东胜气田腐蚀评价与缓蚀剂研究*——试验部分

(中国石油化工股份有限公司华北油气分公司， 河南 郑州 450006)

东胜气田腐蚀评价与缓蚀剂研究*
——试验部分

周舰

(中国石油化工股份有限公司华北油气分公司， 河南 郑州 450006)

东胜气田开发过程中气井产出CO2气体，且伴随高矿化度地层水，从而造成井筒管柱和地面设备腐蚀。通过旋转腐蚀挂片法，确定了腐蚀机理为高温高压下CO2与钢材表面的铁发生电化学腐蚀。结果表明:温度和压力越高，腐蚀越严重，且N80材质油管抗腐蚀性能好于P110材质。优选出BHS和XY-Ⅱ两种混合阻滞型缓蚀剂，通过改变金属表面双电层结构和掩蔽活性位点来降低金属溶解速率，保证腐蚀速率处于0.076 mm/a以内，缓蚀率达到96.5%。

东胜气田CO2缓蚀剂腐蚀速率

东胜气田面积9 805 km2，天然气资源量11 345×108m3，为中国石油化工股份有限公司华北油气分公司天然气产量主力接替区，具有良好的开发前景。自投入开发建产以来，目前水平井平均无阻流量24.34×104m3/d，开发潜力巨大。

但是，东胜气田开发过程中气井不同程度产出CO2气体，且主力开发层位产出液矿化度较高，造成了井筒管柱和地面设备腐蚀。由于东胜气田处于开发初期，对气井井筒腐蚀规律认识还不清楚，且目前防护工艺主要是借鉴相邻气田经验[1-3]，缺乏有效防护措施，给气田的安全、有效开发带来了极大挑战。

1 东胜气田腐蚀评价试验

1.1产出流体性质测试

东胜气田主力开发层位为盒1层，通过DST测试地层温度为90～100 ℃，压力在28 MPa左右。取东胜气田盒1气井天然气和产出液样品，分别采用国家标准GB/T 18340.1—2010《地质样品有机地球化学分析方法 第1部分：轻质原油分析 气相色谱法》、石油天然气行业标准SY/T 5523—2016《油田水分析方法》对天然气组分、产出液性质进行试验测试，其结果见表1和表2。

表1 东胜气田盒1层天然气性质

表2 东胜气田盒1层地层水性质

从表1可看出，盒1层甲烷占总烃比例超过95%，属于干气气藏，CO2体积分数为0.371%，对应分压0.104 MPa；同时产出液的水为CaCl2型，平均矿化度为70 830.37 mg/L，存在一定程度的腐蚀。因此，气田开发过程中需要考虑井筒和地面管线的防护措施，保证气井安全稳定生产。

1.2腐蚀速率评价试验

(1)试验设备及流程

试验设备主要为高温高压动态腐蚀结垢评价装置，包括动态腐蚀结垢评价仪、恒速恒压泵、中间容器、抽空装置、高压气瓶、增压机和电子天平等，其流程见图1。该设备可以控制反应釜中挂片与试验介质的接触关系，使挂片在试验介质中的悬挂位置分别处于完全浸没、半浸没和未浸没状态，同时保持气体流动状态，以模拟气井生产过程中井底存在积液的条件下井筒中不同部位钢材的腐蚀情况。

图1 动态腐蚀评价试验流程

(2)试验方法及试验条件

参照石油天然气行业标准SY/T 5273—2014《油田采出水处理用缓蚀剂性能指标及评价方法》，采用旋转腐蚀挂片法测定气井不同温度、压力条件下井筒中不同部位不同钢材挂片的动态腐蚀速率。试验条件见表3。

表3 动态腐蚀评价试验条件

(3)试验结果

东胜气田盒1层产出流体对不同类型钢材挂片的动态腐蚀速率测试结果见图2。从图2可看出：盒1层存在一定腐蚀趋势，温度、压力越高，CO2分压越大，腐蚀越严重[4-6]；同一条件下不同位置处的挂片腐蚀程度也完全不一样，全浸没状态下的挂片腐蚀速率最高，其次是半浸没状态，最小的是未浸没状态。N80型钢的动态腐蚀速率小于P110型钢，说明钢材的强度越大，其耐腐蚀性能越差，N80材质油管抗腐蚀性能好于P110材质油管[7]。

2 缓蚀剂评价与优选

2.1试验药品及方法

本次选用相邻气田在用的7种缓蚀剂作为试

图2 挂片腐蚀速率与CO2分压关系

验药品，分别为BHS,UT2-1,UT2-2,GC-7,MJ-2,XY-Ⅱ和XY-Ⅰ。采用旋转腐蚀挂片法分别测试加入7种缓蚀剂后不同部位挂片的动态腐蚀速率。试验条件:压力、温度和CO2分压分别为28.05 MPa,89.54 ℃和0.078 MPa。

