W油田S区域注水管线腐蚀机理及防腐对策研究.pdf

38第 26卷 2023年第 5 期四川化工0 引言W 油田为典型的低渗透油田，仅靠天然能量开发，产油量递减速度快，一次采收率不足10，故采用注水开发（人工补充地层能量）方法提高产油量成为其经济有效开发的关键途径。自 1999 年注水先导性试验起，W 油田 S 区域注水开发工作已持续 20 多年，目前 W 油田 S 区域内建有注水站200余座，其中70以上为撬装注水站，累计铺设注水管线（含支线）3 000 余千米，由于管线运行时间过长、注入水质较差等，导致 27的主管线存在不同程度腐蚀穿孔现象，且管道内壁腐蚀程度远高于管道外壁，给注水系统正常运行带来了极大的安全隐患。随着注水规模持续扩大、油田产油量逐步上升，以及注水管网运行年限的增加，注水管网系统的腐蚀问题日益凸显，为此，有必要对 W 油田 S 区域注水管线腐蚀机理及防腐技术进行研究，以便采取针对性的措施保障注水系统的安全运行。1 注水系统腐蚀现状目前，W 油田 S 区域注入水由两部分组成，一部分是浅层地表水，使用占比约 72，其余部分为原油采出水经污水处理系统处理后的注入水，从注水管线腐蚀情况来看，经污水处理系统处理后的注入水管线腐蚀程度更为严重。因此，以下主要研究污水处理系统处理后的注入水对注水管线的腐蚀影响。11 水质分析对污水处理系统处理后的注入水进行水质分析，结果如下：注入水氧含量为 0 11 0 mgL，氧含量平均值为 0 4 mgL（控制指标为 0 1 mgL以下），水中还含有 CO2，pH 在 6 5 左右，呈弱酸 性；注入水矿化度较高，达 40 000 mgL 以上，属重腐蚀采出水1；注入水中含有铁细菌（IB）和硫酸盐还原菌（SRB），其中 SRB 高达 100 000 个mL 以上；注入水中含有 Cl-、Ca2+、HCO3-等多种离子，部分离子含量如表 1 所示。表 1 注入水部分离子含量 mg L离子种类Cl-SO42-HCO3-Ca2+Mg2+Ba2+Sr2+含量31 0653284622 1743079726812 注入水腐蚀速率测试现场取 3 份水样（编号 1#、2#、3#），采用腐蚀速率测量仪（线性极化法）对 3 份注入水样进行腐腐蚀与控制W 油田 S 区域注水管线腐蚀机理及防腐对策研究李玉蓉1 熊圣呈2 石景才1（1.延长油田股份有限公司志丹采油厂，陕西延安，717600；2.延长油田股份有限公司子长采油厂，陕西延安，717600）摘 要：针对 W 油田 S 区域注水管线腐蚀情况，经水质分析、腐蚀产物分析等，明确了造成注水管线及相关设备腐蚀穿孔的机理，结合现场腐蚀情况，通过源头预防、过程管控，及时采取科学合理的防腐、治腐措施，使注水系统管线、设备的穿孔次数降低了 42，设备维修费用节支 35，防腐、治腐效益显著。关键词：注水管线；水质分析；腐蚀产物分析；腐蚀机理；氧腐蚀；酸腐蚀；盐腐蚀；防腐对策通讯作者：李玉蓉，本科、工程师，主要从事低渗透油田注水开发、油田化学相关工作，邮箱：375607320 qq com39W油田S区域注水管线腐蚀机理及防腐对策研究第 5 期蚀速率测试，结果为1#水样腐蚀速率0 301 mma、2#水样腐蚀速率 0 294 mma、3#水样腐蚀速率 0 307 mma，平均腐蚀速率 0 300 mma，超过 W油田注入水平均腐蚀速率标准近3倍，据美国腐蚀协会行业标准（NACE Standard RP07752005），注入水的腐蚀程度属严重腐蚀和极严重腐蚀。13 管线腐蚀情况目前，W 油田 S 区域注水管线及设备材质多为 20#碳钢，与注入水长期接触，容易产生严重锈蚀2。近年，注水系统腐蚀问题愈发严重，突出表现在两个方面，一是内腐蚀导致注水管线穿孔，二是渗漏导致注水设备腐蚀严重。注水系统严重腐蚀不仅造成注入水二次污染，水质持续恶化，导致油层孔道堵塞，“压高难注入”的注水井逐年增多，而且注水管线刺漏以及注水泵、阀门等设备损坏还会造成长时间大面积停注，影响油井正常生产，特别是受冬季低温影响，导致油井维修工作量大、生产成本高。14 腐蚀产物分析注入水中硫酸盐还原菌（SRB）含量较高，SRB 新陈代谢可产生 H2S，H2S 与管线中由于受到腐蚀而产生的 Fe2+反应，形成了不溶于水的 FeS；同时，由于联合站污水处理系统均未全程密闭，管线中因腐蚀产生的 Fe2+遇氧还会被氧化为不溶于水的 Fe2O3沉淀。此外，注入水中还含有铁细菌（IB），在 IB 繁殖与代谢过程中，也会将 Fe2+转化为 Fe3+而产生不溶于水的 Fe2O3沉淀3。2 腐蚀因素与机理综合以上分析，W 油田 S 区域注水系统腐蚀的主要原因包括以下五个方面：注入水中溶解氧浓度平均为 0 4 mgL，而控制指标为 0 1 mgL 以下，注入水中溶解氧浓度超标，造成系统氧腐蚀；注入水含有 CO2，pH 偏低，呈弱酸性，存在酸性腐蚀；注入水矿化度较高，且 Cl-浓度 30 000 mgL，存在盐腐蚀；注入水中 CO2与盐的协同作用加剧了管线及设备的腐蚀程度；注入水中 SBR、IB 等细菌含量高，增加了采出水的腐蚀性，尤其表现为不均匀腐蚀。21 氧腐蚀因污水处理系统、注水系统非全程密闭运行，另外受扫线作业等影响，注入水中溶解氧浓度超标，在活性氧的作用下，管线、设备极易发生溶解氧腐蚀或氧浓差腐蚀。管线、设备被腐蚀后，壁面腐蚀处形成直径 1100 mm 的“小鼓包”，腐蚀面多呈褐红色或黄褐色，里层则多为黑色粉末，清除腐蚀产物以后，金属壁面呈溃疡状腐蚀凹坑。此外，氧腐蚀可分为整体腐蚀（均匀腐蚀）和局部腐蚀（不均匀腐蚀），其中，局部腐蚀通常发生在金属壁面的某些局部位置，导致腐蚀处管材较其他部位减薄快得多，最终因局部凹坑穿孔而发生渗漏4。