缓蚀阻垢剂对P110套管钢腐蚀行为影响研究

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摘要： 本文主要采用电化学工作站，借助三因素三水平正交实验法，考虑温度参数，研究缓蚀阻垢剂及酸洗液加入三元复合驱溶液后的腐蚀行为，分析加入不同种类和不同量时对套管p110钢的腐蚀行为影响，确定影响腐蚀的主次因素。研究结果表明：在温度为30℃、不含酸洗液以及缓蚀阻垢剂浓度为175 mg/L时，该介质对P110钢的腐蚀性影响最小。温度是影响套管P110钢腐蚀的主要因素，其次是残余酸液浓度，最后为缓蚀阻垢剂。在一定范围内，套管钢的腐蚀速度随温度升高而加快，随着阻垢剂和残余酸洗液含量的增加，腐蚀速率增加程度较小。

Abstract： The electrochemical corrosion behavior of P110 casing steel in ASP flooding with different concentration of corrosion-scale inhibitor and pickler was studied by electrochemical workstation. The effects of the temperature， concentration of corrosion-scale inhibitor and pickler on corrosion behavior were investigated. The influenced factor was determined by orthogonal experimental design. The results showed that the corrosion resistance of P110 steel was lowest at the conditions of 30℃， 175 mg/L corrosion-scale inhibitor and no pickler content. The temperature is the main factor that affect the corrosion resistance of P110 steel， the second is pickler， and the orrosion-scale inhibitor is the last. The corrosion resistance decreased with the increasing of temperature. The appears a little increase with the corrosion-scale inhibitor and pickler.

关键词： ASP；缓蚀阻垢剂；酸洗液；套管

Key words： ASP；scale inhibitor；pickler；casing

中图分类号：TG174 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）08-0088-03

0 引言

随着石油需求量的增加，浅地层中的石油含量逐渐变少，石油开采的难度也随之加大，于是三元复合驱（碱/表面活性剂/聚合物）这种强化采油技术被国内外采用。我国的大庆、胜利、克拉玛依和辽河油田均进行过三元复合驱室内研究和先导性矿场试验，取得了较好的效果。从试验的规模、数量及整体研究水平来看，国内三元复合驱技术已走在世界的前列[1-2]。但同时，由于碱、表面活性剂、聚合物及混合物等介质的加入，虽然提高了采收率，但对套管也产生一定的腐蚀破坏[3-5]。

目前，多数油田采出液中CO2和HCO-3 构成弱酸性缓冲体系。蕴藏着腐蚀和结垢的化学因子H+和CO，极不稳定，具有很强的腐蚀结垢倾向。为了清除垢质通常要加入酸洗液进行酸洗。为了抑制腐蚀和结垢情况的发生，往往要加入缓蚀阻垢药剂，借助药剂的螯合和分散功能，实现阻垢的效果。但这种酸洗液和缓蚀阻垢剂的加入，使得原本复杂的三元复合驱体系，腐蚀问题变得更为复杂。二者的加入对于三元体系腐蚀的影响不得而知。国内外众多研究都侧向于研究酸洗和缓蚀阻垢效果，对于酸洗液和缓蚀阻垢剂对于腐蚀的影响甚少。

本文通过实验，旨在找出缓蚀阻垢剂及酸洗液对套管钢腐蚀的影响规律，为套管结垢腐蚀的减缓和防护提供一定的理论基础。

1 实验

1.1 实验材料

实验材料选用油井套管P110钢，该钢属于中高级套管钢，API SPEC 5CT标准对P110级石油套管力学性能有明确规定：屈服强度758～965MPa，抗拉强度≥862MPa，冲击功[尺寸为10 mm×10 mm×55 mm]：横向≥20J，纵向≥41J，伸长率≥13%。

1.2 实验介质

三元复合驱的采出液主要用剂包括：碱、表面活性剂、聚合物、部分原油以及其他化学助剂，实验时选用油田三元复合驱采出液。

缓蚀防垢剂有酸性、碱性两种，酸性防垢剂以螯合作用为防垢机理。本文选用酸性药剂。

酸洗剂为HF与HCl复配，HF浓度6%（质量百分数），HCl浓度8%（质量百分数）。

1.3 实验过程

实验仪器采用武汉科思特仪器有限公司生产的CS系列电化学工作站。测试时使用三电极系统，参比电极为甘汞电极，铂片为辅助电极，工作电极为封装后的套管P110钢试片（1cm×1cm×1mm）。为了减小液接电势影响，将参比电极和盐桥相连并插入溶液中，其尖端和工作电极距离保持在1cm左右。

