姬塬合水油田注水系统腐蚀原因分析对策研究.pdf

在油田注水开发过程中，注水系统腐蚀问题已经直接影响到油气田开发正常运行和安全生产，随着原油开发进入中后期高含水率阶段，注水系统的腐蚀情况日趋严重，不仅给油田造成重大的经济损失，还会导姬塬合水油田注水系统腐蚀原因分析对策研究胡志杰1，2，杨娟1，2，王小琳1，3，李欢1，2，李姝蔓1，2（1.中国石油长庆油田公司勘探开发研究院，陕西西安710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安苑员园园员愿；3.长庆化工集团有限公司，陕西西安710018）摘要：针对长庆油田注水系统腐蚀严重现象，本文分析了姬塬合水油田注水系统的腐蚀规律和主要影响因素。通过室内和现场腐蚀挂片实验，提出了可行的防腐技术对策，对该地区制定有效措施提供技术依据和有力保障，有利于油田安全生产。关键词：注水系统；腐蚀机理；腐蚀评价；氧腐蚀中图分类号：TE983文献标识码：A文章编号：1673-5285（2023）07-0106-06DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.20圆3.07.023*收稿日期：圆园22原12-05作者简介：胡志杰（1981），女，高级工程师，主要从事油气田水分析、油气田结垢腐蚀机理研究，水处理药剂评价等油田化学方面的工作。E-mail：huzhijie_Corrosion analysis and 糟ountermeasures of water injectionsystem in Jiyuan and Heshui 燥ilfieldHU 在hijie1，2，YANG 允uan1，2，WANG Xiaolin1，3，LI Huan1，2，L陨 Shuman1，2（1.Exploration and Development 砸esearch Institute of PetroChina Changqing OilfieldCompany，Xian Shaanxi 710018，China；2.National Engineering Laboratory of Explorationand Development of Low Permeability Oil and Gas Fields，Xian Shaanxi 710018，China；3.Changqing Chemical Group limited Company，Xian Shaanxi 710018，China）Abstract:Aiming at the serious corrosion of water injection system in Changqing oilfield,thispaper analyzes the corrosion law and main influencing factors of water injection system inJiyuan Heshui oilfield.Through indoor and field corrosion coupon experiments,feasibletechnical countermeasures to slow down corrosion are put forward,which provides technicalbasis and strong guarantee for the formulation of effective measures in this area,which isconducive to the safe production of oilfield.Key words：water injection system；corrosion mechanism；corrosion evaluation；oxygen corro原sion石油化工应用PETROCHEMICAL INDUSTRY APPLICATION第 42 卷第 7 期2023 年 7 月Vol.42 No.7July.2023致灾难性的事故和环境污染。