JOGT  >> Vol. 41 No. 3 (June 2019)

    多级长效泵下缓蚀器的研制与应用
    Development and Application of Corrosion Inhibitor under Multi-stage Long-acting Pumps

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作者:  

李永强,袁 杰,唐洪涛,崔 杰,黄佳博:中石化胜利油田分公司胜利采油厂,山东 东营

关键词:
高温高盐腐蚀泵下缓蚀器固体缓蚀剂High Temperature and High Salt Corrosion Corrosion Inhibitor under Pump Solid Corrosion Inhibitor

摘要:

针对胜坨油田T128断块高温高盐油藏油井井筒腐蚀严重问题,研制了泵下多级长效缓蚀器。优选牺牲阳极复合材料XS3,实现了缓蚀器逐级释放缓蚀剂;研制了固体缓蚀剂,缓蚀率达78.7%,满足缓蚀器多级填料需求。现场应用表明,缓蚀剂溶解速率能够满足地层水腐蚀速率要求,可以有效保护井筒和油井管柱。

In this paper, a multi-stage long-acting corrosion inhibitor under the pump was developed in consideration of the problem of severe corrosion of wellbore in the high-temperature and high-salt oil reservoir in Fault Block T128 in Shengtuo Oilfield. The corrosion inhibitor was gradually released by optimal selection of sacrifice anode composite XS3, and the solid corrosion inhibitor was synthesized and the inhibition ratio was as high as 78.7%, which met the requirements of the multi-stage filling of the corrosion inhibitor. Field application shows that the dissolution rate of the corrosion inhibitor can meet the corrosion rate requirement of formation water. It can effectively protect the wellbore and oil well casing string.

1. 高温高盐油藏井筒缓蚀技术应用现状

胜坨油田高温高盐油藏井下工具腐蚀问题日益严重。统计T128断块28口作业油井发现,有13口井存在严重的腐蚀现象,占作业井次的46%。井筒腐蚀预防治理技术主要有2种 [1] [2] [3] 。一是井口油套环空投加液体缓蚀剂,其缺点是工作量大,且液体缓蚀剂易吸附在油、套管表面,造成缓蚀剂损失浪费;二是泵下接挂固体缓蚀剂,目前固体药剂释放还停留于单级释放阶段,泵下缓蚀剂释放速度过快,导致有效期短 [4] [5] 。笔者研制了多级泵下缓蚀器,通过泵下防腐器逐级释放固体缓蚀剂,达到对井筒管柱及井下工具防腐的目的。

2. 泵下长效缓蚀器的研制

2.1. 结构设计

泵下长效缓蚀器由两级结构组成(见图1):一级结构(正常使用部分),二级结构(延迟启动部分)。

一级结构由释放器和装料管组成,释放管长5 m,孔径20 mm,孔数30个;装料管长2 m,根据需要可将装料管串联使用,下端用丝堵密封。将固体缓蚀剂装入料管内,填满压实。

二级结构与一级结构相同,也是由释放器和装料管组成。释放孔用直径20 mm、厚5.5 mm的阳极块铆钉,将制作成的固体缓蚀剂装入料管内,填满压实,丝扣连接于筛管下。

Figure 1. The structure of long-acting corrosion inhibitor under pump

图1. 泵下长效缓蚀器的结构图

2.2. 工作原理

装置下井后,一级缓蚀阻垢器首先工作,二级缓蚀阻垢器释放中阳极材料块处在腐蚀环境下。由于阳极材料的电极电位较低,优先于铁材料腐蚀。通过优选阳极材料、控制阳极材料块厚度,使其在一级缓蚀阻垢器药剂释放完毕,二级缓蚀阻垢器阳极材料块腐蚀掉后开始工作,达到延长防腐蚀目的。

2.3. 二级结构牺牲阳极材料的优选

2.3.1. 牺牲阳极材料优选试验

根据金属活性序列,选用XS1和XS2这2种金属进行试验。XS1、XS2均为直径10 mm、厚5.5 mm的圆柱体。先将50 mm长的油管平均分成4份,打上直径10 mm的孔;再将牺牲阳极材料锚入油管打好的孔内;最后将做好的阳极材料块放入腐蚀介质中。试验用腐蚀介质为STT128X140井采出水,试验温度90℃,放置22d后测定阳极材料腐蚀速率。

F = ( m g f m h f ) × 365000 t f S ρ

式中:F为腐蚀速率,mm/a;mgf为腐蚀后阳极材料质量,kg;mhf为腐蚀前阳极材料质量,kg;S为阳极材料与腐蚀介质接触面积,m2;tf为腐蚀时间,d;ρ为阳极材料密度,kg/m3

