准噶尔盆地南缘煤层气井管柱腐蚀原因及防腐策略

第 30 卷
0 引 言
石油天然气生产设备及井下管柱腐蚀通常与 产出和注入流体中的腐蚀介质、所处腐蚀环境以及 管柱材质和结构等因素有关[1-6] 。 通常,油气井管 柱腐蚀类型主要包括化学腐蚀、电化学腐蚀、应力 腐蚀、冲刷腐蚀等[7-11] 。 其中,最为常见的为电化 学腐蚀,电化学腐蚀是一种在潮湿环境中形成的原 电池效应,即管柱与井筒内部富含矿物质的溶液之 间产生电位差,铁失去电子脱离管柱( 溶蚀) 而形 成的腐蚀现象;H2S 或 CO2 等腐蚀性较强的气体, 在含更高原子序数金属离子的产出液中发生的反 应为化学腐蚀,一般出现在特殊构造部位或特殊地 层;应力腐 蚀 是 很 容 易 被 忽 视 的 管 柱 腐 蚀 类 型 之 一,当井下管柱受力不均,管柱局部疲劳损伤并在 电解质的参与下,可加剧局部腐蚀发生;冲刷腐蚀 是在流体快速流动、电解质电化学腐蚀及机械力等 综合作用下的一种管柱腐蚀形式,常发生在流体产 出量大并有岩屑等固体颗粒冲击作用的井中,相对 少见。
Causes of Corrosion and Anticorrosion Strategies of Pipe String in Coalbed Methane Wells at the Southern Margin of Junggar Basin Wang Junbo1, 2 , Tian Jijun1, 2 , Li Fei3 , Zhang Xuanming4 , Ji Dongliang3 , Wang Xianmei5 , Li Xin1,2 (1. Key Laboratory of Continental Dynamics and Mineral Formation Prediction of Central Asian Orogenic
收稿日期:20230159;改回日期:20230705 基金项目:国家自然科学青年基金“ 热作用下准东低阶煤渗透率动态演化及其煤岩学控制” ( 42002188) ;新疆维吾尔自治区科技重大专项“ 新疆难开采煤
炭煤层气资源高效开发技术” (022A03015) 作者简介:王俊博(1994—) ,男,2017 毕业于中国地质大学( 北京) 安全工程专业,现为新疆大学地质资源与地质工程专业在读硕士研究生,从事非常规油
DOI:10. 3969 / j. issn. 1006-6535. 202Байду номын сангаас. 05. 020
准噶尔盆地南缘煤层气井管柱腐蚀原因及防腐策略
王俊博1,2,田继军1,2,李 飞3,张轩铭4,季东良3,王先美5,李 鑫1,2
(1. 新疆中亚造山带大陆动力学与成矿预测自治区重点实验室,新疆 乌鲁木齐 830017; 2. 新疆大学,新疆 乌鲁木齐 830017;
HD 区块生产井产出液测试数据显示:产出液 中阴离 子 主 要 以 Cl- 、 CO3 2- 、 HCO3 - 为 主, 含 少 量 SO4 2- 离子; 阳离子以 K+ 和 Na+ 为主, 含少量不稳 定的 Ca2+ 、 Mg2+ 、 NH4 + 等。 产出液 pH 值为 7. 7 ~ 9. 5; 离子总含量为 5 000 ~ 36 000 mg / L, 平均值 为 18 500 mg / L; 矿化度为 4 000 ~ 30 000 mg / L,平 均矿化度为 12 300 mg / L。 结果表明:HD 区块生 产井 采 出 液 主 要 为 偏 碱 性 的 NaCO3 / KCO3 型、 NaHCO3 / KHCO3 型及 NaCl / KCl 型,而且相近矿化
气勘探开发研究工作。 通讯作者:王先美(1967—) ,男,高级工程师,1990 年毕业于江汉石油学院测井专业,2006 年毕业于中国科学院构造地质学专业,获博士学位,现从事非常
规油气勘探开发地质与工程技术应用研究工作。
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特种油气藏
gas well pipe strings in HD block, a strategy for preventing and controlling the corrosion of CBM well pipe strings is proposed, and preliminary results have been achieved after application. The results of the study can provide theoretical and technical guidance for the analysis of the corrosion mechanism and the formulation of corrosion prevention strategies for pipe strings in CBM wells of low-rank coal genesis. Key words:CBM of low-rank coal genesis; pipe string corrosion; electrochemical corrosion; Junggar Basin
Abstract:The corrosion of pipe string in coalbed methane ( CBM) wells of low-rank coal genesis in HD block at the southern margin of Junggar Basin is common and serious, which restricts the normal production of CBM wells. Unlike the corrosion of pipe string in CBM wells of middle rand-and high-rank coal genesis, the causative factors of pipe string corrosion in HD block are complex and diverse, which are not only