油田采出水因油藏不同而具有多样性，其矿化度及离子组成、含油量及含油性质、细菌组成及活性等存在较大差异，而腐蚀由化学因素引起的化学腐蚀和生物因素引起的生物腐蚀在实际情况下难以区分，为了提高防腐效果，首先要了解腐蚀的主要因素，只有寻找到不同区块腐蚀严重的原因和规律1-3，才能有的放矢采取相应的措施，从根本上解决腐蚀问题。1姬塬合水油田注水系统腐蚀特点由于腐蚀严重，频频出现管线刺漏、破损等现象，严重影响了油田正常的开采工作。油田公司组织生产系统腐蚀现状调研。现场调研发现长庆主力油田采出水管道腐蚀破漏比例高于清水管道（表 1）。采出水管线更换占腐蚀治理工作量的 70%。注水管线内壁腐蚀严重，覆盖很厚的腐蚀产物膜，腐蚀产物下面有大量腐蚀坑和腐蚀沟槽，腐蚀产物膜与管体结合不强，很容易剥落。外表面存在较为严重的局部腐蚀，既有聚集型小腐蚀坑，也有尺寸较大的单个腐蚀坑。油田管道穿孔部位以内腐蚀穿孔为主，主要发生在管体中下部，部分管道发生在焊缝或焊缝附近。1.1腐蚀产物测定要确定注水系统的腐蚀影响因素就需对系统管壁附着物或者腐蚀成垢产物进行组分分析。实验人员通过对管线腐蚀产物进行分析。分析结果为 FeOOH（Fe2O3 H2O）晶体，腐蚀产物能谱检测有氧化铁、硫化物、含硅化合物（表 2）。2姬塬合水油田注水系统腐蚀规律分析注水系统腐蚀因素复杂多样，一般分为内腐蚀和外腐蚀，而内外因素又可分为物理因素、化学因素和生物因素等。多种因素之间互相影响，加速腐蚀，腐蚀产物也是有多种因素互相影响形成的结果。注水系统是个完整体系，从水源井经过处理到注水井整个流程过程中pH 值、悬浮物含量、细菌、溶解氧、溶解盐、硫化氢、二氧化碳等都会发生变化，尤其是采出水回注系统，采出水经过处理流体性质发生变化，更容易引起腐蚀，整个系统腐蚀程度都是这些腐蚀因素共同作用的结果。研究人员分别对姬塬合水油田的原水、清水系统和污水系统腐蚀性沿流程进行监测4-7。2.1姬塬合水油田原水腐蚀性分析研究结果显示（表 3）：合水油田采出水中溶解氧含量、细菌含量高是导致注入水腐蚀性高的主要原因；姬塬油田清水中，细菌含量高是导致注入水腐蚀性高的主要原因。2.2姬塬合水油田清水系统沿流程腐蚀性分析对油田腐蚀严重的站点的清水系统沿流程进行悬浮物含量、细菌、溶解氧以及 pH 值等水质监测，并对流程各个节点腐蚀速率和点蚀进行检测。清水系统沿流程水质监测可得（表 4、图 1）：悬浮物、溶解氧和细菌含量都很高，腐蚀性分析可以看出，姬塬油田腐蚀率普遍较合水油田高，沿流程腐蚀性波动明显，点腐蚀强度明显高，沿流程腐蚀速率呈下降趋势。2.3姬塬合水油田采出水系统沿流程腐蚀性分析对腐蚀严重的站点的采出水系统沿流程进行取样，监测悬浮物、细菌、溶解氧以及含油、二价硫的含量，进行水质分析。采出水系统沿流程腐蚀性监测显示（表 5、图 2），含油、悬浮物、二价硫、溶解氧含量都很高；按节点腐蚀速率监测，合水油田系统腐蚀速率、点腐蚀强度较姬塬油田高；腐蚀速率和点腐蚀强度沿流程呈下降趋势。2.4确定主要水质参数对腐蚀速率影响清水管道采出水管道管道总长/km腐蚀破漏/km破漏比例/%年破漏次数/次主要区块管道总长/km腐蚀破漏/km破漏比例/%年破漏次数/次主要区块姬塬油田1 6841066470G60、G1623807921325L1、G63、H3合水油田36826753Z7378344Z36表 1姬塬合水油田注水系统腐蚀破漏情况统计表O/%Si/%S/%Cl/%Ca/%Fe/%C/%N/%X34-31 管线38.972.0518.31/4.3333.14/N104 站-管线31.944.394.200.781.3053.22/表 2注水管线腐蚀产物能谱分析结果胡志杰等姬塬合水油田注水系统腐蚀原因分析对策研究第 7 期107表 3姬塬合水油田原水腐蚀综合数据表介质站名悬浮物含量/（mg L-1）含油量/（mg L-1）细菌含量/（个/毫升）溶解氧/（mg L-1）腐蚀率/（mm a-1）pH 值点腐蚀/滋mSRBTGBIB采出水Z1L122.0043.4070 000.0逸110 000.013.01.140.130 56.3916.12Z2L122.2026.001 