柳杨堡高温气井防腐工艺室内优选

刘玉祥 罗曦 周瑞立 王志彬

(1.中石化华北分公司工程技术研究院，郑州 450006;2.西南石油大学石油与天然气工程学院，成都 610000)

柳杨堡气田气井CO2含量在4%以上，分压较高，容易形成严重的腐蚀环境。CO2腐蚀性的影响因素主要有:CO2分压;温度;pH值;介质含水量;离子含量;介质流速;合金元素［1-10］。常用的防腐措施主要有:选用耐腐蚀材质的油管;加注缓蚀剂;防腐涂层;醇胺法 CO2脱除工艺;阳极牺牲［5-10］。柳杨堡气田防腐工作采用的是加注缓蚀剂的方法。

传统的缓蚀剂对温度比较敏感，在高温条件下易分解失效。柳杨堡气藏属于高温气藏，在生产中必须考虑缓蚀剂防腐问题。本次研究中主要针对柳杨堡气藏温度高、CO2含量高、腐蚀严重的具体情况，优选适合柳杨堡气田的抗CO2腐蚀高温缓蚀剂，以降低CO2腐蚀对生产系统的危害。

1 抗高温及CO2腐蚀的缓蚀剂室内优选

在同等条件下，测试柳杨堡气田地层水水样中加入不同缓蚀剂时N80材质钢片的腐蚀情况，并据其缓蚀性能，优选缓蚀效果较好的缓蚀剂。

1.1 实验准备

(1)设定实验条件。实验温度，130℃;CO2分压，0.75 MPa;缓蚀剂，含量为0.01%;缓蚀评价仪转速，250 r/min;实验水样，LP4T井水样;测试时间，72 h;气田油管相同材质的N80钢片，密度为7.66 g/cm3。

(2)准备实验药剂。SSH-A402缓蚀剂;MZL-1缓蚀剂;SDBS缓蚀剂;OS-2缓蚀剂;GS-1缓蚀剂;IMC-871缓蚀剂;Nm-1缓蚀剂;UT2-2缓蚀剂;无水乙醇(分析纯);石油醚，沸程60～90℃(分析纯);缓蚀酸去膜液(量取100 mL纯盐酸，称取5～10 g六亚甲基四胺，加蒸馏水溶解稀释至1 000 mL)。

(3)配制腐蚀液。称取0.1 g SSH-A402缓蚀剂于100 mL烧杯中，加入LP4T井水样搅拌均匀，转入1 000 mL容量瓶，定溶至刻度线，即得到含量为0.01%的SSH-A402缓蚀剂稀释液，备用;采用以上操作方法分别配制含量为0.01%的MZL-1、SDBS、OS-2、GS-1、IMC-871、Nm-1、UT2-2 缓蚀剂稀释液。

1.2 实验方法

(1)实验前钢片的处理。实验前钢片需要经过脱脂、脱水、干燥、测量、称重等环节预先处理。

脱脂:将打磨好后的钢片用粗滤纸或纱布擦去油污，放入盛有沸程为60～90℃的石油醚烧杯中，用脱脂棉除去钢片表面的污物，并连续清洗两次。

脱水:经脱脂处理的钢片，用无水乙醇浸泡5 min，进一步脱脂脱水。

干燥:取出钢片用清洁绸子擦拭，冷风吹干，置于干燥器中干燥1～2 h。

测量:用游标卡尺准确测量钢片的长、宽、高，计算钢片表面积。

称量:将干燥后的钢片用精确度为0.01 g的电子天平进行称量，称准至0.01 g;再用精确度为0.000 1 g的分析天平称量，称准至0.000 1 g。将已称量好的钢片用工业滤纸包装好，并在滤纸上标明钢片编号，置于干燥器中保存备用。

