防腐防垢机理研究

一、油井腐蚀防垢机理研究
3）二氧化碳分压与温度的影响
一、油井腐蚀防垢机理研究
2、 碳酸钙结垢趋势的预测
饱和指数法
井号
S3-161
S4-221 S5-231 S12-9 S9-101 S5-11 S8-24 S11-18
SI pH K pCa
SI值 判断
palk
8.26
7.57 7.13 6.96
结垢
结垢 结垢 结垢
浓度单位为mol／L；SI<0 表示水中碳酸钙未饱和， 不结垢；SI>0表示结垢； SI=0表示稳定。
6.35
6.85 7.77 6.86
结垢
结垢 结垢 结垢
一、油井腐蚀防垢机理研究
油井结垢趋势预测表
项 目 水 样 11-21 4-25 5-26 11-19 12-17 5-241 6-152 7-23 8-24 平均 离子强度 0.067926159 0.206328187 0.309807821 0.169303844 0.08754387 0.112393023 0.146604703 0.239552376 0.148856734 0.16536852 80℃时的 理论K值 1.25 1.38 1.52 1.38 1.25 1.25 1.25 1.38 1.25 1.32 pCa 2.36993 1.97352 1.71251 2.17968 2.15577 2.24309 2.24309 1.72498 1.98593 2.06539 pAlK 1.82358 1.77858 1.77858 1.82978 1.82358 1.9633 1.91742 1.95553 1.25926 1.79218 SI值 0.456491668 0.667903391 0.988914811 0.610533708 0.670653589 0.743603646 0.589491928 0.739493731 1.404810429 0.7635441 结垢预测
可创经济效益:84+108.8-48= 144.8(万元)
三、结论及建议
结论
1、采出液结垢趋势严重主要由于采出液中气体（烃、二氧化 碳等）的脱出，使处于平衡状态的溶液失去溶解平衡，从而 引起结垢。 2、油井腐蚀以氯根离子促进作用下的二氧化碳腐蚀腐蚀和细 菌腐蚀，腐蚀类型为局部坑蚀或点蚀，腐蚀产物为FeS、 Fe2O3。 3、结垢与腐蚀相辅相成，相互促进。 4、固体缓蚀阻垢剂能起到一定程度的阻垢作用，可投入现场 应用。
0.0254
1502米（外）
井下位置
1502米（内）
504米（外）
腐蚀速率标准：0.076mm/a
二、油井防腐、防垢应用情况
1、国内外防腐、防垢方法
阴极保护
物理 特殊防腐材料 缓蚀方法
防 腐 防 垢 方 法
化学
防腐涂料 投加缓蚀剂。
物理
磁防垢
阻垢方法
化学 投加防垢剂
二、油井防腐、防垢应用情况
2、缓蚀阻垢剂的研制
钝化膜型缓蚀剂
是一种氧化剂 , 也称氧化膜型缓蚀剂。亚硝酸盐、钼酸盐等。 主要作用使二价铁氧化成三价铁。
缓 蚀 剂 的 类 型
沉淀膜型缓蚀剂
能与水中某种离子或腐蚀下来的金属离子形成难溶的沉淀物， 并在金属表面沉积成膜。
吸附膜型缓蚀剂
应用最为广泛的一类缓蚀剂 , 它们都是有机化合物 , 分子中含有 氮、硫、磷等元素。形成吸附膜保护.
