延长气田防腐技术研究与应用

魏亮亮 雷文慧 贾佳 白兴家 张龙

延长石油集团油气勘探公司延长气田采气四厂 陕西 延安 716000

1 目的及意义

延长气田产出水成分复杂多样，含有大量的残留油污、有机质、腐蚀成垢因子、微生物以及其他钠、镁、钙等无机离子，而且矿化度高达20×104以上，一般维持在2000～300000mg/L之间。尤其在酸化压裂的区块采出地层水中含有大量腐蚀性很强的离子，导致井筒和地埋管线面临腐蚀的风险，由于这些区块采出水通常在集输管网及站内设备内流动、储存，气田产出水中的酸性因子触碰到的集输管线和分离器的内壁，因此会加剧管网内壁的腐蚀速度，造成管网由内向外发生点腐蚀，致使气田管网泄漏，造成重大的经济损失和严重的社会危害。

在当前油气田生产过程中，腐蚀问题特别是酸性气体腐蚀变得越来越突出，通过研究相关气井的腐蚀现状及原因，研制和优选适合延长气田缓蚀剂，制定防腐工作制度，建立腐蚀监测系统，能够有效降低腐蚀速率，延长管柱使用寿命，避免资源浪费，为延长气田后期天然气开采提供防腐蚀技术保障。

2 延长气田气样分析

对延某区块采集的生产井的天然气气体组分，参考实验室标准《GB/T 13610—2003天然气的组成分析》，采用气相色谱法测定天然气组分分析，从分析表可以看出，显示除常规甲烷成分外，还含有少量CO2气体，CO2等酸性气体的含量在1.52%～4.78% （体积分数，下同）之间，会产生腐蚀。

3 气井腐蚀现状

3.1 现场调研

对延气2和延128井区进行了现场调研，发现多数套管有不同程度的腐蚀，套管接口处的螺纹槽存在缺损和磨平现象，这对套管固定有严重影响，存在安全隐患。

3.2 现场挂片（空白试验）

为了更好地了解气井的腐蚀状况，自制了腐蚀测试挂具，该挂具装置了N80、16Mn和20#钢等3种不同材质的钢片。将该挂具由气井采气树的7号阀挂入，挂入时间为2021年10月17日—2022年3月17日。对试验挂片进行试验前和试验后处理，称重，计算腐蚀速率，结果见表1。

表1 现场试验挂片结果（空白试验）

从表1可知：

（1）发现挂片表面存在大量的腐蚀物，表面均有不同程度的腐蚀，部分挂片显示出坑蚀痕迹，说明这些气井均存在不同程度腐蚀；

（2）3种不同材质挂片腐蚀情况不一，16Mn腐蚀最为严重，N80较轻微，而20#介于两者之间。

3.3 扫描电镜（SEM）和能量色散谱仪（EDS）分析

为了更深入地了解试片表面腐蚀情况，对挂片进行了扫描能谱分析和电镜分析，通过对生成的数据进行分析表明：（1）挂片本身和附着物中存在碳、氧、铁等3种主要元素，也存在部分硅、氯等其他元素；（2）金属元素是来自挂片本身材料，而其他部分则来自附着的腐蚀产物，如铁元素，通过X射线衍射（XRD）检测发现其腐蚀产物存在形式为FeCO3、Fe2O3或FeO（OH）；（3）氧元素主要来自FeCO3、Fe2O3或FeO（OH）等腐蚀产物，但挂片部分氧元素含量较高，很可能是因为挂片取出后长时间暴露在空气中，被氧化的可能；（4）硫元素可能来自产出气的H2S，但因为微含硫气田，所以含量极少，说明有可能存在轻微的H2S腐蚀。（5）硅、氯元素应主要来自产出气带出的结晶的无机盐和地层岩石粉粒。

4 缓蚀剂现场应用试验

延长集输管线及油套管使用寿命的主要方法目前采取的主要措施是加注缓蚀剂。加注合适的缓蚀剂、不同时机、不同方式是缓蚀剂发挥最佳防腐性能的保障。

4.1 加注方式选择

延长气田如何加注缓蚀剂，主要是根据缓蚀剂的性能和生产井的工况而定，通常有以下3种方式：

① 周期性加注。不同注入时间的周期是根据缓蚀剂在管线、设备表面形成的缓蚀剂保护膜的程度而定的，保护膜越稳固2次加注时间间隔就越久。

② 连续式加注。缓蚀剂主要是通过井口压力表注入油管或通过油套环空注入气井，油套环空加注方式几乎对生产无影响。这种方法可以持续不断在集输管线中添加，能够保持缓蚀剂保护膜的持久、完整，这种注入方式可以很好地保护集输管线，一般采用这种方式。

③ 挤压式加注。缓蚀剂在油气田生产过程中因气体流动冲刷，导致不断脱附，并随产出液被一同带出井筒为达到比较理想的保护作用，应保证生产过程中缓蚀剂的浓度长期固定。

4.2 缓蚀剂加注位置的选择

① 集输管线缓蚀剂加注位置选择

集输管线中加注缓蚀剂时多采用移动式滴定罐，通过罐与引射器高度差所产生的压差将缓蚀剂滴入引射器喷嘴前的环形部位，缓蚀剂在喷嘴出口处挤压随高速流体注入到管线内壁。

② 生产井缓蚀剂加注位置选择

生产井缓蚀剂加注位置选择在采气树压力表处，向油套环空加注缓蚀剂或加注到油井根部（筛管以下）。这样不但可以有效的保护气井套管（内壁）和油管内外表面及井下工具串。

③ 外输管线缓蚀剂加注位置选择

外输管线加注2位置最好选择用站内隔膜式计量泵注入，通过站内预留缓蚀剂加注管线，直接连接到外输管线上。具体的操作步骤为：先启动隔膜式计量泵，再快速启动注水泵，从而保证注入水中含有一定浓度的缓蚀剂。

4.3 试验气井加剂挂片试验结果

对2口试验井采用不同的缓蚀剂加注，试验结束后，对加缓蚀剂试验挂片进行试验前和试验后处理，称重，计算腐蚀速率，结果如表2所示。

表2 加缓蚀剂试验挂片结果

5 结论与建议

分别对延气2和128两个井区的13口气井产出水和混合水进行水质分析，结果表明气井水质差异较大，产出水的矿化度及组成也在一定范围内波动变化。

现场气样中CO2气体的含量在1.52%～4.78% 之间。按各个气井各种的套压计算可以得到，现场井口CO2分压值介于0.169～0.601MPa之间，绝大部分大于0.34MPa，根据De Waard预测模型推测，试验井均存在中等程度以上腐蚀的风险。

（3）采气管线内壁腐蚀及沉积物大致由Fe2O3、FeCO3、FeO、CaCO3、BaSO4、可溶性无机盐、泥砂等不可分解物组成。从腐蚀附着物的组分及含量分析，主要是由钢铁等材料的厌氧腐蚀（Fe2O3、FeO等）、水解和碳酸盐（Fe2O3、FeCO3、FeO等）等无机盐的电化学腐蚀为主。具体腐蚀程度与情况是根据管线内部输送介质的不同而稍有不同，无规律性可言。根据以上结果分析可初步判定，延长气田的气井腐蚀主要是CO2等酸性气体腐蚀和溶解盐的腐蚀。

（4）在试217-1、试232、这2口腐蚀相对较为严重的气井挂入N80、20#、16Mn等3种材质的标准挂片进行加药前后对比，研究结果表明：加入缓蚀剂可以有效缓减油套管腐蚀速率。