳极材料密度，kg/m3。

测试得出，XS1的阳极腐蚀速率为0.0046 mm/a，XS2的阳极腐蚀速率为38.18 mm/a。XS1腐蚀速率较低，原因是金属表面形成了氧化膜，减缓了金属腐蚀速率，但XS2腐蚀速度又过快，故这2种金属均不适合作为二级缓蚀器的牺牲阳极材料。现采用将2种金属材料按照一定比例进行复合的方法，制做了XS3牺牲阳极复合材料。

2.3.2.牺牲阳极复合材料腐蚀速率评价试验

将XS3做成的样品置于STT128X140井采出水中，试验温度90℃，放置17 d后测定阳极材料腐蚀速率，测试结果见表1。可以看出，制作的5.5 mm厚的牺牲材料能够在154～181 d内完全腐蚀，打开二级缓蚀器开始正常工作。说明牺牲阳极复合材料基本符合要求。

Table 1.The test result of XS3 corrosion rate表1.XS3腐蚀速率测试结果

3.固体缓蚀剂的研制及评价

3.1.固体缓蚀剂的研制

固体缓蚀剂是以缓蚀剂中间体为主体，改性后辅以少量助剂(增效、包覆材料)形成的新型固体缓蚀剂，有效成分高达90%以上。

3.2.固体缓蚀剂缓蚀效果评价

取2个1000 mL广口瓶，各加入T128区块油田净化污水1000 mL。一瓶加入0.5 g固体缓蚀剂药剂，另一瓶不加固体缓蚀剂药剂(作为空白样)。两个广口瓶挂入(材质为 KD)处理好的挂片，90℃恒温水浴静置，10 d后取出挂片清洗称重，计算失重质量及缓蚀率，试验结果见表2。固体缓蚀剂在90℃水中浸泡10 d后，剩余0.4 g，缓蚀率达78.7%。表明在高温环境下，质量浓度10 mg/L左右的固体缓蚀剂即可具有良好的缓蚀性能。

Table 2.The evaluation and test data of solid corrosion inhibitor表2.固体缓蚀剂评价试验数据

4.现场应用试验

选取T128断块2口腐蚀问题突出的油井开展试验。油管采用耐高温内衬油管，抽油杆采用高强度KD杆，2口油井的抽油杆腐蚀问题严重，免修期短。

结合2口油井腐蚀问题，下入泵下缓蚀器，并测试采出水对KD材质挂片的腐蚀速率。2口油井平均免修期达到469 d，且继续有效。对2口井采出水进行取样，按照SY/T 5329-2012《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》标准进行腐蚀速率测试，试验结果如表3所示。采出水的腐蚀速率较低，达到了注入水水质指标。