多元热流体热采井筛管腐蚀试验及分析

董社霞 张海龙 季公明 李效波

（中海油田服务股份有限公司油生研究院）

渤海油田稠油储量占总储量的70%以上，开发初期主要采取冷采模式进行开发，开发效果不够理想。中海油NB35－2区块从2008年开始实施多元热流体热采技术，取得了较好的开发效果。但多元热流体中的O2和CO2溶解于水后产生的H＋具有腐蚀性，对出砂井防砂筛管的损害会导致油井出砂造成油井停产。目前，国内对CO2腐蚀的研究工作十分重视，多家研究机构及院校在CO2腐蚀机理和防护技术等方面做了大量的工作［1－7］。通过文献调研发现，现有的研究资料基本都是考虑CO2单一介质作用下的腐蚀影响，而现场伴注隔热的N2中含有一定量的O2，同时多元热流体中由于燃烧不充分也会有余氧。因此，对于在CO2和O2共存条件下，注入阶段和生产阶段不同温度对防砂筛管材料腐蚀的影响分析就显得十分必要。

1 实验方法

通过筛管多元热流体腐蚀模拟实验，运用腐蚀宏观形貌对比、SEM及EDS分析手段，研究不同筛管材料在油井开采阶段及注热阶段受多元热流体腐蚀破坏的腐蚀速率和形貌特征，得到多元热流体热采井筛管材料腐蚀影响规律，并根据现有的腐蚀实验数据对筛管材料的腐蚀速率进行预测。

2 实验条件

海上常用筛管的基管材料为TP100、3Cr和N80，过滤网材料为316L金属网和434金属棉，因此对这5种材料进行腐蚀速率试验，考虑到注热阶段和生产阶段的流体组分、压力条件、注入速度、生产制度，制定了试验参数（表1）。

表1 注热阶段／生产阶段不同温度条件下筛管用材质的腐蚀试验条件Table 1 Screen corrosion test condition at various temperatures in injection ＆ production

3 注热阶段腐蚀分析与预测

在p（CO2）3．0MPa，p（O2）0．6MPa时，分别在160、200和240℃3种温度下开展腐蚀实验，通过实验观察到：

（1）316L不锈钢基本不发生腐蚀，腐蚀前后的基体表面没有明显变化。

（2）3Cr钢在160℃时腐蚀速率较大，形成一层致密的腐蚀产物膜，酸洗后可以看到基体上密集的点蚀坑。随着温度的升高，3Cr钢腐蚀速率明显下降，在200℃其腐蚀产物膜已经很薄，酸洗后基体分布着较多浅的点蚀坑。240℃时3Cr钢酸洗后基体只是在局部区域出现点蚀坑。

（3）N80钢腐蚀在160℃腐蚀比较轻微，表现为全面腐蚀，酸洗后基体只有少量麻点，在200℃时麻点数量明显增多，240℃转为局部腐蚀，基体出现很多大的点蚀坑。

（4）TP100与N80类似，随着温度的升高由全面腐蚀向局部腐蚀转变。

（5）434金属棉随着温度的升高腐蚀速率有所增加。160℃时金属棉颜色比较光亮，基本没有腐蚀。200℃时金属棉失去金属光泽，但比较轻微。随着温度的升高，240℃时金属棉整体呈现棕褐色。

表2是5种材料在注热阶段3个不同温度条件下实验所测的平均腐蚀速率，通过数据回归拟合，得到平均速率随温度变化的曲线（见图1）。

表2 筛管材料在注热阶段的平均腐蚀速率Table 2 Screen average corrosion rate in injection

4 生产阶段腐蚀分析与预测

在p（CO2）1．5MPa，p（O2）0．3MPa时，分别对60、90和120℃3种温度下开展腐蚀实验，通过实验观察到：

（1）在生产阶段3种温度下，316L不锈钢未发生明显的腐蚀，腐蚀前后表面未出现明显的变化。

（2）3Cr钢在60℃时表面有红褐色的锈层生成，但不均匀，出现一些破损区域，酸洗之后，基体表面有明显的点蚀坑，部分区域没有明显的腐蚀；90℃时表面生成较厚的腐蚀产物膜，局部严重鼓泡，酸洗后的基体表面存在大量比较浅的蚀坑，蚀坑区域对应酸洗前腐蚀产物膜鼓泡处；120℃时，表面腐蚀较为严重，表层腐蚀产物膜出现局部剥落，部分区域出现锈层堆积，酸洗除去腐蚀产物膜后，该区域出现明显的沟槽腐蚀区。

