油吴老区中高含水区块防腐防垢技术研究

肖建雄，罗 跃，杨 欢，黄黎阳

（长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州 434023）

油吴老区目前一共包括10个开采区块，其中油房庄老区共包括5个开采区块，吴起老区共包括5个开采区块。油房庄老区结垢腐蚀矛盾较为突出的是定31、定62、定41三个区块，平均含水84.7%，导致地面管网腐蚀严重；侏罗系、三叠系层位的不配伍性，导致油四转、定612等混输站点结垢问题比较突出。垢型分析主要是碳酸盐垢，同时含有BaSO4等物质的混合垢。吴起老区结垢腐蚀矛盾较为突出的是吴133、吴135两个区块，平均含水72.5%，高含水硫化氢超标导致地面管网腐蚀严重；侏罗系、三叠系混输导致吴四转、吴六转结垢严重。垢型分析主要是碳酸盐垢，同时含有BaSO4等物质的混合垢。

针对上述情况，本文全面深入的研究了油吴老区高含水区块的腐蚀结垢现状、水质分析、垢样分析，总结了该区块腐蚀结垢机理及特征，并筛选、评价了6种阻垢剂、6种缓蚀剂，优化了油吴老区高含水区块的防腐防垢技术。

1 主要实验药品及仪器

（1）主要药品：硝酸银、浓盐酸、EDTA、氯化钠、氯化钾、无水氯化钙、无水氯化镁、无水碳酸钠、无水硫酸钠、碳酸氢钠，分析纯；油吴老区水样、垢样。

（2）主要仪器：HH数显恒温水浴锅（江苏金坛市金城国胜实验仪器厂）、电子天平（赛多利斯科学仪器有限公司）、电热式鼓风干燥箱（天津市华北实验仪器有限公司）、80-2型电动离心机（江苏金坛市金城国胜实验仪器厂）、等离子体原子发射光谱仪（美国THERMO公司IRISINTREPIDII XSP）、扫描电镜（日本日立公司）、EDAX能谱仪（美国EDAX公司）。

2 实验方法

（1）水质分析：依据SY/T 5329-2000《碎岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》及SY/T 5523-2000《油气田水分析方法》对油吴老区的水样进行检测分析。

（2）垢样分析：①垢样能谱分析：将油吴老区垢样用石油醚萃取出有机物后将剩余的样品干燥后放入研钵中研磨，120℃烘干干燥，采用EDAX进行测试；②垢样扫描电镜分析：将垢样干燥后放入研钵中磨细，取少量样品置于专用样品台，采用扫描电镜对垢样进行扫描测试。

（3）阻垢剂阻垢性能评价：参照SY/T 5673-93《油田用阻垢剂性能评定方法》对现有阻垢剂进行筛选与评价[1，2]。

（4）缓蚀剂缓蚀性能评价：参照《常压静态腐蚀速率及缓蚀率测定方法》，将已称重的金属挂片分别挂入已加和未加缓蚀剂的实验介质（每1 cm2挂片面积使用的实验介质不少于20 mL）中，在一定温度条件下浸泡到一定时间，然后取出挂片，经清洗干燥处理后称量，根据挂片的质量损失计算出缓蚀率[3，4]。

3 结果与讨论

3.1 水质分析

由表1和表2可知，油房庄部分水样矿化度较高，水型以CaCl2型为主，不同井场的采出液矿化度差别较大，最高可达85 133 mg/L。Ca2+、Mg2+等成垢阳离子的含量较高，最高含量分别为3 258 mg/L、404 mg/L。吴起区块对应水样普遍矿化度很高，最高可达140 789 mg/L，除延7层位水型为Na2SO4水型，其余层位均为CaCl2型。除延 7层位不含 Ba2+、Sr2+，其余层位 Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+等成垢阳离子的含量均很高，最高含量分别为 3 704 mg/L、1 128 mg/L、396 mg/L。参照标准 SY/T 5673-93，模拟地层水实验[5]，发现油房庄老区典型垢样为CaCO3，理论最大结垢量为500 mg/L，吴起老区典型垢样为CaCO3，理论最大结垢量为4 810 mg/L。