related to the characteristics of produced fluids, but also closely related to the properties of coal rocks in the block, the regional geologic conditions, and the borehole structure of drilled and completed wells. Based on the corrosion characteristics of the pipe string in HD block, combined with the analysis data of produced fluid / gas and corrosive components, the mechanism of pipe string corrosion and the strategy of pipe string corrosion prevention were analyzed and researched. The study shows that the corrosion type of pipe string in HD block wells is mainly the electrochemical corrosion, supplemented by stress corrosion, charged pulverized coal corrosion, potential CO2 corrosion, etc. , and the same kind of corrosion has a potential pattern of concentration by zone or by subzone. According to the corrosion characteristics of
Belt in Xinjiang Uygur Autonomous Region, Urumqi, Xinjiang 830017, China;2. Xinjiang University, Urumqi, Xinjiang 830017, China; 3. Urumqi Guosheng Huidong New Energy Co. , Ltd, Urumqi, Xinjiang 831400, China; 4. PetroChina Xinjiang Oilfield Company, Karamay, Xinjiang 834000, China; 5. Urumqi Guosheng Dacheng New Energy Co. , Ltd, Urumqi, Xinjiang 830039, China)
要以 CH4 为主,平均含量约为 80%;其次为 CO2, 平均含量约为 18%;含有少量 N2、C2H6 等组分,平 均含量约为 2%。 其中,CO2 组分变化较大,大部分 井含量在 5% 左右, 少数井 ( 约占比 20%) 含量较 高,个别井含量高达 40%以上( 部分井测试数据见 表 1)。 2. 1. 2 产出液组分
3. 乌鲁木齐国盛汇东新能源有限公司,新疆 乌鲁木齐 831400; 4. 中国石油新疆油田分公司,新疆 克拉玛依 834000;
5. 乌鲁木齐国盛达成新能源有限公司,新疆 乌鲁木齐 830039)
摘要:准噶尔盆地南缘 HD 区块低阶煤成因煤层气井管柱腐蚀现象普遍且严重,制约煤层气井 正常生产。 有别于中、高阶煤成因煤层气井管柱腐蚀,HD 区块井管柱腐蚀诱因复杂多样,不 仅与产出流体特征相关,也与区块煤岩属性、区域地质条件以及钻完井井身结构等密切相关。 基于 HD 区块管柱腐蚀特征,结合产出液 / 气、腐蚀物组分等分析数据,对管柱腐蚀的机理和管 柱防腐策略进行分析和研究。 研究表明:HD 区块井管柱腐蚀类型以电化学腐蚀为主,应力腐 蚀、荷电煤粉腐蚀、潜在 CO2 腐蚀等为辅,而且同类腐蚀现象具有分区分片集中出现的潜在规 律。 根据 HD 区块气井管柱腐蚀特征,提出了煤层气井管柱腐蚀防治策略,现场应用取得了初 步成效。 研究结果可为低阶煤成因煤层气井管柱腐蚀机理分析以及防腐策略制订提供理论与 技术指导。 关键词:低阶煤成因煤层气;管柱腐蚀;电化学腐蚀;准噶尔盆地 中图分类号:TE38 文献标识码:A 文章编号: 1006-6535(2023)05-0151-07
1 管柱腐蚀特征
HD 区块气井管柱腐蚀具有如下特点:①部分 井管柱表面完全被似铁锈的垢物覆盖,管柱表面斑 驳、凹凸 不 平, 呈 现 相 对 均 匀 的 面 腐 蚀 特 点 ( 图
1a—c) ;②局部腐蚀或点腐蚀现象比较常见,腐蚀 通常发生在管柱接箍和连接处等,常导致管柱泄漏 和断脱等井下事故(图 1d—f);③井身结构较为复 杂,管柱易出现偏磨,偏磨部位管柱腐蚀愈发严重, 出现管柱磨穿、接箍松脱等现象( 图 1e、g—i);④ 部分井产出煤粉偏严重,产出液中大量煤粉悬浮物 导致频繁检泵等维修作业的同时,也加剧井下管柱 的腐蚀进程(图 1a、c)。
中国中、高阶煤成因煤层气产区具有矿化度偏 高、pH 值呈中性或偏碱性等特点,井下管柱电化学 腐蚀现象普遍,相关研究较多[12-20] 。 低阶煤成因 煤层气井管柱腐蚀存在诱发因素复杂、腐蚀类型多 样的特点,其腐蚀机理与区域特殊地质条件、演化 背景,以及煤层气井钻完井、储层改造、排采等工程 技术因素相关,相关研究相对较少。 为此,以准噶 尔盆地南缘 HD 区块低阶煤成因煤层气井为例,分 析了气井管柱腐蚀现象和特征,基于气井产出液 / 气及腐蚀物物性等化验分析数据,结合区域地质条 件以及施工工艺,对低阶煤成因煤层气井管柱腐蚀 机理进行剖析,并提出井管柱腐蚀防治措施。
区块内绝大多数生产井不同程度地出现上述 问题,部分井更是兼具出煤粉、偏磨、结垢、腐蚀等 复杂问题,而且相似井况或问题具有分区分片集中 出现的潜在规律。
2 测试数据与管柱腐蚀类型
对 HD 区块产出液 / 气、腐蚀物组分等数据进 行测试,在此基础上分析管柱腐蚀类型。
2. 1 组分数据分析
2. 1. 1 煤层气组分 区块生产井气组分数据统计表明:产出气体主