200.070 000.0110.00.460.075 77.9328.89J12Z129.8014.805 000.0120.06.00.790.087 16.9033.63J5Z63.7733.7025.0110.070.00.270.065 27.6511.53J6Z64.6472.3070.0逸110 000.0130.00.270.003 17.126.79J3L260.70150.217 000.0700.0110.00.130.089 27.45/清水Z1L3.60/0.61.300.290.039 77.438.78Z6Z6.00/02.502.570.041 87.457.62J5L14.07/06.06.00.660.064 77.659.81J2Z2.36/130.070 000.025.00.710.086 97.7424.77J3Z3.44/50.0110.00.60.190.075 37.7018.73J9Z0.63/1.370 000.000.550.055 77.50/J11Z1.26/6.070 000.000.130.075 87.28/站名取样样位悬浮物含量/（mg L-1）细菌含量/（个/毫升）溶解氧/（mg L-1）pH 值SRBTGBIBZ1L节点 13.600.61.300.297.43节点 22.2070.02.500.507.33节点 312.002.56.000.467.38Z6Z节点 16.0002.502.577.45节点 214.9025.013.00.6/7.50节点 37.600000.167.39J5L节点 114.0706.06.00.667.65节点 21.7225.070 000.0110.00.167.53节点 31.526.0200.070.00.237.52J2Z节点 12.36130.070 000.025.00.717.74节点 22.4550.013 000.070.01.617.57节点 33.1850.0逸110 000.070.01.117.40J3Z节点 13.4450.0110.00.60.197.70节点 21.986.070.070.01.177.60节点 31.682.525.01.30.177.64J9Z节点 10.633.070.06.00.637.31节点 22.4513.070.06.00.987.11节点 32.1470.070 000.070.00.257.18节点 42.506.020 000.06.00.177.24J11Z节点 11.2625.025.000.956.64节点 23.856.070 000.000.137.28表 4姬塬合水油田清水系统沿流程水质监测数据表灰色关联度分析法是一种多因素统计分析方法，它是以各因素的样本数据为依据用灰色关联度来描述因素关系的大小、权重和次序，它是给一个系统发展态势提供了量化的度量，比较适合动态分析，因此采用灰石油化工应用2023 年第 42 卷108色关联度分析法分析注水系统中主要水质参数对腐蚀速率的影响8。对清水系统腐蚀因素进行归一化处理后得出（表6）：合水油田：溶解氧、SRB 对腐蚀的影响较大；姬塬油站名取样样位悬浮物含量/（mg L-1）含油量/（mg L-1）二价硫/（mg L-1）溶解氧/（mg L-1）细菌含量/（个/毫升）pH 值SRBTGBIBZ1L节点 1122.0043.4274.801.1470 000.0逸110 000.013.06.39节点 287.0020.9344.300.1811 000.01 100.070.07.51节点 398.5019.4233.200.2770 000.070 000.070.07.50Z2L节点 1122.1626.041.380.461 200.070 000.0110.07.93节点 274.008.070.460.81110.07 000.0700.07.82节点 375.005.610.920.14700.070 000.013 000.07.89J12Z节点 1129.8214.804.620.795 000.0120.06.06.90节点 