油田回注污水对管线腐蚀性研究

2022-07-13徐吕

广州化工 2022年12期

徐吕

(昆明工业职业技术学院，云南昆明 650302)

陕北油田属于低渗透油藏，广泛采用注水开发作为保持地层压力和提高采油效率的有效手段，随着石油开采进入中后期，含油污水不断增加，污水可作为一种较为理想的水源进行回注，但污水回注进入地层后，与地层水相遇，会引起回注污水体系因温度、pH等发生变化，导致原本稳定的回注水体系遭到破坏，引起回注管网腐蚀加剧，制约油田原油生产和整体经济效益的提高。注水管线的腐蚀问题已成为困扰油田生产的一个重要因素[1-3]，同时，腐蚀也是油田水质控制中遇到的最严重的问题之一，给生产带来极大危害[4]。引起管网腐蚀的原因各有不同，针对腐蚀的原因，对症下药，采取有效的控制手段，成为科研人员的重要研究课题。笔者在总结相关研究成果与经验的基础上，采用带能谱分析的扫描电镜对腐蚀挂片进行形貌及能谱分析，分析导致陕北某区块回注污水管网腐蚀的原因，为下一阶段的防腐工作，提供决策依据。

1 实验部分

1.1 水质分析

1.2 污水腐蚀速率测试

实验用挂片为A3钢试片，尺寸为76 mm×13 mm×1.5 mm，以作为腐蚀介质。实验方法按照SY5273-2014《油田采出水处理用缓蚀剂性能指标及评价方法》中规定的方法进行，在近地层温度(40 ℃)下浸泡一定的时间(7天)，通过其形貌评价其腐蚀程度。

1.3 形貌观察和能谱分析

先将腐蚀挂片进行干燥处理，之后再用扫描电子显微镜观察其形貌，通过观察挂片的腐蚀形貌图，初步判定腐蚀的类型。为进一步探究引起腐蚀的根本原因，对腐蚀挂片表面开展能谱(EDS)分析，通过分析该区域元素的构成及变化情况，找出不同扫描区域元素的变化规律，以判定腐蚀的成因，为下一阶段的防腐工作提供决策依据。

2 实验结果与讨论

2.1 污水离子及成分分析

依据SY/T5523-2000《油气田水分析方法》和SY/T5329-94《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》，其回注污水、地层水水质分析结果如表1、表2所示。

表1 污水成分分析结果Table 1 Analysis results of sewage composition

表2 地层水成分分析结果Table 2 Analysis results of formation water composition

对照表1、表2的指标数据来看，地层水的腐蚀速率(0.061 mg/L)明显高于污水的腐蚀速率(0.023 mg/L)，其它指标相比来看，地层水的硫酸盐还原菌数量(106个/mL)显著高于污水(105个/ml)。

污水、地层水中的腐生菌、硫酸盐还原菌含量均较高，直接注入易引起管线堵塞或腐蚀。腐生菌在一定条件下，能从有机物中得到能量，产生粘性物质，与某些代谢产物累积沉淀可造成堵塞。同时，腐生菌产生的粘液会对管道腐蚀造成很大的危害，这些细菌的数量超过一定值后能产生氧浓差电池，致使注水井腐蚀和堵塞[5]。硫酸盐还原菌氢化酶的去极化作用下，能将硫酸根离子还原成二价硫离子，将铁氧化成二价的亚铁离子，从而进而形成腐蚀产物硫化亚铁，加速管道腐蚀和堵塞，加剧对金属设备的腐蚀。

2.2 腐蚀挂片扫描电镜SEM观察

对比图1两张形貌图，图1(a)局部形成较深的小坑，而右图整体较平滑，说明腐蚀发生在金属表面的某些特定部位，其余大部分几乎不腐蚀，其腐蚀形态主要表现为局部腐蚀；对比图2的两张形貌图，图2(a)形成腐蚀沟槽，而右图整体较粗糙，腐蚀发生在金属整个表面，其腐蚀形态主要表现为全面腐蚀。至于腐蚀的原因，还需进一步通过挂片的能谱分析，对比其表面的腐蚀产物进行元素分析，探索影响腐蚀的主要原因。

图1 污水腐蚀挂片SEM形貌Fig.1 SEM morphology of hanging sheet corroded by sewage

图2 地层水腐蚀挂片SEM形貌Fig.2 SEM morphology of formation water corrosion hanging sheet

2.3 腐蚀挂片能谱分析

从表3能谱分析结果可以看出，对照图3的3个扫描区的元素质量百分数可知，三个点的C、O、Fe质量百分数相差较大，其中C含量的变化，符合晶间腐蚀机理的贫Cr-晶界碳化物析出理论；O、Fe含量变化，符合点蚀机理的“闭塞电池”自催化理论，随着蚀孔的加深，阴阳极位置彼此分开，锈层可与垢层堆积形成闭塞电池。三个区域相比较，区域1的C变化最大，相应区域的Fe损失也最大，所以污水腐蚀以晶间腐蚀为主，点蚀为辅。

表3 污水腐蚀挂片能谱分析Table 3 Energy spectrum analysis of sewage corrosion hanging plate

图3 污水腐蚀挂片能谱分析扫描区域Fig.3 Sewage corrosion energy spectrum analysis of the scanning area

从表4可以看出，图4三个区域的O、Fe的质量百分数变化最大，且O含量越高，Fe的含量越低。而氧有极强的去极化作用，在浓度非常低的情况下，也能引起较严重腐蚀[6]。其腐蚀原理为：在高矿化度的水中，溶解氧有着极强的去极化作用和浓差电池的作用，发生原电池反应，金属表面作为阳极，氧作为阴极，且HCO3-对该反应有促进作用，促促使管线的进一步的腐蚀。其反应如下：

表4 地层水腐蚀挂片能谱分析Table 4 Energy spectrum analysis of formation water corrosion hanging piece

图4 地层水腐蚀挂片能谱分析扫描区域Fig.4 Energy spectrum analysis of formation water corrosion hanging chip scanning area

阴极：O2+2H2O+4e→4OH-

阳极：Fe→Fe2++2e

则:Fe2++2OH-→Fe(OH)2

金属表面由于吸氧腐蚀产生的Fe(OH)2，会把金属表面保护起来，但在污水、地层水高浓度氯离子，而水中的氯离子穿透性强，可以从钝化膜致密空隙中到达金属表面，并与金属相互作用形成可溶性化合物，使氧化膜的结构发生变化[7]，促进腐蚀的进一步发生。

综上所述，污水腐蚀挂片为晶间腐蚀引起的局部腐蚀，能谱分析中Fe的质量百分数平均值90.69；地层水腐蚀挂片为电化学腐蚀引起的全面腐蚀，能谱分析中Fe的质量百分数平均值76.41。结合表1、表2来看，腐蚀速率越高，能谱分析中Fe的质量百分数越低，晶间腐蚀引起的局部腐蚀速率小于电化学腐蚀引起的全面腐蚀速率，水质分析结果与能谱分析结果相一致。