S3-231腐蚀速率
0.1014
0.0946
0.0255 0.0012
0.50 0.45
S10-15腐蚀速率
0.4355
腐蚀速率
0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00
0.3959 0.322
0.0654
0.0584
504米（内） 1005米（外） 1005米（内）
一、油井腐蚀防垢机理研究
1、结垢机理分析
1）水的脱气：水中气体（烃、二氧化碳等）的脱出，使处于平衡 状态的溶液失去溶解平衡，一方面使溶液浓度增大，成垢离子浓 度相应增大，另一方面使处于平衡状态的化学反应向结垢方向进 行，从而引起结垢。 CaCl2＋2NaHCO3＝CaCO3↓＋2NaCl＋CO2↑＋H2O MgCl2＋2NaHCO3＝MgCO3↓＋2NaCl＋CO2↑＋H2O 2）多层开采时，各层流体可能不配伍，造成结垢，反应式如下： Ca2++SO42-→CaSO4↓，Ca2++2HCO3-→CaCO3↓+CO2↑+H2O， Ca2++CO32-→CaCO3↓；
选题理由
10-18垢卡泵 3-19
疲劳断裂 垢下腐蚀断裂 垢下腐蚀
3-231
序号 井号 1 10-18 2 3-19 3 3-231 4 7-23 下井时间 2005-10-17 2005-10-25 2005-12-11 2005-9-11
7-23
检泵时间 生产天数 备注 2006-4-11 176 腐蚀疲劳断裂 2006-3-25 151 疲劳断裂 2006-4-17 127 垢下腐蚀断裂 2006-4-30 231 接箍腐蚀
3、防腐防垢技术及应用效果——固体防垢技术
1）原理 悬挂于泵挂下方，通过缓慢的释放药剂于产出液
中，达到缓蚀阻垢的目的。
2）应用情况：目前在10-11、5-241、6-111、3-17、4-161、 6-15、316、516、419井试验，3-17井于2006年5月3日下入，9 月9日起出，试验周期105天，防垢效果明显，但防腐效果差， 其余井效果正在跟踪中。
结晶沉淀 结晶沉淀
结晶沉淀
二、油井防腐、防垢应用情况
2、缓蚀阻垢剂的研制
缓蚀阻垢剂性能评价
① 作出液体缓蚀阻垢剂的浓度与缓蚀率的标准曲线
二、油井防腐、防垢应用情况
2、缓蚀阻垢剂的研制
缓蚀阻垢剂性能评价
②定量静态溶解实验 取不同配合比例的固体缓 蚀阻垢剂（含缓蚀阻垢剂4g）
置于10L装满油井污水的瓶内，
氯离子可以达到较高浓度，再
加上它的强穿透性，使腐蚀加 剧。
Cl-浓度，mg/l
一、油井腐蚀防垢机理研究
②二氧化碳的腐蚀
水中有游离CO2存在，水呈酸性反应，即CO2+H2O→H++ HCO3-, 由于水中H+离子的量增多，产生氢去极化腐蚀。
③硫酸盐还原菌的腐蚀
从单井采出液中发现存在SRB，且垢样分析中存在FeS垢，能 够证实存在细菌腐蚀。
二、油井防腐、防垢应用情况
3、防腐防垢技术及应用效果——效益评价。
若按防垢效果预测，平均延长免修期160天，规模应用40口井，可减 少32井次检泵作业，平均单井产量2.5t/d，排液期6天，累计增油600t/d。
经济效益：
每吨原油价格：1400元/吨；单井检泵费用：3.4万元/井次 增产原油价值：2.5×40×6×1400=840000（元） =84（万元） 合计作业费用：32×3.4=108.8（万元） 缓蚀阻垢费用：40× 1.2=48(万元)
鄯善油田中高含水期防垢、 防腐蚀机理研究
采油工程室 2007年2月13日
汇报提纲
一、油井腐蚀、结垢机理研究
二、油井防腐、防垢应用情况 三、结论建议
选题理由
随着油田综合含水上升，有杆泵腐蚀结垢情 况日趋严重，极易造成抽油杆腐蚀疲劳断裂及结垢 卡泵事故的发生，降低油井免修期，使采油成本上 升，影响油井正常生产。因此分析其腐蚀结垢原因
一、油井腐蚀防垢机理研究
定点取样井垢样化验分析表
含量％ 井号 17-2 10-71 6-221 619 19-6 10-11 17-2 4-191 6-111 5-151 3-151 12-171 4-25 83.8 12.3 25.2 22.1 26.5 29 14.2 0 CaCO3 18.1 FeS 9.1 37.2 15.8 16.6 31.7 0 46.2 12.9 42.1 15.3 11.6 9.4 10.9 13 35.8 20.3 0 50.3 43.6 26.3 33.5 42.5 5 12.4 34.1 36.4 0 0 5.1 30.8 Fe 2 O3 CaSO4 MgCO3 酸不溶物 36.2 28.1 25.8 15.7 14.4 17.6 19.8 17.9 17.2 12.4 8.2 24.4 8 17.8 9.4 2.5 10.8 26.7 4.5 7.1 6.8 17.4 4.8 3.5 3.5 8.4 4 4.6 4.4 其它 5 4.7 5.2 3.3
