抗高温缓蚀剂HSJ-M在油气井环空保护液中的应用研究.pdf

化学与生物工程 ,V o l N o w w w h x y s w g c c o m C h e m i s t r y&B i o e n g i n e e r i n g 基金项目:中海石油(中国)有限公司七年行动计划重大科技专项(C N O O C K J Z D XMS H)收稿日期:作者简介:蔡斌(),男,浙江诸暨人,高级工程师,主要从事海上钻完井、测试相关的科研和现场作业,E m a i l:c a i b i n c n o o c c o m c n.D O I:/j i s s n 蔡斌,罗刚,李三喜,等抗高温缓蚀剂H S J M在油气井环空保护液中的应用研究J化学与生物工程,():C A IB,L UOG,L ISX,e t a l A p p l i c a t i o no fh i g ht e m p e r a t u r e r e s i s t i n gc o r r o s i o n i n h i b i t o rH S J Mi na n n u l u sp r o t e c t i o nf l u i df o ro i la n dg a sw e l l sJ C h e m i s t r y&B i o e n g i n e e r i n g,():抗高温缓蚀剂H S J M在油气井环空保护液中的应用研究蔡斌,罗刚,李三喜,李艳飞,郭士生,葛俊瑞,舒福昌,任坤峰(中海石油(中国)有限公司上海分公司,上海 ;湖北汉科新技术股份有限公司,湖北 荆州 ;长江大学化学与环境工程学院,湖北 荆州 )摘要:高温油气井的开发必须使用高密度的环空保护液,为了避免高密度环空保护液对井下管柱和设备的腐蚀,确保施工安全,室内开展了适合高密度环空保护液的抗高温缓蚀剂研究,采用挂片失重法和电化学极化曲线法评价了抗高温缓蚀剂H S J M加量、温度、环空保护液密度对腐蚀速率的影响.结果表明:随着抗高温缓蚀剂H S J M加量的增加,N 、C r L 、C r L 、C r L 等种材质挂片的腐蚀速率均逐渐降低,在温度为 、环空保护液密度为 gc m、抗高温缓蚀剂H S J M加量为 时,种挂片的腐蚀速率均降至 mma以下;加入 抗高温缓蚀剂H S J M后,随着温度的升高和环空保护液密度的增大,种挂片的腐蚀速率均逐渐升高,当温度为 或环空保护液密度为 gc m时,腐蚀速率仍低于 mma;加入 抗高温缓蚀剂H S J M后,C r L 、C r L 挂片的电化学腐蚀速率均明显降低,极化曲线均明显右移,自腐蚀电位升高,耐腐蚀性能明显增强.抗高温缓蚀剂H S J M能够满足目标高温深井井下管柱腐蚀防护的需求,有效保障作业施工安全.关键词:高温深井;环空保护液;高密度;腐蚀性能;抗高温缓蚀剂中图分类号:T E A p p l i c a t i o no fH i g hT e m p e r a t u r e r e s i s t i n gC o r r o s i o nI n h i b i t o rH S J Mi nA n n u l u sP r o t e c t i o nF l u i df o rO i l a n dG a sW e l l sC A IB i n,L U OG a n g,L IS a n x i,L IY a n f e i,G U OS h i s h e n g,G EJ u n r u i,S H UF u c h a n g,R E NK u n f e n g(S h a n g h a iC o m p a n yo fCNO O C(C h i n a),S h a n g h a i ,C h i n a;H u b e iH a n cN e w T e c h n o l o g yC o,L t d,J i n g z h o u ,C h i n a;C o l l e g e o fC h e m i s t r y&E n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g,Y a n g t z eU n i v e r s i t y,J i n g z h o u ,C h i n a)A b s t r a c t:H i g h d e n s i t ya n n u l u sp r o t e c t i o nf l u i dm u s tb eu s e di nt h ed e v e l o p m e n to fh i g ht e m p e r a t u r eo i la n dg a sw e l l s I no r d e r t oa v o i dt h ec o r r o s i o no fh i g h d e n s i t ya n n u l u sp r o t e c t i o nf l u i dt od o w n h o l es t r i n g sa n de q u i p m e n ta n de n s u r et h ec o n s t r u c t i o ns a f e t y,w ed e v e l o p e dah i g ht e m