228.771.655.544.94600.025.007.42J5Z节点 163.7733.730.920.2725.0110.070.07.65节点 221.0533.350.920.1470.0110.0700.07.53节点 362.11123.783.691.356.0110.0130.07.52J6Z节点 164.6472.371.850.2770.0逸110 000.0130.07.12节点 264.9152.7023.600.13500.0逸110 000.00.67.24J3L节点 1260.70150.2123.700.137 000.0700.0110.07.45节点 2154.5075.2920.300.27110.070.07 000.06.92节点 384.5310.2159.800.1570 000.070 000.070.07.06表 5姬塬合水油田采出水回注系统沿流程水质监测综合数据表图 圆姬塬合水油田采出水系统沿流程腐蚀性分析图 1姬塬合水油田清水系统沿流程腐蚀性分析园援员园园援园愿园援园远园援园源园援园圆园节点 1节点 2节点 3处理流程节点302520151050节点 1节点 2节点 3处理流程节点J5LJ2ZJ3ZJ9ZJ11ZZ1LZ6ZZ1LZ6ZJ5LJ2ZJ3Z0.140.12园援员园园援园愿园援园远园援园源园援园圆园节点 1节点 2节点 3处理流程节点Z1LZ2LJ12ZJ5ZJ6ZJ3L4035302520151050节点 1节点 2节点 3处理流程节点Z1LZ2LJ12ZJ5ZJ6Z胡志杰等姬塬合水油田注水系统腐蚀原因分析对策研究第 7 期109田：悬浮物含量、SRB、溶解氧对腐蚀的影响较大。对姬塬合水油田的采出水系统腐蚀因素进行归一化处理后得出（表 7）：合水油田的溶解氧、含油量、TGB、IB 对腐蚀影响较大；姬塬油田的 SRB、IB、粒径中值、溶解氧对腐蚀影响较大。2.5注水系统防腐实验研究注水系统腐蚀是多种因素互相作用的结果，注水系统防腐也是个系统工程，水质处理是关键，污水处理好坏程度直接决定了腐蚀的严重程度，针对姬塬合水油田注水系统腐蚀特点，提出以下几个方面的控制措施9-10。表 8油田采出水除氧及杀菌后缓蚀效果实验表 9油田采出水缓蚀+杀菌效果实验2.5.1除氧和杀菌缓蚀实验室内对现场采出水进行除氧和杀菌缓蚀实验。实验结果显示（表 8、表 9）：油田采出水采取除氧措施可将采出水对钢铁的腐蚀速率降低 88.3%，采取除氧杀菌措施将采出水对钢铁的腐蚀速率降低 97.8%；无氧条件下，硫酸盐还原菌是腐蚀的主要因素，缓蚀剂一般不能消除硫酸盐还原菌造成的腐蚀，要配以杀菌处理，达到防腐目的。2.5.2杀菌+防垢为了研究油田注水系统所加的水处理剂对系统腐蚀的影响，研究人员在合水油田进行了清水系统投加药剂前后的腐蚀挂片实验。清水系统投加水处理剂前后监测数据显示（表 10）：Z1L 注入水投加防垢剂、杀菌剂后，减缓了系统腐蚀速率、点腐蚀强度，明显降低水中大颗粒悬浮物；Z6Z 投加防垢剂对溶解氧含量高导致的腐蚀性无明显抑制作用。3结论（1）清水系统沿流程腐蚀性分析表明：姬塬油田的腐蚀速率较高，尤其点腐蚀更明显，沿流程腐蚀性波动明显，沿流程腐蚀性呈下降趋势；溶解氧、细菌是引起腐蚀的主要原因。（2）采出水系统沿流程腐蚀性分析表明：合水油田腐蚀速率、点腐蚀强度普遍较姬塬油田高；沿流程腐蚀性呈下降趋势。细菌、溶解氧、二价硫以及悬浮物含量高是导致注入水腐蚀性高的主要原因。（3）通过室内和现场试验可得，油田采出水采取除氧和杀菌、除硫和杀菌等措施可有效缓解腐蚀，注溶解氧/（mg L-1）SRB/（个/毫升）腐蚀速率/（mm a-1）缓蚀率/%备注2.4耀4.0103耀1040.674/0103耀1040.078 888.3除氧000.014 597.8除氧+杀菌药剂浓度/（mg L-1）腐蚀速率/（mm a-1）缓蚀率/%备注缓蚀剂杀菌剂000.025 7/空白0500.009 065.4杀菌10500.007 871.0杀菌+缓蚀20500.009 863.6杀菌+缓蚀表 10合水油田注水系统投加水处理剂前后水质数据表投加药剂细菌含量/（个/毫升）溶解氧/（mg