粒状固体缓蚀剂的研究与应用

粒状固体缓蚀剂的研究与应用

王雪

 中国石油化工股份有限公司中原油田分公司    河南濮阳    457000

摘要

文卫采油厂针对不同区块腐蚀采取针对性措施，并研究应用技术创新成果，防腐效果显著，腐蚀躺井治理取得较大成就。但目前大量应用的液体缓蚀剂对于尾管、进液口下部套管腐蚀等情况仍具有局限性，无法做到全面防腐。通过成分分析、室内实验、投加工艺、现场应用效果，证明粒状固体缓蚀剂具有缓蚀效果好、易于固化成型、水溶性好、配伍性好、有效成分缓慢释放、投加工艺简单无需连续加注，大大节省人力物力，有效含量维持时间长等优点，值得进一步全面推广应用。

关键词：腐蚀；粒状固体缓蚀剂；长效；现场应用

1  前言

目前文卫采油厂油井开井数600余口，综合含水超过90%，高含水开采油井腐蚀严重，不但缩短了油井生产周期，大幅增加作业次数及相关费用而且造成抽油杆、油管等的报废严重，增加生产成本。

目前有95%以上的油井是加入液体缓蚀剂。但是存在着具有防腐盲区、周期连续加药措施，消耗人力物力大、特殊情况加药不及时等局限。因此，研制应用一种新型粒状固体缓蚀剂，改善了液体缓蚀剂的防腐局限，具有投加工艺简单无需连续加注，大大节省人力物力，且固体缓蚀剂缓慢释放，有效含量维持时间长，广泛适用于上述特殊工况条件下。

2  研制及性能评价

2.1  粒状固体缓蚀剂的成分

粒状固体颗粒缓蚀剂由棒状缓蚀剂改性而成，在棒状缓蚀剂的配方基础上加入了一定量的分散剂、支撑剂，提高了颗粒缓蚀剂的成型度，具有缓蚀效果好、易于固化成型、水溶性好、配伍性好、有效成分缓慢释放等特征[3]。粒状固体缓蚀剂主要由缓蚀主剂、缓蚀助剂、粘结剂、固化剂、密度调节剂、支撑剂、分散剂、其它助剂组成。

目前文卫采油厂呈现出腐蚀类型多样化的特点。其中文明寨油田、马寨油田卫95块、卫城油田卫58块以H2S腐蚀为主。卫城油田卫22块、卫81块、卫56块以CO2腐蚀为主，随着产出液性质的改变，马寨油田卫305块也出现了短命腐蚀井，目前在硫化氢腐蚀区块卫58块的油井的现场发现也同时有CO2腐蚀现象，测井口气样发现存在H2S和CO2双向腐蚀。

研究表明，咪唑啉衍生物缓蚀剂能有效地降低高矿化度弱酸环境下H2S和CO2腐蚀，以及具有吸附性能、隔绝腐蚀介质、缓释性能强的特点[5]。因此选用了咪唑啉类缓蚀剂作为固体缓蚀剂主剂的基本成分。

2.3  室内实验性能评价

2.3.1  溶解性

为了考察固体缓蚀剂在水中的溶解性，进行了静态溶解性测试。将文卫采油厂油井采出水置于80℃的环境中，观察在静止状态下粒状固体缓蚀剂（7.37g，粒径5-6mm）随时间变化的残余情况。如图1所示，各种条件下，从左到右分别为5天、15天、30天粒状固体缓蚀剂残余变化，可以观察到粒状固体缓蚀剂均能够缓慢均匀溶解，没有大的裂缝和崩块，具有合理的稀释速度以保证稳定的药剂浓度。

图1  固体缓蚀剂在采出水样中不同时间残余变化

2.3.2  释放时间评价

取现场水样，放入固体颗粒缓蚀剂，置于80℃的环境中，观察其释放速率。在图4中从左到右依次是30天、60天、170天后的释放情况，可以观察到170天后，缓蚀剂基本释放完毕。固体缓蚀剂最后可完全溶解，无明显残渣，对油井的正常生产无影响。

