海上某油田油井管柱腐蚀影响因素及防治措施研究

薛 蓥

(中海石油(中国)有限公司上海分公司，上海 200335)

随着油气田的不断开发，国内大部分油气田已进入了高含水阶段，采出水中含水率上升会对油气井管柱造成更严重的腐蚀，从而影响油气田的正常勘探与开发[1-5]。造成油井管柱腐蚀的影响因素较多，主要包括油井采出水的矿化度、离子组成、pH值、井筒温度及压力等，因此，有必要对油井管柱腐蚀的影响因素进行研究，针对性地提出油井管柱防腐蚀措施[6-10]。

海上某油田在开发过程中，油井管柱腐蚀问题已普遍存在于大多数区块内，油管、抽油杆和抽油泵等井筒设备均出现了不同程度的点蚀、坑蚀或穿孔等腐蚀现象，严重影响了油田的正常开发和生产，给油田造成巨大的经济损失。因此，作者以海上某油田油井采出水和油井管柱钢片为研究对象，采用静态挂片失重法研究采出水中硫化物含量、pH值、腐蚀温度以及氯离子含量等因素对腐蚀速率的影响，在分析油井管柱腐蚀影响因素的基础上，提出相应的防治措施，并评价缓蚀剂STB-11对目标油田油井管柱钢片的缓蚀性能。以期为目标油田油井管柱防腐技术提供一定的技术支持，以确保油田的安全高效合理开发。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

模拟海上某油田油井采出水，矿化度为21 500 mg·L-1，水型为NaHCO3；钢片，采用海上某油田油井现场管柱加工而成，尺寸均为50 mm×25 mm×2 mm，材质为J55钢。

硫化钠、氯化钠、氢氧化钠、盐酸(36%)，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；缓蚀剂STB-11(有效浓度>70%)，自制。

高温高压动态腐蚀反应釜，南通仪创实验仪器有限公司。

1.2 方法

使用高温高压动态腐蚀反应釜，采用静态挂片失重法对海上某油田油井管柱腐蚀影响因素进行分析，根据石油天然气行业标准 SY/T 5273-2014 《油田采出水处理用缓蚀剂性能指标及评价方法》对缓蚀剂性能进行评价。

2 结果与讨论

2.1 油井管柱腐蚀影响因素

2.1.1 硫化物含量的影响

在模拟海上某油田油井采出水中加入不同含量的Na2S，腐蚀温度为80 ℃，腐蚀时间为7 d，考察硫化物含量对油井管柱J55钢片腐蚀速率的影响，结果见表1。

表1 硫化物含量对腐蚀速率的影响

由表1可知，随着油井采出水中硫化物含量的增加，J55钢片的腐蚀速率逐渐加快，当硫化物含量为400 mg·L-1时，J55钢片的腐蚀速率达到1.215 mm·a-1。目标油田油井采出水中含有较多的硫化物(250 mg·L-1左右)，会对油井管柱造成比较严重的局部腐蚀，是造成目标油田油井管柱腐蚀的主要原因之一。

2.1.2 pH值的影响

使用盐酸和氢氧化钠溶液调节模拟海上某油田油井采出水的pH值，腐蚀温度为80 ℃，腐蚀时间为7 d，考察不同pH值对油井管柱J55钢片腐蚀速率的影响，结果见表2。

表2 不同pH值对腐蚀速率的影响

由表2可知，随着油井采出水pH值的增大，J55钢片的腐蚀速率逐渐减慢，当pH值由3增大至10时，J55钢片的腐蚀速率由2.318 mm·a-1减慢至0.142 mm·a-1，可见采出水pH值对腐蚀速率的影响较大。这是由于在pH值较小时，采出水中的H+会溶解部分腐蚀产物硫化亚铁，使腐蚀进程加剧，腐蚀速率加快。

