辽河油田注水管线结垢腐蚀原因分析及阻垢缓蚀剂应用试验

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1、辽河油田注水管线结垢腐蚀原因分析及阻垢缓蚀剂应用试验谢飞１，２，吴明２，张越３，闫龙４（１．中国石油大学（华东），青岛２６６５５５；２．辽宁石油化工大学；３．中国石油辽宁盘锦销售分公司；４．中国石油辽河油田锦州采油厂油藏工程研究所）摘要：针对辽河油田注水管线结垢腐蚀严重的问题，对水质进行分析，发现辽河油田水质偏碱性含盐量、总碱度、矿化度及Ｃｌ－含量较高，Ｃａ２＋含量较其它成垢阳离子高；对现场垢样品进行Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）检测，垢样品中主要是ＣａＣＯ３垢，其次为硫酸盐垢、碳酸盐垢、硅酸盐垢和Ｆｅ２Ｏ３

2、等。阻垢缓蚀剂ＴＨ－６０７Ｂ的现场应用结果表明，当阻垢缓蚀剂浓度为４５ｍｇ?Ｌ时，阻垢率为９０．９３％～９５．９６％，缓蚀率为９０．９７％～９５．３３％，腐蚀速率为０．０４～０．０７ｍｍ?ａ。关键词：注水管线结垢腐蚀阻垢缓蚀剂前言合增溶、低剂量效应等机理阻止水中易结垢离子结晶析出及其在设备表面沉积；聚合物分散剂［６］主要作用是分散污垢粒子，阻止污垢的形成。１油田注水管线的结垢腐蚀严重影响油田的正常生产［１－２］。辽河油田部分区域的注水管线、注水井井筒管线出现严重结垢现象，沉积在注水管线内表面及注水井

3、井筒内表面的垢使得管线内径变小，水流阻力增大，输送能力降低。另外，管线结垢引起严重的垢下腐蚀。注水管线的结垢腐蚀造成管线穿孔而早期失效，大量管线无法正常使用。油田所用的阻垢缓蚀方法可分为两大类，即物理方法（包括机械方法）和化学方法。目前，油田在注水管线的阻垢缓蚀技术中普遍采用添加阻垢缓蚀剂的防护方法。油田处理碳酸盐垢和硫酸盐垢的阻垢缓蚀剂主要包括有机膦酸和低分子聚合物两类［３］。其中有机膦酸类包括氨基三甲叉膦酸（ＡＴＭＰ）、羟基乙叉二膦酸（ＨＥＤＰ）、二乙烯三胺五甲叉膦酸（ＤＥＴＰＭＰ）、２－膦酸基

4、丁烷－１，２，４－三羧酸（ＰＢＴＣＡ）；而低分子聚合物类包括聚丙烯酸（ＰＡＡ）、水解聚马来酸酐（ＨＰＭＡ）、马来酸－丙烯酸共聚物（ＭＡ－ＡＡ）、聚天冬氨酸（ＰＡＳＰ）。本研究对辽河油田注水管线结垢腐蚀的原因进行分析，采用由聚磷酸盐、有机膦酸盐、锌盐和聚合物分散剂组成的复配药剂为阻垢缓蚀剂进行阻垢缓蚀试验，得到最佳阻垢缓蚀剂及合适的阻垢缓蚀剂浓度，并进行了现场应用试验。其中聚磷酸盐和锌盐属于阴极型缓蚀剂［４］，能够在金属表面形成沉淀注水管线结垢腐蚀分析２水质分析辽河油田注水水源有地层水（清水）和经过净

5、化后再回注的油田产出水（污水），生产中将污水与清水混合后进行回注。根据苏林分类法［７］对辽河油田２０１０年９月１０日混注水水质进行分析，结果见表１。２．１表１注水水样分析结果项目数据注水离子浓度?（ｍｇ·Ｌ－１）＋１２７８２１．３４５．２８９．３２１．３１２．７９４．０５１０３４１１．４４０１２１８６１７８１４２５２８．４ＮａＫ＋Ｃａ２＋２＋ＭｇＳｒ２＋Ｂａ２＋ＦｅＣｌ－２－ＳＯ４全盐量总有机碳浓度?（ｍｇ·Ｌ－１）总碱度（ＣＯ３２－－）（·－１）＋ＨＣＯ３?ｍｇＬ总矿化度?（ｍｇ·Ｌ－１）ｐＨ值收

6、稿日期：２０１０－１２－１６；修改稿收到日期：２０１１－０４－２０。作者简介：谢飞（１９８３—），男，博士研究生，主要从事管道腐蚀从表１可以看出，辽河油田注水水质属于重碳酸钠（ＮａＨＣＯ３）水型，代表陆相、封闭性较好的沉积环境；水质偏碱性，含盐量、总碱度和总矿化度较高，腐蚀性Ｃｌ－含量也较高，相对于其它成垢阳离子，Ｃａ２＋含量较高。垢下腐蚀机理注水管道内表面生成垢２．３．２层后，垢层自身的微孔将成为腐蚀反应物质的通道，形成垢下腐蚀。当管道内表面局部有垢覆盖时，垢下形成相对闭塞的微环境，由于垢层的阻塞

7、作用，氧通过垢层微孔扩散进入垢层下的金属界面十分困难。因此，随着腐蚀反应的进行，垢层下成为贫氧区，该区将与垢层外部的其它区域形成宏观的氧浓差电池。通常腐蚀垢层具有阴离子选择性，垢层下金属阳离子难以扩散到外部，随着垢样品分析采用Ｘ射线衍射仪（ＸＲＤ）对辽河油田注水管线中的垢样品进行检测，结果见图１。由图１可见，垢样品中主要是ＣａＣＯ３垢，其次为硫酸盐垢［Ｎａ６Ｃａ２Ａｌ６Ｓｉ６Ｏ２４（ＳＯ４）２］、碳酸盐垢［（Ｃａ，Ｍｇ）ＣＯ３］、硅酸盐垢［ＣａＦｅＳｉ２Ｏ６］和Ｆｅ２Ｏ３等。２．２２＋的积累，造成正

8、电荷过剩，促使外部的Ｃｌ－迁Ｆｅ入以保持电荷平衡，金属氯化物的水解使垢层下环境酸化，进一步加速垢下的腐蚀。这种闭塞电池自催化机理与缝隙腐蚀的发生机理相同［１０］。结果与讨论３阻垢缓蚀剂的筛选采用钙容忍度［１１－１２］来表征阻垢缓蚀剂抗钙镁离子的能力。钙容忍度低的阻垢缓蚀剂不适合在高钙环境下使用，而钙容忍度高的阻垢缓蚀剂应用的范围较广。选用几种有机膦酸类、聚羧酸类以及由聚磷酸盐、有机膦酸盐、锌盐和聚合物分散剂组成的复配药剂（ＦＥ３９９７－２，ＴＨ－６０７，ＴＨ－６０７Ｂ