p e r a t u r e r e s i s t i n gc o r r o s i o ni n h i b i t o rs u i t a b l e f o rh i g h d e n s i t ya n n u l u sp r o t e c t i o n f l u i d M o r e o v e r,w e e v a l u a t e d t h e e f f e c t so f c o r r o s i o n i n h i b i t o rH S J Md o s a g e,t e m p e r a t u r e,a n dd e n s i t yo fa n n u l u sp r o t e c t i o nf l u i do nc o r r o s i o nr a t eb yu s i n gc o u p o nw e i g h t l o s sm e t h o da n de l e c t r o c h e m i c a l p o l a r i z a t i o nc u r v em e t h o d T h er e s u l t ss h o wt h a t,w i t ht h e i n c r e a s eo fH S J Md o s a g e,t h e c o r r o s i o n r a t e s o f c o u p o n sN ,C r L ,C r L ,a n d C r L g r a d u a l l yd e c r e a s e Wh e n t h e t e m p e r a t u r e i s ,t h ed e n s i t yo f a n n u l a r p r o t e c t i o n f l u i d i s gc m,t h eH S J Md o s a g e i s ,t h e c o r r o s i o nr a t e so f c o u p o n sc a nb er e d u c e dt ol e s st h a n mma W i t ht h e i n c r e a s eo f t h et e m p e r a t u r ea n dt h e蔡斌,等:抗高温缓蚀剂H S J M在油气井环空保护液中的应用研究/年第期 d e n s i t yo f a n n u l a rp r o t e c t i o n f l u i d,t h e c o r r o s i o nr a t e so f c o u p o n s i n c r e a s eg r a d u a l l y A f t e r a d d i n g H S J M,w h e nt h et e m p e r a t u r ei s o rt h ed e n s i t yo fa n n u l a rp r o t e c t i o nf l u i di s gc m,t h ec o r r o s i o nr a t e so f c o u p o na r es t i l l l e s s t h a n mma A f t e ra d d i n g H S J M,t h ee l e c t r o c h e m i c a l c o r r o s i o nr a t e so f t h ec o u p o n s C r L a n d C r L d e c r e a s es i g n i f i c a n t l y,t h ep o l a r i z a t i o nc u r v e ss h i f ts i g n i f i c a n t l yt ot h er i g h t,t h es e l f c o r r o s i o np o t e n t i a l si n c r e a s e,a n dt h ec o r r o s i o nr e s i s t a n c ep r o p e r t i e se n h a n c es i g n i f i c a n t l y T h eh i g ht e m p e r a t u r e r e s i s t i n gc o r r o s i o n i n h i b i t o rH S J Mc a nm e e t t h en e e d so f c o r r o s i o np r o t e c t i o no fd o w n h o l es t r i n g i nt a r g e th i g ht e m p e r a t u r ed e e pw e l l sa n de f f e c t i v e l ye n s u r ew o r ka n dc o n s t r u c t i o ns a f e t y K e y w o r d s:h i g ht e m p e r a t u r ed e e pw e l l;a n n u l u sp r o t e c t i o nf l u i d;h i g h d e n s i t y;c o r r o s i o np e r f o r m a n c e;h i g ht e m p e r a t u r e r e s i s t i n gc o r r o s i o n i n h i b i t o r随着石油勘探技术的发展,越来越多的油气田开发逐渐转向高温深井 .