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CO-2腐蚀环境下油管防腐技术方法初探

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CO 腐蚀 环境 油管 防腐 技术 方法 初探
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第 27 卷第 3 期1999 年 6 月石   油   钻   探   技   术17 , 3, 1999! 试井与开采 #蚀环境下油管防腐技术方法初探  雷 王立志(中国新星石油公司石油钻井研究所 ,山东德州  253005)主题词  油气藏  二氧化碳腐蚀  油管腐蚀  腐蚀速率  合金钢  碳素钢  缓蚀剂  涂层保护  阴极保护  防腐  费用摘  要   对于井下 油管的腐蚀 ,通常采用耐腐蚀管材、涂镀层管材、注入缓蚀剂及阴极保护等防腐技术。在室内试验的基础上 ,对各种常用防腐技术进行了实例分析 ,结果表明 ,确定合理的防腐技术与待开发的油气藏的寿命和普通碳钢油管的预计寿命之比有关 ,并给出了相应的确定防腐技术的方法。中图分类号 :    文献标识码 :A     文章编号 :100120890 (1999) 0320034203一、前   言油管的腐蚀是油气井生产过程中经常遇到的问题 ,且危害严重 ,所以国内外在广泛研究了 油管的腐蚀机理、特征及影响因素的基础上 ,提出了预测 蚀环境下油管腐蚀速率的各种数值模拟计算方法 ,形成了使用耐蚀合金管材、涂镀层管材、注入缓蚀剂、阴极保护等系列防腐技术。然而 ,由于不同防腐技术在防腐效果、成本、作业的难易程度和相关风险上都有所不同 ,因此 ,一个油气田采用的防腐技术不同 ,其防腐费用及效果差异也很大。过去 ,油气田在决定采用何种防腐技术时 ,主要考虑能否有效地解决油管腐蚀问题 ,且初期投资要少 ,并没有或很少从油气田整体开发的角度进行经济评价。然而 ,“高效经济”是油气田开发的原则。因此不论采取何种防腐技术都要进行经济评价 ,使油气田在开发期限内投入的总费用最少 ,而不是某一时期内费用最少或效果最好。因此 ,有必要对 蚀环境下的各种防腐技术进行评价 ,从而优选出适合油气田开发的防腐技术。二、常用防腐技术及其特点目前 ,国内外应用较成功的 蚀环境下的防腐技术主应用 φ 95(1)减少了钻杆和套管的磨损和损坏 ;(2)避免了因小钻杆打磨套管而对固井质量造成的不利影响 ;(3)减免了钻具事故的发生 ;(4)由于不需转盘驱动 ,减少了钻机功率消耗和地面设备的磨损 ;(5)钻速快 ,平均机械钻速为 12175m/ h。21 应用迪那钻具钻水泥塞必须注意的问题(1)钻井液的比重和粘度。从理论上讲 ,因为迪那钻具是容积式马达 ,钻井液的比重和粘度对迪那钻具的性能影响甚微。但是较高的比重和粘度却会使环空和钻具压耗增大 ,使迪那钻具承受较高的压力 ,这不仅降低了其容积效率 ,还影响其使用寿命。因此 ,最好采用清水钻进 ,不仅可以降低钻井液固相含量 ,以减少对迪那钻具定子内衬的磨损 ,还可降低施工泵压和开泵泵压。(2)需正确选用钻头水眼。水眼过大 ,尤其应避免中心水眼过大 ,不仅影响轴承的润滑及降低射流冲击力 ,还会因为树芯作用而降低钻速。第一只钻头就因其中心水眼过大 (φ 40成钻速低。第二只钻头因水眼过小使系统压力增高造成轴承上下压降过高 ,而导致迪那钻具损坏。(3)采取分段下钻、中途循环的方法 (每下入 700m 左右开泵循环一次 ) 。逐步将管内泥浆替换为清水 ,它既能降低马达工作温度 ,改善迪那钻具的工作条件 ,保证其良好的性能和使用寿命 ,还可避免一次到底造成的蹩泵或泵压过高而蹩坏迪那钻具。同时 ,应尽可能地减少循环时间 ,尤其不允许定点循环 ,以最大限度的避免钻头对套管的打磨。(4)每打完一单根 ,应上提方钻杆划眼之后再停泵 ,以清除套管管壁残留的水泥饼 ,保证一次通井成功。作  者  简  介罗朝东 ,1970 年生。 1991 年毕业于石油大学钻井工程专业。现任胜利油田临盘钻探公司固井大队副大队长 ,工程师。黄河福 ,1963 年生。 1984 年毕业于华东石油学院钻井工程专业。现任胜利油田临盘钻探公司钻井总工程师 ,高级工程师。陈廷明 ,1959 年生。 1980 年毕业于重庆石油学校钻井专业。现在滇黔桂石油勘探局总调工作。翁继祥 ,1966 年生。 