L-1）粒径中值/滋mpH 值平均腐蚀速率/（mm a-1）点腐蚀/滋mSRBTGBIBd（10）d（50）d（90）挂片前挂片后Z1L 原水0.61.300.296.9713.4134.787.437.790.040 011.12Z1L 原水+40 mg/L 防垢剂0.61.300.297.1411.6118.807.437.520.033 06.72Z1L 原水+100 mg/L 杀菌剂0000.297.0912.8229.317.437.580.037 08.78Z6Z 原水02.502.576.4512.2840.017.457.660.042 07.76Z6Z 原水+40 mg/L 防垢剂02.502.576.8112.4525.757.457.620.041 013.52表 6清水系统中影响因素与腐蚀速率的相关系数表 7采出水系统中影响因素与腐蚀速率的相关系数地区悬浮物含量粒径中值SRBTGBIB溶解氧合水油田0.660.570.820.61/0.90姬塬油田0.800.670.710.710.600.68地区悬浮物含量含油量二价硫粒径中值SRBTGBIB溶解氧合水油田0.550.760.550.580.580.710.710.76姬塬油田0.610.7200.770.800.620.780.74石油化工应用2023 年第 42 卷110构型研究 J.西南石油大学学报：自然科学版，2019，41（2）：53-63.12 朱永进，尹太举，刘玲利.浅水型三角洲沉积研究进展及问题讨论 J.石油天然气学报，2011，33（3）：22-26.13 张昌民，尹太举，朱永进，等.浅水三角洲沉积模式 J.沉积学报，2010，28（5）：933-944.14 王红伟，陈调胜，刘宝宪，等.鄂尔多斯盆地西南部地区上古生界砂体地震预测及勘探新突破 J.地球物理学进展，2013，28（4）：2132-2140.15 张宇航，赵靖舟，王永炜，等.鄂尔多斯盆地西南部上古生界山西组一段古构造特征及其对油气的控制作用J.石油与天然气地质，2018，39（1）：54-65.16 朱瑞静.鄂尔多斯盆地西南部上古生界天然气成藏特征研究 D.西安：长安大学，2014.17 李慧，李建明，施辉.鄂尔多斯盆地西南部下二叠统山西组物源研究 J.石油天然气学报，2011，33（3）：18-21，61援入水采取杀菌和防垢措施可显著降低对注水系统的腐蚀性。（4）注水系统腐蚀因素较多，并且互相影响，此次研究以现场水质为主，水质管理是关键，建议现场制定相关水质管理制度，严格把控。参考文献：1 包小宗.油田注水系统腐蚀原因及对策 J.化工设计通讯，2019，45（5）：30.2 李家俊，刘玉民，张香文，等.油田回注水中硫酸盐还原菌对金属腐蚀的机理及其防治方法 J.工业水处理，2007，27（11）：4-7.3 吴康，武瑞瑞，颜黎栋.油田注水系统腐蚀因素分析和缓蚀剂的研究进展 J.化工技术与开发，2020，49（10）：51原56.4 何潇.油田回注水系统中的防腐阻垢技术研究 D.南京：南京理工大学，2009援5 战征，蔡奇峰，汤晟，等.塔河油田腐蚀原因分析与防护对策 J.腐蚀科学与防护技术，2008，20（2）：152-154.6 国家能源局援碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法：SY/T 53292012 S.北京：中国建筑工业出版社，圆园员圆援7 姜毅，米宝奇，董晓焕，等.腐蚀监测在油田污水管道防腐中的应用 J.石油化工应用，2019，38（8）：31-33，45.8 王俊奇，孙彦虎，张振杰.基于灰色关联分析的油田注水管线腐蚀影响因素 J.石油化工高等学校学报，2015，28（3）：74-79.9 谢飞，吴明，陈旭，等.油田注水系统结垢腐蚀机理 J.油气储运，2010，29（12）：896-899.10 王小琳，武平仓，向忠远.长庆低渗透油田注水水质稳定技术 J.石油勘探与开发，2002，29（5）：77-79.（上接第 100 页）胡志杰等姬塬合水油田注水系统腐蚀原因分析对策研究第 7 期111