图2  粒状固体缓蚀剂随时间变化的释放情况

2.3.3  缓释率评价

对N80钢进行浸泡试验，并参照SY/T 5273-2014《油田采出水用缓蚀剂性能评价方法》采用静态失重法评价缓蚀剂的缓蚀性能[9]。设置四组实验，500mL产出液，充CO240分钟。1、2、3组均为两个N80钢片试样，分别加入3粒固体缓蚀剂、4粒固体缓蚀剂和5粒固体缓蚀剂，4组为空白对照试验。实验时用丙酮清洗去除试样表面的油，再用无水乙醇脱水、脱脂，将清洗干净后的试片置于干净滤纸上，冷风吹干，在干燥器中干燥4h后用电子天平精确称取试样质量m1，用游标卡尺测量尺寸并记录。在试验瓶中加入不同数量固体缓蚀剂，实验温度80℃，实验周期为7天。将处理好的试样悬挂于试验瓶中，保证试样与容器壁不能接触，将密封的试验瓶放入恒温水浴中，静置一个试验周期。到达腐蚀时间后，取出试片并记录试片表面状态及腐蚀产物分布，用水清洗、并清除其表面腐蚀产物，干燥至恒重，用电子天平精确称取试片质量m2。

将测得的数据及已知数据代入，根据式(1)计算腐蚀速率，根据式(2)计算缓蚀率[10]。根据计算结果可以直观看出随着固体缓蚀剂数量的增多，腐蚀速度不断下降，缓蚀率不断升高。在加入5粒缓蚀剂时，缓蚀率已达到90%以上。

3  现场应用及效果评价

3.1  投加工艺

3.1.1  投加量和投加周期

根据油井生产及腐蚀有关参数确定加药量[11]，初次投加，根据油井理论液量设计每口井的投加量，释放周期为3个月，粒状固体缓蚀剂的密度为1.4g/cm3，则固体缓蚀剂的投放量为：理论液量*（50-80）ppm/d×60d。

3.1.2  投加方式

采用直接投掷法将固体缓蚀剂从环空投人油井，沉至井底，使其缓慢释放溶化后分散于井简介质中，并随产出液通过油管上升，对井内液体所接触到的油、套管进行防腐保护[12-13]。

3.1.3  投加后管理

为了监测缓蚀效果，在试验井内进行了井筒介质腐蚀性监测、井口含铁监测及井筒挂环腐蚀监测。由于粒状固体缓蚀剂释放缓慢，在投放初期井筒内的缓蚀剂浓度无法达到缓蚀效果，为了达到好的缓蚀效果，油井完井时需套管预膜25Kg的缓蚀剂，使油井在开抽初期能够满足缓蚀效果。投加固体缓蚀剂的油井，要每周监测产出液中缓蚀剂的残余浓度、产出水中的铁离子含量及腐蚀速率，根据缓蚀剂的残余浓度及腐蚀速率找到每口井的投加规律。

3.2  选井条件

投加粒状缓蚀剂的油井，需处理井筒至合适位置，要有一定的沉砂口袋，保证固体缓蚀剂投加后不埋层，不影响油井产液量。具体条件为：

（1）油层不出砂或轻微出砂，避免出砂埋缓蚀剂，影响缓蚀剂有效时间。

（2）套管规格51/2"或以上，生产管柱配下油管规格27/8"或以下，防止因油套间过盈量小造成缓蚀剂无法下落沉降。

（3）动液面下部300m深度位置以上的生产管柱未配套油管扶正器、封隔器等大直径工具，以保证缓蚀剂置于液面之下。

（4）动液面下部300m深度位置以上井筒井斜角≤35º，以保证缓蚀剂置于液面之下。

（5）管柱进液口配套双层筛管、激光割缝筛管等小孔径工具，若未配套则投加缓蚀剂时，适当延长停井时间（≥6h），避免缓蚀剂沉降过程中被抽吸进泵筒。

（6）生产层或主力产液层下界与井底距离≥15m，防止液流冲击作用缩短缓蚀剂释放时间。

3.3 效果评价

目前我厂应用固体缓蚀剂油井共30口，其中马寨油田16口（95块11口，305块5口），卫城油田14口（22块、2块各5口，58块、81块各2口）。

治理有效23口，平均免修期从265天延长至813天，延长了548天。效果最好的是卫22-60，该井自2017年7月开始治理，一直到2021年9月27日才作业，治理有效期长达1536天，治理前免修期仅为49天。

4  结论与认识

1、粒状固体缓蚀剂是在棒状固体缓蚀剂的基础上改制的，改善了生产管柱进液口下部的尾管、套管处于防腐盲区，尾管腐蚀频繁落井的问题，同时改进了棒状缓蚀剂只可结合作业施工投加的缺陷，利于套管周期加药。

2、粒状固体缓蚀剂，具有投加工艺简单无需连续加注，大大节省人力物力，且固体缓蚀剂缓慢释放，有效含量维持时间长等优点。