1989 毕业于华北石油职工大学钻井工程专业。现任胜利油田临盘钻探公司固井大队工艺室主任 ,工程师。收稿日期 :1999 — 05 — 25第一作者联系电话 : (0534) 2622554要有如下五类 :11 使用耐蚀合金钢管材主要是指用于防 蚀而开发的合金钢油管 (如 113钢管 ) 。该类管材依靠自身的耐腐蚀性能抵抗 技术的施工方法基本与使用普通碳钢管材相同 ,在其有效期内 ,无须其它配套措施 ,对油气井生产作业无影响 ,且工艺最简单 ,但初期投资较大。21 使用涂镀层油管油气生产井中的涂镀层油管主要依靠其涂层或镀层来隔绝钢体与腐蚀介质的接触 ,从而达到防腐的目的。其防腐效果的好坏与涂层或镀层材料及其工艺技术水平有关 ,油管接头处和加工时存在的“漏点”是易被腐蚀的薄弱部位。而对于需修井作业的生产井 ,由于涂镀层易受钢丝绳的破坏而无法达到防腐的目的。该技术对油气井生产影响相对较小 ,工艺较简单而且成本一般不会很高。31 注入缓蚀剂注入缓蚀剂防腐主要是利用缓蚀剂的防腐作用达到减缓油管腐蚀的目的 ,其防腐效果主要与井况 (如温度、压力 ) 、缓蚀剂类型、注入周期、注入量有关。该技术成本低 ,初期投资少 ,但工艺较复杂 ,对生产影响较大。缓蚀剂有两种注入方式 :(1)间歇注入方式。 该方式在将缓蚀剂自油管内注入后 ,必须关井一段时间后才能开井 (处理周期一般为 2~ 3 个月 ) ,因此 ,对生产有一定影响。(2)连续注入方式。 该方式主要通过油套环空或环空间的旁通管及注入阀将缓蚀剂连续注入井内或油管内 ,油气井不需关井 ,因此 ,对生产影响较小。41 阴极保护该技术利用牺牲阳极的方式保护井下管柱 (一般用于保护套管 )免受腐蚀。其操作工艺复杂 ,且易受方案设计时所需基本参数准确度及现场环境的影响 ,很难实现最佳的防腐效果 ,而且作业成本较高。51 使用普通碳钢使用普通碳钢管柱 ,并在其寿命期限内更换油管管柱 ,套管用封隔器加环空保护液进行保护。该防腐技术需频繁更换油管 ,对油气井生产影响很大 ,且压井作业对储层伤害较大 ,但生产初期基本不增加附加防腐费用。三、防腐技术评价11 防腐效果模拟雅克拉凝析气田的腐蚀环境 ( 含量为 70g/ l ,压取 215,在不同的试验温度下 ,对试样进行失重试验。首先分别将普通钢以及合金钢油管材料加工成挂片试样 ,进行不加任何缓蚀剂的管材耐腐蚀试验。试验结果见图 1。由图 1 可见 ,在相同的温度下 ,普通钢的腐蚀速率远远大于合金钢。在试验过程中 ,除在 130 ℃和 150 ℃时合金钢试样表面有些发蓝以外 ,其它温度下试样一直保持光亮 ,表面基本无腐蚀产物生成 ,可见合金钢的耐腐蚀性能非常好。而普通钢试样在试验温度为 70 ℃、 90 ℃、 110 ℃时 ,表面出现了严重的坑图 1   不同温度下管材平均腐蚀速率曲线蚀及轮癣状台面腐蚀。在上述试验的基础上 ,中国新星石油公司石油钻井研究所进行了模拟井下腐蚀环境下的添加缓蚀剂 及采用涂镀层防腐的对比试验。试验结果表明 ,缓蚀剂 抑制试样全面腐蚀起到了较好的缓蚀效果 ,其缓蚀效率在 92 %以上 ,但仍存在局部腐蚀。而试验采用的涂镀层防腐技术 ,在 130 ℃的腐蚀环境下满足不了防腐的需要。21 腐蚀速率预测采用修正的 型对腐蚀速率进行预测 ,其基本的式为 : 518 - 1710/ T - 01671g 1)式中   V ———腐蚀速率 ,a ;T ———温度 ,K;—— 压 , 压为 215度为 110 ℃时 ,另外还考虑了生产井油气流速及 对式 (1)进行修正后可以预测出普通碳钢的腐蚀速率为 917a。由于 型均采用了最保守的情况 ,故其计算结果与采用最简化情况的室内试验结果相差较大。一般在实践中可采用模型计算的结果 ,室内试验的结果可以起到不同管材相互对比的作用。在仅考虑腐蚀穿孔的情况下 ,管材寿命 L 为 :L = V (2)式中   L ———管材寿命 ,a ;——管材壁厚 ,如 ,某 φ 73管壁厚为 7182则在试验环境下 ,利用式 (2)可计算出 L 为 018a。根据室内评价结果 ,添加缓蚀剂 其寿命将为 8a 左右 ,合金钢管材的寿命更在几十年以上。31 总体评价由上述试验可以看出 ,仅从防腐效果的角度看 ,耐腐蚀合金钢管柱应是最好的选择。但由于其一次性投入很大 ,因而需要从油气田开发的整体角度来进行评价 ,需要考虑防腐技术的一次性投入、作业的成本、可操作性、对油气井生产造成的影响及油气藏开发的寿命等因素。