常压页岩气油管断裂原因与防腐策略讨论

2022-11-09冯旻祎高茂萍周成香

广州化工 2022年19期

冯旻祎，高茂萍，周成香

(中石化重庆页岩气有限公司，重庆 408400)

“十三五”期间，中国页岩气进入创新突破与快速发展快车道,页岩气已成为天然气增储上产重要领域[1]。页岩气作为一种清洁的非常规天然气，越来越受到世界各国重视。然而，在开采过程中，各国页岩气田油管均发生过腐蚀穿孔，一旦油管发生腐蚀穿孔甚至断裂，不仅影响正常的开采，而且打捞油管作业需要花费上百万元。美国Pinedale页岩气田[2]和Barnett页岩气田[3]井下油管均发生过腐蚀穿孔。2017年，四川某页岩气田通过生产动态分析发现多口气井油管发生腐蚀穿孔[4]。以上页岩气田油管发生腐蚀穿孔均与硫酸盐还原菌(SRB)有关。因此，弄清硫酸盐还原菌是如何导致井下油管断裂是很有必要的。

1 油管断裂原因分析

南川页岩气田储量规模大，预测储量5000亿方以上，探明储量2387亿方，是国内重要的页岩气资源富集区。南川页岩气压力系数为1.12～1.32，是我国首个实现商业开发的以常压页岩气为主的页岩气田。2021年3月，南川页岩气田某井实施检管作业，发现油管1500 m处腐蚀断裂，起出油管多处腐蚀穿孔严重。该井日产气量4.5万方，发生腐蚀的井下管柱运行温度在25～55 ℃范围内。

该区块井下管柱输送介质为气水混合物，气相分析CO2含量在0.44%～1.62%，该区块的页岩气不含H2S。该区块页岩气采出液矿化度主要在20000～40000 mg/L。

图1 油管断裂图Fig.1 The diagram of broken tubing

图2 油管内壁结垢图Fig.2 The diagram of fouling on the inner wall of the tubing

1.1 采出气成分分析

通过气相分析看出，该井微含CO2，不含H2S。

表1 采出气成分分析

1.2 采出水分析

采出水中硫酸盐还原菌数量为6000个/mL，远远超过SY-T 5329-2012碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法中 SRB≤25个/mL的要求。

表2 采出水成分分析Table 2 The analysis of produced water composition

1.3 腐蚀产物分析

对油管内壁腐蚀产物(图3a)和公扣腐蚀产物(图3b)进行盐酸浸泡实验。用硫化氢含量分析仪测量硫化氢含量，发现经过盐酸浸泡的油管内壁腐蚀产物中的H2S含量为47 ppm，公扣腐蚀产物中的H2S含量为6 ppm。

图3 油管内壁腐蚀产物(a)和公扣腐蚀产物(b) 盐酸浸泡实验结果图Fig.3 The diagram of the corrosion product of the inner wall of the tubing (a) and the corrosion product of the male button (b) hydrochloric acid immersion test

2 腐蚀机理分析

南川页岩气田井下管柱服役温度在25～55 ℃范围内，该温度范围符合硫酸盐还原菌大量繁殖的条件[5]。阳极钢铁表面发生氧化反应，生成Fe2+，阴极SRB去极化产生S2-，生成铁基体生成FeS、Fe(OH)2；同时与采出水中的Ca2+结合，生成CaSO4(图4a)：

此时，铁基体表面被腐蚀产物与垢层覆盖。Cl-半径小、渗透性强进入垢层后，起到催化与促进点蚀的作用。耦合作用下，诱发油管形成腐蚀坑，最终断裂(图4c)。

图4 油管断裂原因分析Fig.4 The diagram of causing analysis of tubing fracture

3 现场防护措施

3.1 杀菌剂

通过加注杀菌剂的办法，杀灭来自地层和注水引入的细菌。氧化型杀菌剂如次氯酸、次氯酸盐等，可以分解产生氧抑制生长，这类杀菌剂杀菌效果好但持久性差，且药剂消耗量大。吸附型杀菌剂季铵盐类、醛类、酚类、杂环类化合物、有机锡化合物，主要以其毒性致使细菌死亡，这类杀菌剂效果持久性好但易产生抗药性。

用杀菌剂方法主要存在以下方面的弊端，一是长时间的使用某一杀菌剂，细菌易产生抗药性，致使杀菌效果降低,不得不更换杀菌剂。二是大量使用杀菌剂成本较高，增加经济负担。三是大量的向水环境中投加各类杀菌剂，污染水体，危害生态环境。

3.2 耐蚀钢

从材料的制备和选择上考虑，使用抗SRB腐蚀的材料可在一定程度上避免或者抵抗SRB腐蚀产生的危害。铁及不锈钢、铝及其合金、混凝土等多种材料都能发生SRB腐蚀，而通常铬及高分子聚合材料、钛及其合金、玻璃钢对SRB具有较好的抵抗性。所以可以通过对材料表面进行处理或者在基体材料中添加耐SRB腐蚀元素的方法，达到防止SRB腐蚀的目的。通过在材料的表面涂上一层钛或钛合金形成二氧化钛薄膜层，也能够防治SRB引起的微生物腐蚀。