工作电极测试前需经封装，露出1.0 cm2的工作表面，其余均用环氧树脂封装。实验前将工作电极经砂纸打磨并抛光，使之露出光亮面，然后用蒸馏水冲洗，无水乙醇擦拭后备用。

电化学测试时，先测试开路电位，待开路电位稳定1h后方可进行动电位极化曲线测试。动电位极化曲线测量扫描速率为0.1667 mV/s，扫描电位范围-0.75～-0.2V。测试完采用CView软件对极化曲线进行拟合，计算腐蚀速率。

1.4 实验方法

采用正交试验法，通过正交试验法，可以简单、高效、快捷的完成实验，所得到的结果具有很强的说服力，便于使用者的分析与使用。实验时选用L9（34）正交表来安排试验，表1是实验所涉及的因素及水平。

根据L9（34）正交表进行实验，测试每组条件下P110钢的动电位极化曲线，见图1。然后进行采用CView软件进行拟合，拟合后得到的钢的腐蚀速率，单位为mm/a。

2 结果与讨论

根据正交实验分析方法，采用直观分析法和方差分析法，对此结果进行分析，确定腐蚀主次因素。经过拟合，结果见表2。

2.1 确定同一因素的不同水平对试验指标的影响

从表2中的最下面一栏极差Ri的分析中，我们可以看出因素A取A1比取A3和A2的腐蚀速率都低；因素B取B2比取B1和B3的腐蚀速率低。同样，因素C取C1比取C2和C3的腐蚀速率都低。因此，在考虑因素单独作用的条件下，A1B2C1的组合是使P110钢腐蚀速度最慢的。

2.3 确定主次因素

确定各因素对试验指标综合影响的次序，即确定各因素对腐蚀速率的影响顺序。具体来说就是对各个水平之间极差值大小进行比较。依照表2的分析结果，A因素各水平的极差最大为0.2557，B因素各水平的极差为0.0237，C因素各水平的极差为0.207。所以，按因素对腐蚀速率影响的综合比较分析，得出R1>R3>R2。因此可以确定，温度是影响P110钢腐蚀的主要因素，其次是残余酸液浓度，最后为缓蚀阻垢剂。

图2是各因素与指标的关系图，横坐标用各因素的不同水平表示。

从图2可以看出，各因素对P110钢腐蚀速率的影响，纵坐标（腐蚀速率）A1最小，B2次之，最大者为C2。由此得出使P110钢腐蚀速率最慢的组合使A1B2C1，与前面的分析结果一致。

3 结论

①在温度为30℃、不含酸洗液以及缓蚀阻垢剂浓度为175 mg/L时，该介质对P110钢的腐蚀性影响最小。

②温度是影响套管钢腐蚀的主要因素，套管钢的腐蚀速度随温度升高而加快，其次是残余酸液浓度，最后为缓蚀阻垢剂，随着阻垢剂和残余酸洗液含量的增加，腐蚀速率增加程度较小。

③建议在对三元复合驱加缓蚀阻垢剂及酸洗液的体系防腐时，首先控制体系温度参数，在温度不能改变的前提下，尽量降低酸洗液的加入量，最后再着力降低缓蚀阻垢剂的用量至接近175mg/L。这样就能有效抑制P110套管钢的腐蚀，进而为套管结垢腐蚀的减缓和防护提供了参考。

参考文献：

[1]，罗蛰潭，沈明道.三元复合驱强化采油技术[J].西南石油学院学报，1997，19（4）：44-47.

[2]王鸿君.套管损坏机理及预防措施研究[D].西南石油大学博士学位论文，2005：12-29.

[3]张忠钟，郭金宝.对油气管材的腐蚀规律及国内外研究进展[J].宝钢技术，2000，4：54-58.

[4]唐钢，李华斌.化学剂浓度对复合驱油体系流变性影响实验研究[J].海洋石油.2006，20（1）：85-87.

[5]张旭昀，苏毅，刘长利，王勇，毕凤琴.三元复合驱溶液组分对P110钢腐蚀电化学性能的影响[J].兵器材料科学与工程，2012，3（35）：22-26.