2.1.3 腐蚀温度的影响

测定了不同腐蚀温度下海上某油田油井采出水对J55钢片的腐蚀速率，腐蚀时间为7 d，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，J55钢片的腐蚀速率逐渐加快，当腐蚀温度为120 ℃时，J55钢片的腐蚀速率为2.156 mm·a-1。这是由于，温度升高会促进流体介质对金属表面的点蚀作用，使腐蚀进程加剧，腐蚀速率加快；另外，温度越高，金属表面的腐蚀产物保护膜越疏松，易受流体冲刷而变薄，从而使腐蚀速率进一步加快。

2.1.4 氯离子含量的影响

在模拟海上某油田油井采出水中加入不同含量的NaCl，腐蚀温度为80 ℃，腐蚀时间为7 d，考察氯离子含量对油井管柱J55钢片腐蚀速率的影响，结果见表4。

表4 氯离子含量对腐蚀速率的影响

由表4可知，随着油井采出水中氯离子含量的增加，J55钢片的腐蚀速率逐渐加快，当氯离子含量为30 000 mg·L-1时，腐蚀速率达到1.726 mm·a-1。这是由于，氯离子属于活性阴离子，较容易吸附在金属表面，破坏金属表面形成的氧化保护膜，使腐蚀进程加剧，腐蚀速率加快。

2.2 油井管柱腐蚀防治措施

采用缓蚀剂是油田常用的一种经济、高效的防腐措施。针对海上某油田油井管柱腐蚀现状及腐蚀影响因素评价结果，室内研制了一种新型复合缓蚀剂STB-11，并评价其对目标油田油井管柱的缓蚀性能。

2.2.1 缓蚀剂STB-11加量的确定

在模拟海上某油田油井采出水(硫化物含量250 mg·L-1)中加入不同量的缓蚀剂STB-11，腐蚀温度为80 ℃，腐蚀时间为7 d，考察缓蚀剂STB-11加量对油井管柱腐蚀的影响，结果见图1。

图1 缓蚀剂STB-11加量对油井管柱腐蚀的影响Fig.1 Effect of dosage of corrosion inhibitor STB-11 on oil well string corrosion

由图1可知，随着缓蚀剂STB-11加量的增大，腐蚀速率逐渐减慢，当缓蚀剂STB-11加量为30 mg·L-1时，腐蚀速率降至0.051 mm·a-1，缓蚀率达到90%以上，能够满足石油天然气行业标准 SY/T 5273-2014 《油田采出水处理用缓蚀剂性能指标及评价方法》要求(缓蚀剂加量为30 mg·L-1时静态均匀缓蚀率≥70%)。说明缓蚀剂STB-11具有较好的缓蚀性能，其适宜加量为30 mg·L-1。

2.2.2 缓蚀剂STB-11的耐温性能

在缓蚀剂STB-11加量为30 mg·L-1、腐蚀温度为30～120 ℃时，考察缓蚀剂STB-11的耐温性能，结果见图2。

图2 缓蚀剂STB-11的耐温性能Fig.2 High-temperature resistance performance of corrosion inhibitor STB-11

由图2可知，随着腐蚀温度的升高，腐蚀速率逐渐加快，但升幅较小，缓蚀率逐渐下降，当腐蚀温度为120 ℃时，腐蚀速率为0.071 mm·a-1，缓蚀率达85%以上，仍能满足标准要求。说明缓蚀剂STB-11具有较好的耐温性能，能够满足井底高温环境对缓蚀剂性能的要求。

3 结论

(1)在分析海上某油田油井管柱腐蚀现状的基础上，室内开展了油井管柱腐蚀影响因素研究。结果表明，腐蚀速率随采出水中硫化物含量、腐蚀温度以及氯离子含量的升高而逐渐加快，腐蚀速率随pH值的增大而逐渐减慢。

(2)油井管柱腐蚀防治措施研究结果表明，当采出水中缓蚀剂STB-11加量为30 mg·L-1、腐蚀温度为120 ℃时，腐蚀速率为0.071 mm·a-1，缓蚀率可以达到85%以上，能够满足行业标准要求。