测试得出,XS1的阳极腐蚀速率为0.0046 mm/a,XS2的阳极腐蚀速率为38.18 mm/a。XS1腐蚀速率较低,原因是金属表面形成了氧化膜,减缓了金属腐蚀速率,但XS2腐蚀速度又过快,故这2种金属均不适合作为二级缓蚀器的牺牲阳极材料。现采用将2种金属材料按照一定比例进行复合的方法,制做了XS3牺牲阳极复合材料。

2.3.2. 牺牲阳极复合材料腐蚀速率评价试验

将XS3做成的样品置于STT128X140井采出水中,试验温度90℃,放置17 d后测定阳极材料腐蚀速率,测试结果见表1。可以看出,制作的5.5 mm厚的牺牲材料能够在154~181 d内完全腐蚀,打开二级缓蚀器开始正常工作。说明牺牲阳极复合材料基本符合要求。

Table 1. The test result of XS3 corrosion rate

表1. XS3腐蚀速率测试结果

3. 固体缓蚀剂的研制及评价

3.1. 固体缓蚀剂的研制

固体缓蚀剂是以缓蚀剂中间体为主体,改性后辅以少量助剂(增效、包覆材料)形成的新型固体缓蚀剂,有效成分高达90%以上。

3.2. 固体缓蚀剂缓蚀效果评价

取2个1000 mL广口瓶,各加入T128区块油田净化污水1000 mL。一瓶加入0.5 g固体缓蚀剂药剂,另一瓶不加固体缓蚀剂药剂(作为空白样)。两个广口瓶挂入(材质为KD)处理好的挂片,90℃恒温水浴静置,10 d后取出挂片清洗称重,计算失重质量及缓蚀率,试验结果见表2。固体缓蚀剂在90℃水中浸泡10 d后,剩余0.4 g,缓蚀率达78.7%。表明在高温环境下,质量浓度10 mg/L左右的固体缓蚀剂即可具有良好的缓蚀性能。

Table 2. The evaluation and test data of solid corrosion inhibitor

表2. 固体缓蚀剂评价试验数据

4. 现场应用试验

选取T128断块2口腐蚀问题突出的油井开展试验。油管采用耐高温内衬油管,抽油杆采用高强度KD杆,2口油井的抽油杆腐蚀问题严重,免修期短。

结合2口油井腐蚀问题,下入泵下缓蚀器,并测试采出水对KD材质挂片的腐蚀速率。2口油井平均免修期达到469 d,且继续有效。对2口井采出水进行取样,按照SY/T 5329-2012《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》标准进行腐蚀速率测试,试验结果如表3所示。采出水的腐蚀速率较低,达到了注入水水质指标。

Table 3. The test result of corrosion rate of produced water from 2 test wells

表3. 2口试验井采出水腐蚀速率测试结果

5. 结论

1) 研制了泵下多级长效缓蚀器,通过优化牺牲阳极材料,可逐级释放泵下固体缓蚀剂,实现泵下缓蚀器的长效作用。

2) 合成了固体缓蚀剂,有效成份高。其溶解速率可以满足T128块油井日产液量要求,溶解后采出液对井筒和管柱材质具有较低的腐蚀速率。

3) 现场试验2口井,免修期达到469 d,有效遏制了T128块高温高盐油藏井筒腐蚀问题。

文章引用:
李永强, 袁杰, 唐洪涛, 崔杰, 黄佳博. 多级长效泵下缓蚀器的研制与应用[J]. 石油天然气学报, 2019, 41(3): 7-11. https://doi.org/10.12677/JOGT.2019.413029

参考文献

[1] 王景博, 张珊慧, 陈武. 油气田固体缓蚀剂的研究及应用进展[J]. 全面腐蚀控制, 2016, 30(6): 42-47.
[2] 韩敏娜, 于洪江, 周建猛. 高温固体缓蚀剂XH-3的研制与应用[J]. 广州化工, 2016, 44(19): 159-161.
[3] 霍俊钢. 复合固体缓蚀剂对氯化钾水体系缓蚀性能研究[J]. 天津化工, 2015, 29(5): 27-28.
[4] 赵修太, 杜春安, 邱广敏, 等. 长效固体缓蚀剂的研制及应用[J]. 石油化工腐蚀与防护, 2005, 22(4): 23-26.
[5] 岳松涛, 郑现峰, 杨保华, 等. 新型固体缓蚀剂在文明寨油田的应用[J]. 广东化工, 2013, 40(17): 138-139.