大庆油田Y注CO2试验区防腐工艺技术研究与应用

陈 涛

（大庆油田有限责任公司第五采油厂，黑龙江 大庆 163514）

1 Y注CO2试验区基本概况

为探索特低渗透致密油层有效动用技术，2002年在Y区块开展了“1注5采”CO2驱油先导性试验，2008年，在前期试验取得初步效果的基础上，进一步扩大试验规模。投产14口注入井，25口采油井。目前试验区共有试验井45口，其中注入井15口，采出井30口。

CO2气体属酸性气体，对井下油管、套管及井下工具有较强的腐蚀作用。随着开发时间的延长，油井生产过程中的CO2腐蚀问题日益突出。这不仅严重影响到油井的产量，还会造成各种安全事故，妨碍油井正常生产。

2 CO2防腐工艺研究及现场试验

2.1 室内试验

（1）分析测试Y区块地层在不同深度位置的压力、温度、介质成分、pH值和介质流速。通过现场测试及理论计算，井口压力12MPa左右，井底压力最高30MPa；井口至井底温度5℃～90℃；

（2）室内模拟井下条件，对不同材质试件进行腐蚀性能测试：将N80钢、纳米、镀镍磷处理、渗氮处理、渗铝处理、等各种防腐材料进行室内实验，进行腐蚀程度分析[1]；

可以看出，纳米、氮化、N80、J55在此温度条件下，随着压力的升高腐蚀速率逐渐升高。N80腐蚀速率最大，镍磷镀在金属材料中，腐蚀速率相对比较低。

（3）利用电镜对腐蚀产物和腐蚀后材料进行晶格、晶形分析。电镜法对腐蚀材质表面的照片可以看出：不同材质的表面凹凸程度不同，可以得到腐蚀速率大小排序为：N80＞J55＞氮化＞镍磷镀；

（4）通过电化学实验对材料腐蚀过程的电化学（极化曲线）行为进行分析描述，提出合理准确的腐蚀机理[2]；

N80、J55、氮化试样的自腐蚀电位和腐蚀电流都比较接近，而镍磷镀试样的自腐蚀电位发生了明显正移，腐蚀电流密度大大减小。表明镍磷镀试样在介质中耐蚀性好于其它三种试样。

图1 温度80℃不同分压条件下对腐蚀速率的影响

图2 不同材质的极化曲线图

表1 注入井挂件腐蚀速率分析对比表

综上，通过室内防腐实验表明随着温度、压力的升高CO2的腐蚀速率逐渐升高，得到腐蚀速率大小排序为：N80＞J55＞氮化＞渗铝＞纳米＞镍磷镀＞聚四氟。

2.2 防腐材料优选和井下挂件试验：

（1）注入井挂件材料：N80钢、J55钢、镀镍磷（40μm、20μm各15件）、纳米、氮化、聚四氟、橡胶圈材料为1组。规格：Φ5短杆×50；数量15组；下入位置：井口、井筒中部、井底共3处。可以看出，N80、J55腐蚀速率最大；聚四氟腐蚀速率最小，镍磷镀在金属材质中抗腐蚀性能最好；

（2）采出井挂件材料：镀镍磷（40μm、20μm各15件）、纳米、氮化、渗铝材料为1组。采油井油管短节下井1年，4种材质短节随作业施工起出后，利用电镜法对腐蚀情况进行分析：一是氮化材质油管表面存在不均匀腐蚀（点腐蚀）；二是渗铝材质油管表面光滑，但局部有起泡现象；三是纳米材质油管表面大面积出现黑色物质脱落现象；四是镍磷镀材质油管表面较光亮且均匀，没有物质脱落的现象，说明镍磷镀材质油管的抗腐蚀性最好。

综上，渗铝试样局部有起泡现象、纳米试样出现脱落现象，因此作为井下材料不可选。镍磷镀、氮化、N80、J55试样均出现腐蚀现象，其中镀镍腐蚀率相对比较小，N80腐蚀率最大。

3 防腐工艺现场应用情况

通过前期1注5采先导试验经验、CO2防腐室内实验分析：优选了注采井井下管柱防腐材质同时开展了分层注入工艺、带压封堵技术、套管保护工艺研究并进行了现场应用：

（1）注入工艺管柱优选：一是2003年先期投产的X井及2008年上半年投产8口注入井采用常规工艺（套管保护管柱）；油管采用镍磷镀材料镀层厚度为40μm（通过试验20μm的镀层难以做到完全覆盖，达到40μm时防腐性较好）；封隔器钢体及井下工具镀铬处理；二是采用耐压35MPa井口，不锈钢全防腐井口；三是油套环空加咪唑啉缓蚀剂防腐。四是2008年底投产的6口井选择插入式防喷工艺，井口耐压35 MPa，活动部件用防腐材料；

（2）采出工艺管柱优选：一是油管、抽油杆采用镍磷镀材料（镀层厚度40μm）；二是整筒泵的泵体和柱塞采用镀铬处理（厚度为40μm），凡尔罩总成采用合金钢制造；三是井口选用250-EE型井口，EE级井口材质在与腐蚀性介质接触的关键部位，如阀芯、隔环、压盖等部位采用抗CO2腐蚀合金钢材料制造；

图3 缓蚀剂浓度对材料腐蚀速率的影响曲线

（3）分层注入工艺研究及试验：CO2分注管柱设计本着调试方便、耐腐蚀、密封可靠的原则，井下工具采用镍磷镀层处理，厚度为35μm，耐磨损并具有良好的抗腐蚀效果；管注气密扣是BGT型气密扣；橡胶密封件优选出氢化丁腈橡胶；配套工具指标：耐温90 ℃ ；耐压25MPa；

（4）套管保护措施：针对注入井套管腐蚀问题，采取添加咪唑啉防腐缓蚀剂保护措施。并通过前期CO2防腐机理研究，对咪唑啉缓蚀剂的使用浓度对缓蚀性能进行了评价。

可以看出：缓蚀剂在3000mg/L（即浓度为3%时），其对氮化、镍磷镀、N80钢、J55钢的缓蚀效果最好，腐蚀速率均达到≤0.125mm/a的国家指标要求[3]。

该试验区套管均采用N80、J55普通碳钢材质，前期防腐工艺研究表明两种材质均存在腐蚀问题。随着水气交替施工开展，注采井套管可能存在腐蚀加重情况，下步需加大套管腐蚀检测力度，并定期通过高压加药装置像油套环空添加防腐缓蚀剂保护措施，减缓套管腐蚀速度。

4 结论及认识

（1）通过室内防腐实验和现场挂件试验表明随着温度、压力升高CO2的腐蚀速率逐渐升高，得到腐蚀速率大小排序为：N80＞J55＞氮化＞渗铝＞纳米＞镍磷镀＞聚四氟；

（2）防腐试验表明渗铝试样局部有起泡现象、纳米试样出现脱落现象，因此作为井下材料不可选，镀镍材质腐蚀速率较小，可作为井下材料；聚四氟腐蚀速率最小可作为防腐配件使用；

（3）注采井管柱优化设计见到较好效果，油管、抽油杆优选镍磷镀材料镀层厚度40μm，可有效控制腐蚀速度。该试验区目前采油井含水较低（平均含水3%），但随着水气交替注入试验的开展，含水上升时存在腐蚀加重的可能；

（4）Y试验区套管均采用N80、J55普通碳钢材质，前期防腐工艺研究表明两种材质均存在腐蚀问题。需加大检测力度，并通过油套环空添加防腐缓蚀剂保护措施，减缓套管腐蚀速度。