（3）N80钢在3个温度条件下均发生明显的腐蚀。60℃时，表面形成一层黄褐色均匀的腐蚀产物膜，局部产物膜出现脱落，酸洗后，基体表面可见许多细小的、均匀分布的麻点，表现为全面腐蚀；90℃时，表面生成较厚的腐蚀产物膜，该腐蚀产物膜比60℃时形成的更为致密坚硬，但仍出现轻微脱落现象，酸洗后基体表面以均匀分布的麻点为主，局部有少量蚀坑，腐蚀形态表现为全面腐蚀；120℃时，腐蚀产物膜出现局部的剥离和鼓泡现象，酸洗后，可见基体表面的麻点变大，其腐蚀形态仍为全面腐蚀。

（4）TP100钢在60℃时，其表面形成一层均匀致密的黄褐色腐蚀产物膜，酸洗后的基体表面可见许多细小的、均匀分布的麻点，腐蚀形态为全面腐蚀；90℃时，腐蚀产物膜比60℃的疏松，酸洗后基体表面出现了局部的腐蚀孔，腐蚀形态由全面腐蚀向局部腐蚀转变；120℃时，试样表面生成棕褐色较为致密的腐蚀产物膜，酸洗后试样表面较为均匀，腐蚀形态为全面腐蚀。

（5）434金属棉60℃时，部分金属棉表面有黄褐色锈层生成，锈层多附着于金属棉丝的表面，较少有金属棉丝脱落现象和断碎现象；90℃时，锈层在金属棉丝的表面分布较为均匀，颜色从60℃时的黄褐色逐步转为红褐色，有少许金属棉丝的断碎现象，酸洗后金属棉丝的碎屑增多，金属棉丝尺寸变细；120℃时，金属棉丝出现严重腐蚀和断碎现象，红褐色锈层在金属棉表面堆积，和60℃、90℃相比，120℃时金属棉丝腐蚀和断裂现象最为严重。

表3是5种材料在生产阶段3个不同温度条件下实验所测的平均腐蚀速率，通过数据回归拟合，得到平均速率随温度变化的曲线（见图2）。

表3 筛管材料在生产阶段的平均腐蚀速率Table 3 Screen average corrosion rate in production

5 认识与结论

（1）在生产阶段和注热阶段，不同材质腐蚀速率变化差别较大。316L腐蚀速率最低且在生产阶段和注热阶段腐蚀速率变化不大；434金属棉在注热阶段的腐蚀速率低于生产阶段，但是差别不是非常显著；TP100在注热阶段的腐蚀速率显著低于生产阶段，而N80在注热阶段的腐蚀速率也低于生产阶段，但是在240℃，其具有较高的腐蚀速率。

（2）通过上述研究认为，316L在生产和注热阶段，均具有优异的耐蚀性能；对TP100和N80两种基管材质，需要控制在生产阶段的腐蚀，相比之下，N80钢性能优于TP100；3Cr钢在生产阶段的腐蚀速率出现比较大的变化，在90℃出现腐蚀速率的峰值；在CO2和O2共存条件下，在生产阶段和注热阶段，相对于TP100和N80，3Cr钢不具有突出的耐蚀性能；434金属棉在生产阶段的腐蚀速率高于注热阶段，尤其在生产阶段出现金属棉丝碎断的现象，影响挡砂效果，在多元热流体井中不推荐采用。

（3）防砂筛管基管的选择需要有足够的强度和高温稳定性，根据实验分析结果，在多元热流体热采井中，二者兼顾时建议防砂筛管的基管采用TP 100，但在注热阶段和生产阶段需加入缓蚀剂，同时生产阶段加入缓蚀剂的浓度应大大高于注入阶段。

（4）在现场实施过程中，建议采用缓蚀剂减少CO2腐蚀，但在过高温度条件下，缓蚀剂的防腐效果有待通过实验评价来进一步验证。

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［3］马增华，孙永涛，刘海涛，等．多元热流体中P110钢的腐蚀与防护［J］．石油与天然气化工，2012，41（6）：583－585．

［4］陈尧，白真权，林冠发．普通13Cr钢在高温高压下的抗CO2腐蚀性能［J］．热处理技术与装备，2007，28（1）：10－14．

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