表1 油房庄区块油田水水质分析表（mg/L）

表2 吴起区块油田水水质分析表（mg/L）

3.2 垢样分析

针对油吴老区结垢严重的情况，分别采集油房庄和吴起区块结垢严重的一个点的垢样：油房庄老区长2定592-21垢样和吴起老区砖39-9油管外壁返出垢样，进行能谱及SEM分析（见图1，图2），确定垢样组成。由图1和图2垢样能谱及SEM分析图可知，油房庄老区结垢类型以碳酸盐垢和少量腐蚀产物为主，夹杂着少量原油、泥沙、析出盐和有机垢；吴起老区结垢产物以腐蚀产物铁的氧化物和碳酸垢为主，还有部分硫酸钡锶垢，夹杂少量原油和有机垢。

3.3 阻垢剂阻垢性能评价

油吴老区不同层位采出液中一部分富含成垢阳离子，一部分富含成垢阴离子，两种水体相遇后即形成沉淀，沉淀物吸附、沉积在集输系统管壁上就形成了垢。油吴老区垢样主要为CaCO3，其成垢离子为Ca2+、CO32-和 HCO3-[6，7]。

由图3可知，除HZG-01之外的其他5种阻垢剂，在低浓度时对硫酸钡锶垢的阻垢有促进作用。随着浓度增加，SIB对硫酸钡锶垢表现出优于其他阻垢剂的性能。由图4可知，在低浓度时KZG-1的阻碳酸钙垢性能优于其他5种阻垢剂，在较高浓度时KEW-129的阻垢性能稳定。油房庄老区典型垢样为碳酸钙，理论最大结垢量为500 mg/L。因此推荐使用KEW-129，在加量20 mg/L～30 mg/L时使用即可达到80%以上的阻垢率。吴起老区典型垢样为腐蚀产物、碳酸钙和部分硫酸钡锶垢，推荐使用SIB，在加量60 mg/L～80 mg/L时使用阻垢率即可达到75%左右。

3.4 缓蚀剂缓蚀性能评价

油吴老区典型垢样成分组成为碳酸钙，其他成分主要是金属氧化物，金属氧化物是垢下氧腐蚀的产物；垢样中还有一部分氯化物，氯离子是形成点腐蚀的主要原因[7，8]。腐蚀产物附着于管壁，形成铁盐垢，尤其是腐蚀严重的系统，铁的氧化物是主要垢型。油吴老区油井垢样的另一种成分为FeCO3，同时也说明了管材存在一定的腐蚀[9]。

图1 油房庄老区长2定592-21垢样能谱和扫描电镜分析

图2 吴起老区砖39-9油管外壁返出垢样能谱和扫描电镜分析

图3 6种阻垢剂阻硫酸钡锶垢效果评价图

图4 6种阻垢剂阻碳酸钙垢效果评价图

由图5可知，在相同加量的情况下，缓蚀剂HHS-08的性能明显优于其他的缓蚀剂。因油吴老区模拟水样的年平均腐蚀率为0.219 mm/a，属于腐蚀速率较高的情况，故推荐使用HHS-08药剂作为缓蚀剂，加量为100 mg/L，缓蚀率约为80%。

图5 6种缓蚀剂缓蚀效果评价图

4 结论

通过对油吴老区采出水进行组分分析和对各区块垢样的定性、定量及微观结构分析，得出以下结论：

（1）采出水组分分析结果表明：油房庄老区有形成碳酸盐垢的趋势，容易造成氯根腐蚀，腐蚀后易形成铁氧化物垢；吴起老区采出水矿化度高、高浓度Cl-引起的盐卤腐蚀，腐蚀后易形成铁氧化物垢，且吴起老区Ba2+、Sr2+、HCO3-、SO42-含量均较高，有形成碳酸盐垢以及硫酸钡锶垢的趋势。

（2）各区块垢样的定性、定量及微观结构分析结果表明：油吴老区各特征油井结垢样品的垢型一致，垢样中主要含有 KCl、NaCl、CaCO3、CaSO4、FeCO3、硅酸盐、硫酸钡锶等物质，结垢样品中都含有少量FeS。说明结垢类型以腐蚀产物、碳酸钙和部分硫酸钡锶垢为主。

（3）药剂筛选及加量推荐：油房庄老区典型垢样为碳酸钙垢，推荐使用KEW-129，加量为20 mg/L～30 mg/L；吴起老区典型垢样为腐蚀产物、碳酸钙和部分硫酸钡锶垢，推荐使用SIB，加量为60 mg/L～80 mg/L。因油吴老区模拟水样的年平均腐蚀率为0.219 mm/a，属于腐蚀速率较高的情况，故推荐使用HHS-08药剂作为缓蚀剂，加量为100 mg/L，缓蚀率约为80%。