高温深井的地层压力系数一般都比较高,完井作业后,为了填充油管和套管之间的环空,必须使用高密度环空保护液 .环空保护液是填充于油管和套管之间的液体,在保证平衡地层压力的合适密度的同时,必须具备较低的腐蚀性及较好的高温稳定性 .目前,为保证环空保护液的高温稳定性,一般采用可溶性盐来调节密度,但可溶性盐在高温下对井下管材和工具易造成比较严重的腐蚀,所以,研究环空保护液抗高温缓蚀剂意义重大 .基于此,作者以海上某高温深井井下管柱钢材为研究对象,以磷酸盐环空保护液为腐蚀介质,采用挂片失重法和电化学极化曲线法考察抗高温缓蚀剂H S J M加量、温度、环空保护液密度对腐蚀速率的影响,为高温深井的高效安全开发提供技术支持和保障.实验 材料、试剂与仪器环空保护液基液:淡水 除氧剂O S Y磷酸盐加重至合适密度;不同材质(N 、C r L 、C r L 、C r L )挂片,使用现 场井下管 柱 钢 材 加 工而成.磷酸盐、碳酸钠、除氧剂O S Y,分析纯,国药集团化学试剂有限公司;石油醚、无水乙醇,分析纯,上海麦克林生化科技有限公司;抗高温缓蚀剂H S J M,自制.抗高温陈化釜(聚四氟乙烯内衬),荆州塔林机电设备制造有限公司;B S型电热鼓风干燥箱,广州大祥电子机械设备有限公司;C o r r T e s t型电化学测试系统,武汉科思特仪器有限公司.方法 挂片失重法参照石油天然气行业标准S Y/T 油田采出水处理用缓蚀剂性能指标及评价方法 中静态均匀缓蚀率测定部分的规定,采用挂片失重法测定挂片在环空保护液中的腐蚀速率.腐蚀时间为d.电化学极化曲线法参照国家标准G B/T 金属和合金的腐蚀 电化学试验方法 恒电位和动电位极化测量导则 中的相关规定,使用电化学测试系统测定挂片在环空保护液中的电化学极化曲线.实验电极为三电极体系,参比电极为饱和甘汞电极,辅助电极为P t电极,工作电极为待测挂片.结果与讨论 挂片失重法结果 抗高温缓蚀剂H S J M加量对腐蚀 速率的影响以密度为 gc m的环空保护液作为腐蚀介质,在 下,考察抗高温缓蚀剂H S J M加量(质量分数,下同)对种材质挂片腐蚀速率的影响,结果见表.表抗高温缓蚀剂H S J M加量对腐蚀速率的影响T a b E f f e c t o fd o s a g eo fh i g ht e m p e r a t u r e r e s i s t i n gc o r r o s i o n i n h i b i t o rH S J Mo nc o r r o s i o nr a t eH S J M加量不同材质挂片的腐蚀速率/(mma)N C r L C r L C r L 蔡斌,等:抗高温缓蚀剂H S J M在油气井环空保护液中的应用研究/年第期 由表可知,随着抗高温缓蚀剂H S J M加量的增加,种材质挂片在环空保护液中的腐蚀速率均逐渐降低,且当H S J M加量为 时,腐蚀速率均可以降至 mma以下;挂片材质对腐蚀速率的影响较大,在相同条件下,种材质挂片的腐蚀速率大小为:N C r L C r L C r L .实验还发现,在H S J M加量为 时,N 和 C r L 挂片腐蚀后外观虽有明显变黑,但表面光滑,无明显点蚀或坑蚀;C r L 和 C r L 挂片腐蚀后外观并无明显变化.表明抗高温缓蚀剂H S J M起到了良好的缓蚀作用,当其加量为 时,可有效降低种材质挂片的腐蚀速率,满足相关标准要求.温度对腐蚀速率的影响以密度为 gc m的环空保护液作为腐蚀介质,加入 抗高温缓蚀剂H S J M,考察温度对种材质挂片腐蚀速率的影响,结果见表.表温度对腐蚀速率的影响T a b E f f e c t o f t e m p e r a t u r eo nc o r r o s i o nr a t e温度不同材质挂片的腐蚀速率/(mma)N C r L C r L C r L 由表可知,随着温度的升高,种材质挂片在环空保护液中的腐蚀速率均逐渐升高,但升幅不大;在 时,N 、C r L 、C r L 、C r L 挂片的腐蚀速率 分 别 为 mma、mma、mma、mma,均低于 mma.表明抗高温缓蚀剂H S J M具有良好的耐温性能,在高温条件下仍能发挥较好的缓蚀作用,可以满足目标高温油气井对环空保护液防腐蚀性能的要求.环空保护液密度对腐蚀速率的影响以不同密度的环空保护液作为腐蚀介质,加入 抗高温缓蚀剂H S J M,在 下,考察环空保护液密度对种材质挂片腐蚀速率的影响,结果见表.由表可知,随着环空保护液密度的增大,种材质挂片的腐蚀速率均逐渐升高,但升幅不大;在环空保护液密度增至 gc m时,N 、C r L 、C r 表环空保护液密度对腐蚀速率的影响T a b E f f e c t o f d e n s i t y o f a n n u l u s p r o t e c t i o n f l u i do n c o r r o s i o n r a t e密度gc m不同材质挂片的腐蚀速率/(mma)N C r L C r L C r L L 、C r L 挂片的腐蚀速率分别为 mma、mma、mma、mma,均 低 于 mma.