海上油田熱采井防砂篩管腐蝕試驗研究

海上油田熱采井防砂篩管腐蝕試驗研究

目前，熱采是開發(fā)海上松弛砂巖稠油油田的關(guān)鍵技術(shù)之一。從現(xiàn)階段來看，熱采井的反砂是獲取業(yè)務的重要途徑。砂管反砂是一種常見的機械防砂技術(shù)，在原油的穩(wěn)定開采中起著重要作用。但是由于熱采所用注入流體中的某些組分對篩管有腐蝕作用,可能導致防砂篩管腐蝕破壞。因此有必要對防砂篩管腐蝕破壞的影響因素進行深入研究。本工作通過一系列腐蝕試驗,研究了防砂篩管在不同腐蝕環(huán)境中的性能,了解其腐蝕機理,為海上熱采井防砂篩管壽命預測提出一些建議。1測試1.1防砂篩管小模型腐蝕掛片材質(zhì)選用海上油田普遍使用的金屬網(wǎng)布篩管及金屬棉篩管的材質(zhì),其中基管、金屬網(wǎng)布和金屬棉材質(zhì)見表1;由于制作防砂篩管小模型具有較大難度,且試驗結(jié)束無法測試各個部件的腐蝕速率,因此,模擬試驗采用組合掛片的形式,如圖1所示。主掛片尺寸為50mm×10mm×3mm,一端打孔。副掛片依次為基網(wǎng)和金屬棉(或金屬網(wǎng)布),尺寸為40mm×10mm×1mm。試驗時采用絕緣綁帶綁緊。1.2b生產(chǎn)階段3.為了評價出不同防砂篩管腐蝕影響因素(溫度,氧氣和二氧化碳的含量)對篩管腐蝕的影響規(guī)律,試驗中無法通過體積控制注入流體組成配比,但是注入流體氣相組成與其分壓成對應關(guān)系,因此試驗中注入流體的組成是通過分壓控制的。具體試驗方案如下:(1)第一類試驗改變試驗溫度,測定不同溫度與腐蝕速率的關(guān)系,評價篩管在不同溫度下的抗腐蝕能力?，F(xiàn)場實際的注入溫度是240℃,隨著注入過程的延續(xù),溫度最后降至160℃,然后轉(zhuǎn)入燜井階段,通過熱量擴散之后,實際生產(chǎn)階段的溫度為120℃,隨著生產(chǎn)階段的延續(xù),溫度最后降至60℃。(a)生產(chǎn)階段模擬:礦化度為2100mg/L,O2分壓為0.3MPa,CO2分壓為1.5MPa,溫度分別為60℃,90℃和120℃;(b)注入過程模擬:礦化度為240mg/L,O2分壓為0.6MPa,CO2分壓為3MPa,溫度分別為160℃,200℃和240℃;(2)第二類試驗改變O2分壓值,評價不同O2分壓值下流體對篩管的腐蝕程度。實際生產(chǎn)階段是漫長的過程,腐蝕情況也是最為嚴重的,因此本類試驗重點模擬生產(chǎn)階段的腐蝕情況。試驗條件如下:溫度60℃,礦化度為2100mg/L,CO2分壓為1.5MPa,O2分壓為0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa。(3)第三類試驗改變CO2分壓值,評價不同CO2分壓值下流體對篩管的腐蝕程度。實際生產(chǎn)階段是漫長的過程,腐蝕情況也是最為嚴重的,因此本類試驗重點模擬生產(chǎn)階段的腐蝕情況,試驗條件如下:溫度60℃,礦化度為2100mg/L,O2分壓為0.3MPa,CO2分壓為1MPa,2MPa和3MPa。2結(jié)果與討論2.1高溫下掛片腐蝕第一類試驗主要目的是測試開采過程和注入過程中篩管的溫度腐蝕規(guī)律,通過試驗得到的測試結(jié)果如圖2所示。(1)生產(chǎn)階段每組三個試樣從左到右依次為單獨基管材質(zhì)、基管耦合金屬網(wǎng)布和基管耦合金屬棉。從圖2和3可知,60℃條件下掛片表面腐蝕最為嚴重,出現(xiàn)了嚴重的臺地腐蝕(分壓比CO2/O2=1.5/0.3=5),90℃和120℃條件下的腐蝕情況相對較好,但出現(xiàn)了大量的腐蝕坑。