22 酸腐蚀注入水中含有 CO2，HCO3-浓度相对较高，注入水的 pH 在 6 5 左右，呈弱酸性，导致注入水系统管线、设备壁面发生酸腐蚀而穿孔，并形成碳酸亚铁（FeCO3）沉积。主要反应如下：Fe2+CO32-FeCO3Fe2+2HCO3-Fe（HCO3）2Fe（HCO3）2 FeCO3+CO2+H2OCO2导致的酸腐蚀，主要受 CO2分压以及注入水的温度、pH、溶解氧以及流速等因素的影响5。23 盐腐蚀W 油田 S 区域注入水矿化度较高，其中的离子以 Cl-为主，Cl-浓度达 30 000 mgL 以上，Ca2+和 Mg2+次之，为重腐蚀采出水。已有研究表明，注入水中各离子对碳钢管材的腐蚀强度为 Cl-Mg2+、Ca2+HCO3-SO42-，且 随 着 Cl-、Mg2+、Ca2+浓度增大，碳钢管材的腐蚀速度呈现出“先变大、后变小”的趋势6，这与离子浓度升高导致介质导电性增强有关。值得注意的是，当注入水中的离子浓度达到一定限值后，水中的溶解氧会减少，腐蚀速度会有所降低；此外，腐蚀产生的沉积物也可能会降低向管材内层进一步腐蚀的速率。24 其他因素西澳大学研究表明，天然微生物群落可以以钢铁为电子来源进行厌氧生长，同时，CO2是电子受体和微生物的碳源，在该生长过程中，不存在其他有机碳或典型的电子受体。相比于无菌环境，微生物群落可使钢铁腐蚀速率上升 45 5；其中，SRB 为主要的微生物群落，所占比例超过40第 26卷 2023年第 5 期四川化工90，与硫还原菌（SORB）、醋酸菌类形成共生生长7。此外，已有研究表明，碳钢管材腐蚀速率随区域环境温度的升高而逐渐增大，在 40 55 范围内增加较为明显；在动态条件下，流体流速对管线腐烛速率的影响较显著，现场实测的腐烛速率明显高于静态试验测试数据8。3 防腐对策针对 W 油田 S 区域注水系统的腐蚀情况，经以上原因分析，通过源头预防（优化注水管线材质）和过程管控（优选缓蚀剂配方），及时采取科学合理的防腐、治腐措施，可有效降低注水系统管线和设备腐蚀穿孔频次，避免长时间、大面积停注事故发生，明显提升油井注水开采的经济效益。31 优化注水管线材质长期以来，W 油田 S 区域注水管线多采用 20#碳钢材质无缝钢管，管材强度高，承受外压能力较强，且穿孔以后现场修复方便。但是，碳钢材质注水管线存在诸多不足：耐腐蚀性能差，需配套添加缓蚀剂、杀菌剂等；虽然管道可做内防腐，但施工质量难以保证；管线使用寿命较短，在使用中后期，管线腐蚀补漏频繁；造价高，运行维护成本高。为此，近年新铺设的注水管线多改用玻璃钢管，与碳钢材质相比，管材价格相对较低，耐腐蚀，且导热系数小，节能效果好。但玻璃钢管也存在一些不可避免的缺陷，如管线材质较脆、承受外力强度低（损坏后需专业维修队伍处理）以及埋地管道不可探测等。32 优选缓蚀剂配方针对 W 油田 S 区域注入水进行缓蚀剂评价实验，在缓蚀剂配方设计时增加杀菌性能，设计配方体系 11 个（编号为 1#、2#11#），采用腐蚀速率测量仪（线性极化法）进行测定；细菌测定参照石油行业推荐标准碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法（SYT 53292012）。实验结果表明：使用 5#、9#配方的注入水管线腐蚀速率小于0 06 mma（图 1），满足 W 油田注入水水质要求；5#、9#配方的缓蚀、杀菌性能优于其他配方，杀菌率高达 100（图 2），且二者的杀菌剂成分、性质不同，可交替使用以进一步提高注入水的水质。图 1 不同缓蚀剂体系缓蚀效果对比图图 2 不同缓蚀剂体系杀菌效果对比图33 运行效果优化注水管线材质后，再在注入水出口增设加药泵及时添加缓蚀剂，有效降低了注水系统腐蚀以及细菌增殖带来的危害；同时，通过安装阴极保护器等措施进一步强化了注水系统防腐性能。防腐对策实施 2 a 以来，注水系统管线、设备穿孔次数降低了 42，管线、设备维修费用节支35，经济效益明显。4 结论综上所述，W 油田 S 区域注水系统管线的腐蚀，主要是氧腐蚀、酸腐蚀、盐腐蚀以及微生物腐蚀等多种腐蚀机理协同作用的结果。针对现场腐蚀状况，在腐蚀机理分析的基础上通过源头预防、过程管控，及时采取科学合理的防腐、治腐措施，注水系统管线、设备穿孔次数明显减少，管线、设备维修费用有效降低，防腐、治腐取得了显著的经济效益。参考文献1 娄亮杰，徐忠苹，李爱贵，等 高矿化度油田污水处理系统的腐蚀因素分析及治理措施J 腐蚀与防护，2018，39（11）：（下转第 56 页）56第 26卷 2023年第 5 期四川化工Analysis and Research on the Production of Pulp-like Organic Matter from Household Kitchen WasteWANG Weiling1，LIU Yong1，YANG Yongdong1，ZHANG Xiaoming2（1.Sichuan Research Institute of Chemical Quality and Safety Testing，Chengdu 610010，Sichuan，China；2.Sichuan Jiuha Technology Co.，Ltd.