有结垢趋势 有结垢趋势 有结垢趋势 有结垢趋势 有结垢趋势 有结垢趋势 有结垢趋势 有结垢趋势 有结垢趋势 有结垢趋势
一、油井腐蚀防垢机理研究
2、 碳酸钙结垢趋势的预测
Valone和Skillman以Texaco方法为基础得出了CaCO3生成量的 PTB预测公式。 1 2 K pH PTB 17500 [G ( X 4 10 ) 2]
防 垢 剂
浓度mg/L 空白 代 号
1
2
CaSO4 + CaCO3
CaSO4 + CaCO3
10
10
F02
SL-2C
97.6
19.5
无沉淀物
结晶沉淀
3 4
5
CaSO4 + CaCO3 CaSO4 + CaCO3
CaSO4 + CaCO3
20 20
20
KX1-1 IM
XW-4
39.0 -23.2
-6.3
生严重的垢。
PTB预测
一、油井腐蚀防垢机理研究
3 油井腐蚀原因及机理分析：
①垢下腐蚀与Cl-的影响
油井污水含有在404mg/L～
Cl 响
0.3
腐蚀速率，mm/a
-浓度对腐蚀速率的影
10000mg/L的Cl-，能在金属表
面发生优先吸附，特别是在金 属表面保护膜有缺陷或薄弱处，
0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 2000 4000 6000 8000
一、油井腐蚀防垢机理研究
④pH值偏低
30 腐蚀率 0 2 4 6 8 10 pH值
碳钢在含微量盐类水中的腐蚀率与pH值的关系图
多数油井产出水pH值为6，显酸性，因此存在酸性腐蚀。
腐蚀速率
一、油井腐蚀、防垢机理研究
0.1200 0.1000 0.0800 0.0600 0.0400 0.0200 0.0000 1900（外） 1900（内） 2400（外） 2400（内）
恒温45℃，定期从瓶中取样测 试Rp值，计算缓蚀率，推算出 溶出率。
二、油井防腐、防垢应用情况
2、缓蚀阻垢剂的研制
③ 静态溶解试验
二、油井防腐、防垢应用情况
2、缓蚀阻垢剂的研制
③ 定量动态溶解试验
缓蚀阻垢剂F21＋JH3与F02＋JH3效果好，适用于鄯善油田油井的缓蚀阻垢需要。
二、油井防腐、防垢应用情况
缓蚀剂IMC-97在使用浓度在20mg/L时，缓蚀率都能达到60%以上， 再增加浓度到30mg/L时，缓蚀率增加缓慢，缓蚀效果好。
二、油井防腐、防垢应用情况
2、缓蚀阻垢剂的研制
阻垢剂配方研究
阻垢剂性能评价结果
试验温度：60℃ 序号 垢型名称 CaSO4 + CaCO3 挂片时间：318h 材质：N80钢 阻垢率% 0 试验现象 结晶沉淀
二、油井防腐、防垢应用情况
3、防腐防垢技术及应用效果——固体防垢技术
10-11
10-11试验前检泵周期200天，于2005年12月31日试验缓蚀防 垢剂，06年8月25日起出，试验周期286天，防垢效果明显。
二、油井防腐、防垢应用情况
3、防腐防垢技术及应用效果——固体缓蚀技术 4-161
4-161于2006年3月28日试验缓蚀防垢剂，06年10月8日起出， 试验周期194天，防垢效果明显。
二、油井防腐、防垢应用情况
2、缓蚀阻垢剂的研制
缓蚀剂配方研究
腐蚀速度测定结果
试验温度：60℃ 挂片时间：318h 材质：N80钢
药剂名称或代号 空 白
浓度，mg/L 0 10
腐蚀速度，mm/a 0.8715 0.7689
缓蚀率，% 0 11.8
IMC-97
20 30
0.3393 0.3259
61.1 62.6
井号
S3-161 S4-221 S5-231 S12-9 S9-101 S5-11 S8-24 S11-18
PTB值 619 348 307 303 153 248 451 351
结垢程度 严重的垢 严重的垢 严重的垢 严重的垢 产生的垢较多且比较硬 产生的垢较多且比较硬 严重的垢 严重的垢
PTB＜0时无垢； 0＜ PTB ＜ 100产生很少的垢；100＜ PTB ＜250 ，产生的较多且 比较硬的垢； PTBபைடு நூலகம்>250 ，产
及机理，制定出有效的防腐防垢技术对策，对提高
油井免修期有着重要的意义。
选题理由
鄯善油田历年泵卡、腐蚀断趋势
45 40 35 30 30 26 25 20 16 15 10 5 0 1999年 2000年 2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年 3 12 10 7 8 6 11 24 21 20 24 水垢泵卡 腐蚀断 36 41