2.2动态缓蚀率试验测试结果

动态缓蚀率试验测试结果见表4。缓蚀剂对全浸没状态挂片的缓蚀效果最好，主要原因是处于未浸没和半浸没状态的挂片没有和地层水直接接触或接触面积小，造成缓蚀剂无法充分吸附在挂片表面上，少量的缓蚀剂分子只能依靠气流携带到未浸没状态的挂片表面与其接触，影响了缓蚀剂效果。因此，初步优选出BHS和XY-Ⅱ两种缓蚀剂作为防腐主剂，缓蚀率最高达到96.5%，保证盒1层产出水腐蚀速率小于0.076 mm/a。

表4 不同浓度不同缓蚀剂对N80钢材缓蚀效果

2.3缓蚀剂性能评价

(1)试验方法

在室内旋转腐蚀挂片试验基础上，本次采用电化学缓蚀率来评价缓蚀剂性能[8-9]。电化学缓蚀率可用动电位扫描法与极化电阻法测得。利用动电位扫描法测试缓蚀剂加注前后产出液中腐蚀电流密度来计算缓蚀率(η1)；利用极化电阻法测试缓蚀剂加注前后产出液中极化电阻来计算缓蚀率(η2)，从而来综合评价缓蚀剂综合性能。

(2)试验装置及条件

试验装置采用CHI604D型电化学工作站，其流程见图3。工作电极材质采用N80钢，试验温度分别是30 ℃和60 ℃，试验电解池用氮气保护。

(3)试验结果

试验测试结果见图4至图7、表5和表6。BHS与XY-Ⅱ两种缓蚀剂主要作为混合阻滞型缓蚀剂起到抑制金属腐蚀的作用，在工作电极金属表面腐蚀过程中，缓蚀剂通过对金属表面的吸附改变金属表面的双电层结构，降低阳极金属溶解速率；而在阴极还原反应中，缓蚀剂对活性位点的掩蔽减缓了去极化剂如O2的还原反应，使得阴极析出电势变小，减小了原电池的做功能力，使得金属腐蚀速率大大下降。

图3 CHI604D型电化学工作站工作流程

因此，最终优选出BHS和XY-Ⅱ两种缓蚀剂作为东胜气田盒1层防腐主剂，且最佳加注质量浓度分别为2 000 mg/L和700 mg/L，满足气田安全生产要求。

图4 30 ℃下BHS缓蚀剂电化学测试结果

图5 30 ℃下XY-Ⅱ缓蚀剂电化学测试结果

图6 60 ℃下BHS缓蚀剂电化学测试结果

图7 60 ℃下XY-Ⅱ缓蚀剂电化学测试结果

表5 30 ℃条件下电化学缓蚀率评价结果

表6 60 ℃条件下电化学缓蚀率评价结果

3 结 论

(1)评价试验表明:东胜气田盒1层腐蚀机理为CO2电化学腐蚀;温度和压力越高，CO2分压越大，腐蚀越严重；N80材质油管抗腐蚀性能好于P110材质。

(2)优选出BHS和XY-Ⅱ两种缓蚀剂作为东胜气田盒1层防腐剂，加注药剂质量浓度分别为2 000 mg/L和700 mg/L，缓蚀率最高达到96.5%，腐蚀速率小于0.076 mm/a，满足气田安全稳定生产要求。

(3)混合阻滞型缓蚀剂BHS与XY-Ⅱ能够改变金属表面双电层结构，降低阳极金属溶解速率，且通过对活性位点的掩蔽作用减缓阴极还原反应，减小阴极析出电势，降低原电池做功能力，使得金属腐蚀速率大大下降。

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(编辑 张向阳)

EvaluationandInhibitorStudyofCorrosioninDongshengGasField

ZhouJian
(SINOPECNorthChinaBranch,Zhengzhou450006,China)

Carbon dioxide was discharged from gas well, accompanied by formation water with high salinity during the development of Dongsheng gas field, which led to corrosion of wellbore string and ground equipment. The corrosion was investigated by rotating corrosion blade method, which confirmed that the main cause was electrochemical corrosion between

carbon dioxide and iron on the steel surface at high temperature and pressure. The results showed that the corrosion would become worse at higher temperature and pressure. Moreover, anti-corrosion of oil tube with N80 material was better than that with P110 material. Two kinds of mixed blocking inhibitor, BHS and XY-Ⅱ, were selected to reduce metal dissolution rate by changing electric double layer structure and masking active site on metal surface, which could keep corrosion rate within 0.076 mm/a, and inhibition rate beyond 96.5%.

Dongsheng gas field, carbon dioxide, corrosion inhibitor, corrosion rate

2017-03-06；修改稿收到日期：2017-05-17。

周舰(1989—)，工程师，在该公司石油工程技术研究院从事采油气工艺技术研究。E-mail:zhoujian860810@126.com

国家科技重大专项“低丰度致密低渗油气藏开发关键技术”(2016ZX05048)。