表 明 抗 高 温 缓 蚀 剂H S J M在不同密度环空保护液中均能发挥较好的缓蚀作用,使用范围较广,能够满足现场施工需求.电化学极化曲线法结果在挂片失重法的基础上,采用电化学极化曲线法对抗高温缓蚀剂H S J M的缓蚀作用进行评价.发现,下,C r L 、C r L 挂片在环空保护液中的腐 蚀 速 率 分 别 为 mma、mma;在环空保护液中加入 抗高温缓蚀剂H S J M后,腐 蚀 速 率 分 别 降 至 mma、mma.表明抗高温缓蚀剂H S J M能够降低挂片的电化学腐蚀速率,起到较好的腐蚀防护效果.其电化学极化曲线见图.由图可以看出,在环空保护液中加入 抗高温缓蚀剂H S J M后,C r L 、C r L 挂片的电化学极化曲线均发生一定程度的右移,自腐蚀电位升高,说明两种挂片的耐腐蚀性能均逐渐增强.表明抗高温缓蚀剂H S J M能够显著提高环空保护液在高温条件下的抗腐蚀性能,可以确保高温油气井施工安全,与挂片失重法结论一致.结论抗高温缓蚀剂H S J M对种不同材质的挂片均具有良好的腐蚀防护效果.随着H S J M加量的增加,种挂片的腐蚀速率均逐渐降低,当H S J M加量为 时,均降至 mma以下;随着温度的升高和环空保护液密度的增大,种挂片的腐蚀速率均逐渐升高,当温度为 或环空保护液密度为 gc m时,腐蚀速率仍低于 mma.在环空保护液中加入 抗高温缓蚀剂H S J M后,C r L 、C r L 挂片的电化学腐蚀速率均明显降低,极化曲线均明显右移,自腐蚀电位升高,耐腐蚀性能明显增强.抗高温缓蚀剂H S J M能够适用于不同蔡斌,等:抗高温缓蚀剂H S J M在油气井环空保护液中的应用研究/年第期 10-810-710-610-510-410-3I/(Acm)-2-0.750.800.850.900.951.00-E/V(a)1Cr-L80(b)13Cr-L8010-810-710-610-510-410-3I/(Acm)-2-0.800.850.900.951.00-E/V?3.0%HSJ-M?图 C r L 、C r L 挂片在不同条件下的电化学极化曲线F i g E l e c t r o c h e m i c a lp o l a r i z a t i o nc u r v e so f c o u p o n s C r L a n d C r L u n d e rd i f f e r e n t c o n d i t i o n s材质钢材、不同井底温度以及不同密度的环空保护液,明显降低井下管柱及设备的腐蚀速率,可以有效保障高温油气井作业施工安全.参考文献:税蕾蕾,苏金长,陈金定,等高温高压油气藏开发实验技术研究进展J石化技术,():S HU ILL,S UJC,C HE NJD,e t a l O v e r v i e wo nl a bt e c h n o l o g yr e s e a r c hp r o g r e s s o f h i g h t e m p e r a t u r e a n dh i g hp r e s s u r eo i l&g a sr e s e r v o i rJ P e t r o c h e m i c a lI n d u s t r yT e c h n o l o g y,():王耀稼,沈黎阳,王再兴,等高温深井钻井液体系井壁稳定机理及对策研究J石油化工应用,():WAN GYJ,S HE N L Y,WAN G Z X,e ta l W e l l b o r es t a b i l i t ym e c h a n i s ma n dc o u n t e r m e a s u r e so fh i g ht e m p e r a t u r ed e e p w e l ld r i l l i n gf l u i ds y s t e mJ P e t r o c h e m i c a lI n d u s t r y A p p l i c a t i o n,():吴忠俊,吕井旺高温深井特点分析和试油技术探讨J中国石油和化工标准与质量,():黄知娟,杜春朝,龙武,等 P S钢在高矿化度油田水环空保护液中的腐蚀风险评价J石油与天然气化工,():HUAN GZJ,D UCC,L ON G W,e t a l C o r r o s i o nr i s ka s s e s s m e n to fP Ss t e e l i na n n u l u sp r o t e c t i o nf l u i di nh i g hs a l i n i t yo i l f i e l dw a t e rJ C h e m i c a lE n g i n e e r i n go fO i la n d G a s,():曾德智,陶冶,郭锋,等高温高酸性回注井环空保护液复配实验研究J特种油气藏,():Z E N GDZ,T A OY,GUOF,e ta l A n n u l a rp r o t e c t i o nf l u i dc o m p o u n d i n ge x