(1)使用普通碳钢管柱普通碳钢管材的价格一般在 14000 元 / t 左右 ,因此其一次性投资最少 ,且无须另外添加注入设备 ,在不考虑正常的修井作业的情况下 ,其施工工艺简单。但由于普通碳钢管柱的耐腐·53·第 27 卷第 3 期            林永学等 :蚀环境下油管防腐技术方法初探蚀性较差 ,故在一个开发周期较长、腐蚀环境较恶劣的油气田 ,需频繁更换油管。(2)使用普通碳钢管柱并注入缓蚀剂需要添加缓蚀剂注入设备 ,初期投资较大 ,且注入维护频繁 ,每年均需注入缓蚀剂 (其价格为 2 万元 / t) ,是所有防腐技术中工艺最复杂的。当缓蚀剂采用连续注入方式时 ,对油气井生产无影响 ;当采用间歇式注入方式时 ,会对油气井生产造成一定影响。(3)使用合金钢管柱合金钢 (如 13管材的价格为普通碳钢管材的 3 倍左右 ,与其它防腐技术相比 ,其初期投资最大 ,但工艺最简单 ,而且由于其寿命一般较长 ,在某些开发周期相对较长的油气田 ,无须更换油管及日常维护 ,因此油田开发的后期投资较少。四、实 例 分 析雅克拉凝析气田地层温度 130 ℃ ,气藏预计开采寿命为20a ,已知试采井 (井深 5000m) 采用普通碳钢油管 ,11 个月后穿孔 ,腐蚀速率约为 7a。不考虑因修井耽误的停产损失及人工等费用 ,只计换管柱费用 ,以一口井为例 ,进行更换不同管柱费用的计算 ,采用的基本数据为 :普通钢管材费用为 9013 万元 ;起下油管作业费用为 30 万元 ;缓蚀剂注入设备费用为 6 万元 ;年注入缓蚀剂费用为 10 万元 ;合金钢管材费用为 311154 万元。例一该气田如果完全采用普通碳钢油管 ,则其每年均需更换油管 ,其中第 11 年需换两次油管 ;如果使用普通碳钢油管并注入缓蚀剂 ,则仅需在第 12 年更换油管一次 ;如果使用合金钢油管则无须更换油管。到该气田开发结束时 ,使用普通碳钢油管、使用普通碳钢并注入缓蚀剂以及使用合金钢油管的总费用分别为 :249613 万元 ,41616 万元和 311154 万元。可见 ,采用合金钢油管的经济效益较好。例二假定上述气田腐蚀环境改变 ,普通碳钢油管的寿命为 11a。则上述三项防腐技术措施的费用分别为 :210160 万元 ,296130 万元和 311154 万元。可见 ,使用普通碳钢油管的经济效益较好。例三当上述气田腐蚀环境再次改变 ,普通碳钢寿命为 8a 时 ,上述三种防腐技术措施的费用分别为 :330190 万元 ,296130 万元和 311154 万元。使用普通碳钢油管并注入缓蚀剂的经济效益将为最佳。上述分析表明 ,合理防腐技术的确定与待开发油藏的寿命普通碳钢油管的预计寿命 比 r 有关。r = )在不同腐蚀环境下 ,假定采用的缓蚀剂的缓蚀效率不变 ,目前的价格体系不变 ,则可以根据 r 值确定可采用的防腐技术 :当 r ≤ 2 时 ,即在开发过程中 ,最多需更换一次油管时 ,宜采用普通碳钢油管 ;当 2 10 时 ,即添加缓蚀剂后也需更换油管时 ,宜采用合金钢油管。在《雅克拉凝析气田白垩系气藏开发方案》的编制过程中 ,即依据确定的油藏寿命及腐蚀环境进行计算 ,求出 r = 22 ,故在开发方案中推荐采用了合金钢油管防腐技术。五、结   论11 防腐技术的确定要以在油气藏寿命期限内防腐费用最低为目标。21 对于寿命长、腐蚀严重的油气藏 ,采用耐蚀合金钢油管最终投资最小 ,效益最高。31 对于寿命短、腐蚀不严重的油气藏 ,使用普通碳钢油管或注入缓蚀剂或使用涂镀层油管将成为首选。参  考  文  献1   , . 93 , A , K, . 3Cr in 95 ,者  简  介林永学 ,1962 年生。 1984 年毕业于华东石油学院钻井工程专业。现任中国新星石油公司石油钻井研究所采油室副主任 ,高级工程师。陈雷 ,1973 年生。 1995 年毕业于大庆石油学院采油工程专业。现任中国新星石油公司石油钻井研究所助理工程师。王立志 ,1954 年生。 1980 年毕业于青岛化工学院化工专业。现任中国新星石油公司石油钻井研究所高级工程师。 in     C , 253005 , to on of of of to of to of of in 63· 石   油   钻   探   技   术                1999 年 6 月
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