(2)钢片的安装。量取250 mL的LP4T井水样置于高温高压缓蚀评价仪中，将称好的钢片悬挂在釜内挂钩上，使钢片完全浸泡于腐蚀液中，钢片与钢片之间相互分开，钢片与釜壁隔开，将高温高压缓蚀评价仪釜口密封。连接转子流量计和氮气瓶出口管线，打开气瓶阀门，调节气流量为0.3 m3/h，持续稳定地向釜内冲入N2以驱除水样中的O2，2 h后关闭氮气阀;然后保持反应釜恒温40℃，再打开CO2气阀，向釜内充入0.75 MPa气体，保持动态转速250 r/min，实验时间为72 h。

(3)实验后期钢片的处理。实验后期钢片还需经过清洗、酸去膜、清洗脱水、脱脂去污、干燥、称量等处理。

清洗:将釜内钢片取出，用清水冲洗掉腐蚀液和腐蚀物，用医用纱布擦干。

酸去膜:将擦干的钢片放入去膜液中浸泡10 s，用脱脂棉轻拭钢片表面腐蚀产物。

清洗脱水:从酸去膜液中取出钢片，立即用清水冲去表面残酸，并迅速用医用纱布擦干，放入无水乙醇中浸泡5 min，进行清洗脱水。

脱脂去污:将脱水后的钢片移入装有石油醚的烧杯中清洗脱脂，取出钢片放入无水乙醇中再次脱脂、脱水。

干燥:取出钢片用清洁绸子擦拭，用冷风吹干，放入干燥器中干燥1～2 h。

称量:将干燥后的钢片用精确度为0.000 1 g的分析天平称量，称准至0.000 1 g。

按上述同样操作方法分别测试其余7种腐蚀液对N80材质钢片腐蚀速率，并根据同等条件下不含缓蚀剂LP4T井水样腐蚀数据计算缓蚀率。

(4)腐蚀速率的计算。腐蚀速率可通过下式进行计算:

式中:F—腐蚀速率，mm/a;

C— 换算常数，其值为8.76×104;

ΔM—钢片实验前后质量之差，g;

S— 钢片表面积，cm2;

t— 腐蚀时间，h;

ρ — 钢片材质密度，7.66 g/cm3。

缓蚀率计算公式为:

式中:R—缓蚀率，%;

ΔM0—未加药钢片腐蚀前后质量之差，g;

ΔM1—加药钢片腐蚀前后质量之差，g。

1.3 缓蚀剂优选

在同等条件下对比测试不同缓蚀剂在LP4T井水样中腐蚀速率和缓蚀能力，测试结果如图1所示。

图1 不同缓释剂对N80材质钢片腐蚀速率

由图1可以看出，几种缓蚀剂均有一定缓蚀性能，相比之下，UT2-2缓蚀能力最强，所以在柳杨堡气田LP4T井防腐工艺中选择UT2-2缓蚀剂。

2 缓蚀剂加注浓度优选

通过测试同等条件下不同浓度UT2-2缓蚀剂的LP4T井水样对N80钢片的腐蚀情况，确定出防腐工艺中缓蚀剂最佳加注浓度。

(1)设定实验条件。缓蚀剂含量分别为0.005%，0.010%，0.020%，0.030%，0.050%，其余实验条件与前面缓蚀剂优选实验条件相同。

(2)配制腐蚀液。称取0.05g UT2-2缓蚀剂于100 mL烧杯中，加入LP4T井水样搅拌均匀，转入1 000 mL容量瓶，定溶至刻度线，即得到UT2-2缓蚀剂含量为0.005%的实验样液，备用;用以上同样操作方法分别配制缓蚀剂含量分别为0.010%，0.020%，0.030%，0.050%的实验样液，备用。

(3)完成实验。分别测试UT2-2缓蚀剂含量为 0.005%，0.010%，0.020%，0.030%，0.050%的实验样液对N80材质钢片的腐蚀速率，计算其缓蚀率。

不同浓度的缓蚀剂UT2-2在同等条件下的腐蚀速率和缓蚀能力如图2所示。缓蚀率随缓蚀剂含量的增大而增强，在0.020%时能达95%以上。该含量下腐蚀速率只有0.0431 mm/a，符合国家0.076 mm/a的标准。如继续增大浓度，缓蚀率增加幅度不大，所以缓蚀剂最佳经济含量为0.020%。