p e r i m e n tf o rh i g ht e m p e r a t u r e a c i dr e i n j e c t i o n w e l lJ S p e c i a lO i l&G a sR e s e r v o i r s,():孙宜成,陆凯,曾德智,等抗C O腐蚀环保型油基环空保护液研究J钻采工艺,():景宏涛,彭建云,孔嫦娥,等塔里木油田气井环空保护液密度优化及应用J天然气技术与经济,():J I N G H T,P E N GJY,K ON GCE,e ta l D e n s i t yo p t i m i z a t i o no fa n n u l u sp r o t e c t i o nf l u i da n di t sa p p l i c a t i o ni ng a sw e l l so fT a r i mO i l f i e l dJ N a t u r a lG a sT e c h n o l o g ya n dE c o n o m y,():刘君林,王英军,李国平,等昆特依区块环空保护液环境油套管柱的腐蚀行为研究J材料保护,():L I UJL,WAN GYJ,L IGP,e t a l S t u d yo nt h e c o r r o s i o nb e h a v i o ro fo i l c a s i n gc t r i n gi na n n u l a rp r o t e c t i o nf l u i de n v i r o n m e n to fK u n t e y iB l o c kJ M a t e r i a l sP r o t e c t i o n,():武俊文,贾文峰,雷群,等储气库注采井环空保护液的研制与性能评价J油田化学,():WUJW,J I A WF,L E IQ,e t a l R e s e a r c ha n dp e r f o r m a n c e e v a l u a t i o no f a n n u l u sp r o t e c t i o nf l u i df o r i n j e c t i o na n dp r o d u c t i o nw e l lo fg a ss t o r a g eJ O i l f i e l dC h e m i s t r y,():赵向阳,孟英峰,侯绪田,等 Y油田油套环空腐蚀环境分析与环空保护液优化J腐蚀科学与防护技术,():Z HA OXY,ME N GYF,HOUXT,e t a l C o r r o s i v i t ya n a l y s i s o ft u b i n g c a s i n ge n v i r o n m e n ta n do p t i m i z a t i o no fp a c k e rf l u i d sf o rY O i l f i e l dJ C o r r o s i o nS c i e n c ea n d P r o t e c t i o n T e c h n o l o g y,():任奕,张茂,陆原,等渤海油田海水基环空保护液的开发J钻井液与完井液,():,刘徐慧,潘宝风,杨东梅,等川东北元坝气田高温抗硫环空保护液研制及应用J广东化工,():,L I UXH,P ANBF,YAN GD M,e t a l S t u d ya n da p p l i c a t i o no nh i g ht e m p e r a t u r es u l f u rr e s i s t a n c ep r o t e c t i o nf l u i do fY u a n b aG a sF i e l d i nN o r t h e a s tS i c h u a nJ G u a n g d o n gC h e m i c a l I n d u s t r y,():,段春兰,梁大川,王光平,等有机酸盐环空保护液在元坝海相气藏的应用J石油钻采工艺,():D UANCL,L I AN GDC,WAN GGP,e ta l A p p l i c a t i o no fo r g a n i ca c i ds a l t a n n u l a r p r o t e c t i v e f l u i d i nY u a n b am a r i n eg a sp o o lJ O i lD r i l l i n g&P r o d u c t i o nT e c h n o l o g y,():宋兆辉,李舟军,薛玉志无固相有机盐环空保护液的研究与应用J钻井液与完井液,():郑力会,张金波,杨虎,等新型环空保护液的腐蚀性研究与应用J石油钻采工艺,():Z HE N GLH,Z HAN GJB,YAN G H,e ta l S t u d ya n da p p l i c a t i o no nn e wa n n u l a rp r o t e c t i n g f l u i dc o r r o s i o nJ O i lD r i l l i n g&P r o d u c t i o nT e c h n o l o g y,():