，Chengdu 610041，Sichuan，China）Abstract：Collect and treat household kitchen waste at the source in a“one household，one bucket，one system”manner，and after a certain period of fermentation，it becomes a slurry like organic matter The performance indicators of the slurry organic matter produced by household kitchen waste were tested，and the results showed that it has high organic matter content，high moisture content，low heavy metal content，and a seed germination index of over 75 It is suitable for use as a soil conditioner After distributed quantitative application in agricultural land，it can sustainably and effectively enhance soil fertility and vitality，and has a significant effect on promoting the growth of crop stems and leaves This study can provide certain data support and reference for the effective treatment and utilization of household kitchen wasteKey words：household kitchen waste；slurry organic matter；production process and principles；performance index measurement；distributed quantitative application892-8952 庞铭，陈华兴，刘义刚，等 J 油田水源井油管的腐蚀原因及防治措施J 腐蚀与防护，2019，40（2）：137-1423 邵立民 腰英台油田地面系统管线腐蚀穿孔原因及对策J 石油化工腐蚀与防护，2016，33（4）：44-474 庞铭，陈华兴，刘义刚，等 回用污水中的溶解氧腐蚀研究J 石油化工腐蚀与防护，2014，31（4）：21-25Corrosion Mechanism and Anti-corrosion Technology of Water Injection Pipeline in S Region of W OilfieldLI Yurong1，XIONG Shengcheng2，SHI Jingcai1（1.Zhidan Oil Production Plant，Yanchang Oilfield Co.，Ltd.，Yanan，Shaanxi 717600，China；2.Zichang Oil Production Plant，Yanchang Oilfield Co.，Ltd.，Yanan，Shaanxi 717600，China）Abstract：In response to the corrosion situation of the water injection pipeline in the S area of W oilfield，through water quality analysis and corrosion product analysis，the mechanism causing corrosion perforation of the water injection pipeline and related equipment has been clarified Combined with the on-site corrosion situation，scientific and reasonable anti-corrosion and anti-corruption measures have been taken in a timely manner through source prevention and process control，resulting in a 42 reduction in the perforation frequency of the water injection system pipeline and equipment，a 35 savings in equipment maintenance costs，and significant anti-corrosion and anti-corruption benefitsKey words：water injection pipeline；water quality analysis；corrosion product analysis；corrosion mechanism；oxygen corrosion；acid corrosion；salt corrosion；corrosion prevention measures5 陆原 碳钢在二氧化碳溶液中的腐蚀规律及防护措施研究D 北京：北京化工大学，20076 张捍东 碳钢在盐水体系中的腐蚀研究J 当代化工，2005，34（4）：243-2457 胡永碧 碳钢的细菌和二氧化碳腐蚀研究新进展J 石油与天然气化工，2015，44（6）：1218 徐士祺 延长油田注水管线内腐蚀机理及防腐技术研究D 成都：西南石油大学，2013（上接第 40 页）