注水管线腐蚀机理与预防措施
2022-11-16李禄胜
李禄胜，张 莎，周 雪
(1.延长油田股份有限公司 志丹采油厂，陕西 延安 717500;2.延长油田股份有限公司 勘探开发技术研究中心，陕西 延安 716000)
腐蚀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[1-2]。随着油田产出液含水的逐步上升，注水开发规模的加大以及注水管网使用年限的增加，注水管线结垢、腐蚀情况逐年加剧，造成注水阻力增加甚至堵塞，站内提压后管线破损刺漏，不仅严重影响注水工作正常运行，也会使地面管线大面积损坏，造成管线维护成本的增加。因此，防腐蚀问题成为了油田二次采油关注的重点问题。针对志丹油田南部高压注水开采的低渗透油田进行腐蚀机理研究，主要从各个流程节点水质进行分析以及室内的腐蚀分析评价工作，因地制宜地采取有效的预防措施。
1 注水管线腐蚀机理研究
1.1 室外采样分析
抽检志丹油田南部注水站各流程节点水样6瓶，现场化验溶解氧18次，具体情况见表1。
1.1.1 悬浮物固体含量分析
如表1所示，悬浮物固体含量先降低后上升，在过滤器出口时含量最低，则表明过滤器性能较高，但是经过滤器后注水管线悬浮固体含量逐渐升高，说明产生结垢，水流通过时携带部分结垢组织。
1.1.2 腐生菌含量分析
腐生菌从井口的1.5×102个上升至储水罐出口的1.4×104个，经过滤器后又下降至1.5×102个，过滤器的成分为石英砂加核桃壳，其中石英砂可以有效地除去水中的悬浮物、有机物、微生物、氯、嗅味及部分重金属离子等。腐生菌为厌氧型，经过过滤器后的溶解氧为0，可能是腐生菌数量未增加的原因。
表1 志丹油田南部水质化验报告
1.1.3 铁细菌含量分析
铁细菌由井口的2个上升至2×102个，经过滤器后又下降至9.5个，原理同上，由石英砂去除了部分铁细菌，但至配水间又升高到45×102个。铁细菌是好氧细菌，能催化亚铁合成高价铁化合物，并利用亚铁氧化释放出的能量生存：
不溶性的高价铁从细菌体排出后，形成棕色黏泥，使水质变差，为管线设备的腐蚀和结垢提供了条件[1]。
1.1.4 溶解氧含量分析
氧腐蚀是油田注水系统的主要腐蚀形式之一，溶解了含有极低浓度的氧(低于1 mg/L)就可造成极为严重的腐蚀，该站选取的各监测点溶解氧在逐步消耗，并且过滤器出口至井口均未检测到。在经过储水罐后仍未增加，说明储水罐隔氧装置完好。
1.1.5 pH值分析
注水管道理论上最佳pH值应为7[3]，当pH值在4～10时，其结构内部就会由于氧扩散作用而被牵制，当pH值在酸性范围时，碳钢表层氧化物的覆盖膜就会被溶解，材质表面和酸性介质接触，这就需要将注水的pH值进一步提升。
1.2 室内实验分析
1.2.1 水源井水质分析
水源井水样分析结果见表2。
表2 志丹油田南部水源井水样调查
1.2.2 水源井结垢趋势分析
根据表2水源井水样分析、注水站管线运行压力、生产数据及SY/T 0600—2009《油田水结垢趋势预测》标准，结合相关结垢预测的参数计算[5]，设定温度24 ℃，压力12 MPa， pH在实际条件下，进行模拟分析预测。
CaCO3结垢指数判断标准：0
CaSO4结垢指标：饱和指数值SI<0，处于溶解状态，没有结垢趋势，不会出现沉淀；SI=0，硫酸盐处于固液平衡状态，没有结垢趋势；SI>0，处于过饱和状态，有结垢趋势，会出现沉淀。
温度24 ℃、压力12 MPa条件下，志丹油田南部水源井水样CaCO3(Cl=8.952 5)和CaSO4(SI=-2.233 7)均无结垢趋势。
2 注水管线腐蚀因素分析
用挂片法对志丹油田南部注水站水源井水样进行静态、动态评价，用除氧剂进行除氧评价，来判断流速和氧气对腐蚀的影响。
2.1 流速对腐蚀的影响
志丹油田南部现场管线运行条件见表3。
表3 志丹油田南部现场管线运行条件
在未除氧的状态下，室温，钢片材质20#钢，静态和线速度1.1 m/s进行评价。实验结果表明，动态线速度为1.1 m/s时的腐蚀速率接近静态腐蚀速率的3倍(见表4)。
2.2 氧气对腐蚀的影响
志丹油田南部水源井水样中含有溶解氧0.5～1 mg/kg，室内静态评价了不除氧、加100 mg/kg除氧剂除氧、加500 mg/kg除氧剂除氧后的腐蚀速率，进一步证实了氧腐蚀的存在，详见表5。
表4 志丹油田南部水源井水样静态动态腐蚀速率对比
表5 除氧剂加量对水源井水样腐蚀性能影响
3 注水管线防腐措施分析评价
在实验室进行多种类型缓蚀剂效果筛选实验，最后通过嫁接改性季胺化、复配增效等工艺，优化确定出最终的药剂体系，在静态除氧的条件下加量50 mg/kg可将腐蚀速率降低至0.005 6 mm/a(见表6)。
表6 缓蚀剂对水源井水样腐蚀性能影响
评价条件：500 mg/kg除氧剂，20#钢，室温，缓蚀剂加量50 mg/kg。
4 结论
2)开发出一种针对志丹油田南部注水站水源井水样的缓蚀剂，静态腐蚀速率可降至0.005 6 mm/a，动态(线速度1.1 m/s)腐蚀速率可降至0.030 2 mm/a。
3)从井口-储水罐进口-储水罐出口腐生菌、铁细菌的含量逐步升高、溶解氧含量逐步下降的情况看，溶解氧为细菌提供了可繁殖条件。先清理储水罐和注水管线，交替使用杀菌剂，再采取冲击加药结合连续加药方式加药，方能彻底杀菌。