图2 不同浓度UT2-2缓蚀剂缓蚀率测试结果

3 CO2分压和温度对缓蚀剂性能影响测试

3.1 CO2分压对缓蚀剂性能影响

(1)设定实验条件。缓蚀剂，含量0.02%;CO2分压分别为 0.30，0.50，0.75，1.0，3.0 MPa;其余实验条件与前面缓蚀剂优选实验条件相同。

(2)配制腐蚀液。称取0.20 g的UT2-2缓蚀剂于100 mL烧杯中，加入LP4T井水样搅拌均匀，转入1 000 mL容量瓶，定容至刻度线，即得到UT2-2缓蚀剂含量0.020%的稀释液，备用。

(3)完成实验。分别测试 CO2分压为0.30，0.50，0.75，1.00，3.00 MPa 时 UT2-2 缓蚀剂实验样液对N80材质钢片的腐蚀速率，并根据同等条件下不含缓蚀剂的LP4T井水样腐蚀数据计算缓蚀率。

图3 不同CO2分压下腐蚀测试结果

(4)分析测试结果。如图3所示，随着CO2分压的增加，空白LP4T井水样和含0.02%UT2-2缓蚀剂的LP4T井水样腐蚀液对N8O钢材腐蚀速率逐渐加重;但在不同CO2分压下UT2-2均有较好缓蚀效果，其缓蚀率达90%以上。在3 MPa时含UT2-2缓蚀剂腐蚀液年腐蚀速率也只有0.054 mm/a，小于0.076 mm/a的国家标准。这说明不同CO2分压对UT2-2缓蚀剂缓蚀性能影响不大，即UT2-2缓蚀剂对不同CO2分压气井均有较好适应性。

3.2 温度对缓蚀剂性能影响

通过前面实验确定了柳杨堡气田LP4T井防腐工艺使用UT2-2油气井抗CO2缓蚀剂的最佳含量为0.02%。此实验主要考察不同温度条件下使用最佳含量缓蚀剂时柳杨堡气田LP4T井水样腐蚀N80材质钢片的情况。

(1)实验条件。实验温度分别为60，80，100，130，150℃，其余实验条件与前面缓蚀剂优选实验条件相同。

(2)腐蚀液配制。称取0.20 g UT2-2缓蚀剂于100 mL烧杯中，加入LP4T井水样搅拌均匀，转入1 000 mL容量瓶，定容至刻度线，即得含0.02%UT2-2缓蚀剂的稀释液，备用。

(3)实验方法。分别在 60，80，100，130，150 ℃条件下测试UT2-2缓蚀剂含量为0.02%实验样液对N80材质钢片腐蚀速率，并根据同等条件下不含缓蚀剂LP4T井水样腐蚀数据计算缓蚀率。

(4)测试结论。如图4所示，随着温度升高，空白LP4T井水样和UT2-2缓蚀剂含量为0.02%的LP4T井水样腐蚀液对N8O钢材的腐蚀速率逐渐加快;但在不同温度下UT2-2缓蚀剂均有较好的缓蚀效果，缓蚀率达90%及以上，在150℃时含UT2-2腐蚀液年腐蚀速率也只有0.055 6 mm/a，小于国家标准(0.076 mm/a)。这些现象说明温度对UT2-2缓蚀剂缓蚀性能影响不大，即UT2-2缓蚀剂对温度有较好适应性。

图4 不同温度腐蚀测试结果

4 结语

(1)通过药剂筛选实验，优选出UT2-2作为柳杨堡气田防腐工艺用缓蚀剂。该药剂含量为0.01%时，缓蚀率就能达到85%以上。

(2)缓蚀剂UT2-2加注最经济的加注浓度为0.020%。在此浓度下缓蚀率达95%，腐蚀速率0.043 1 mm/a，优于国家标准。

(3)不同CO2分压、不同温度下UT2-2均具有良好的缓蚀性能，UT2-2对CO2分压和温度有良好的适应性。

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