同一組的三個掛片中,單獨基管材質(zhì)的掛片相對于耦合金屬網(wǎng)布和金屬棉的掛片腐蝕相對較輕,與金屬棉耦合的試樣腐蝕情況最嚴重,說明基管材質(zhì)與金屬棉材質(zhì)之間發(fā)生了嚴重的電偶腐蝕。(2)注入過程每組三個試樣從左到右依次為單獨基管材質(zhì)、基管耦合金屬網(wǎng)布和基管耦合金屬棉。從圖4和5可知,高溫下掛片腐蝕嚴重程度與腐蝕速率測試結(jié)果沒有明顯的對應關(guān)系,沒有表現(xiàn)出明顯的溫度特性。說明在高溫下,基本的腐蝕形態(tài)相近,對腐蝕的影響不明顯。這可能是由于高溫環(huán)境下,氧氣的溶解度低,氧分壓增加并未顯著增加氧氣在溶液中的溶解度。同一組的三個掛片中,單獨基管材質(zhì)的掛片相對于耦合金屬網(wǎng)布和金屬棉的掛片腐蝕相對較輕,與金屬棉耦合的試樣腐蝕情況最嚴重,說明基管材質(zhì)與金屬棉材質(zhì)之間發(fā)生了嚴重的電偶腐蝕。2.2氧分壓對腐蝕速率的影響第二類試驗主要目的是評價不同O2分壓值下篩管的腐蝕規(guī)律,測試溫度根據(jù)第一類試驗確定為60℃。測試結(jié)果如圖6所示。每組三個試樣從左到右依次為單獨基管材質(zhì)、基管耦合金屬網(wǎng)布和基管耦合金屬棉。由圖6和7可知,在保持溫度和二氧化碳分壓不變的情況下,不同材質(zhì)掛片的腐蝕速率隨氧分壓的增加而逐漸增大。其中與金屬棉耦合條件下的掛片腐蝕速率最高。與第一類試驗相比,試樣的平均腐蝕速率雖然都有所上升,但是,在氧分壓為0.4,0.5MPa時的表面狀況略有好轉(zhuǎn),未見大面積臺地腐蝕,當氧分壓達到0.6MPa時,與金屬棉耦合的掛片發(fā)生了大面積的腐蝕,結(jié)合第一類試驗的測試結(jié)果,認為當溫度為60℃,CO2/O2分壓比介于4.0~5.0時篩管基管會發(fā)生大面積的臺地腐蝕。2.3co分壓對基管材質(zhì)掛片腐蝕的影響第三類試驗主要目的是評價不同CO2分壓值下篩管的腐蝕規(guī)律,測試溫度根據(jù)第一類試驗確定為60℃。測試結(jié)果如圖8所示。每組三個試樣從左到右依次為單獨基管材質(zhì)、基管耦合金屬網(wǎng)布和基管耦合金屬棉。由圖8和9可知,在保持溫度和氧分壓不變的情況下,基管材質(zhì)掛片的腐蝕速率隨CO2分壓的增加而逐漸增大。其中與金屬棉耦合條件下的掛片腐蝕速率最高。與第一類試驗相比,試樣的平均腐蝕速率雖然都有所上升,但是,在CO2分壓為2.0MPa和3.0MPa時的表面狀況略有好轉(zhuǎn),未見大面積臺地腐蝕,此時的腐蝕特征表現(xiàn)為典型的CO2腐蝕特征,即在60℃附近,CO2腐蝕主要表現(xiàn)為均為腐蝕,因此認為當CO2/O2分壓比大于6時,為CO2主導的腐蝕環(huán)境;結(jié)合第一類、第二類的試驗的測試結(jié)果,認為當溫度為60℃,CO2/O2分壓比介于3.0~5.0時,篩管基管會發(fā)生大面積的臺地腐蝕。3ph和材質(zhì)腐蝕(1)在含氧的CO2腐蝕環(huán)境中,篩管基管發(fā)生了嚴重的局部腐蝕。腐蝕速率極值溫度在60℃附近;溫度從160℃增至240℃的注入過程中,腐蝕的溫度特性不明顯,但腐蝕速率隨溫度增加仍然為降低趨勢。(2)當溫度60℃附近時,當CO2/O2分壓比大于6時,為CO2主導的腐蝕環(huán)境,主要表現(xiàn)為均勻腐蝕;當CO2/O2分壓比小于5時,為O2主導的腐蝕環(huán)境,篩管基管會發(fā)生大面積的臺地腐蝕和嚴重的局部腐蝕。由于氧氣的存在篩管腐蝕會加劇,因此建議控制注入流體中氧氣的含量。(3)基管材質(zhì)與金屬棉或者金屬網(wǎng)布耦合后,腐蝕速率大