6第六章聚合物驱油地面系统腐蚀与防护技术P8.doc

第六章 聚合物驱油地面系统腐蚀与防护技术第一节 概述通过向油层注入化学剂、热介质或能与原油混渗的流体，改变油层中的原油物性并提高油层压力，从而提高油田最终采收率的开采方法称为三次采油，也称强化采油（enhanced oil recovery，缩写为EOR）。三次采油技术主要有化学驱采油技术、热力采油技术、气体混相驱采油技术和其他采油技术1。利用注入油层的化学剂改善地层原油化学剂溶液岩石之间的物化特性，从而提高原油采收率的驱油方法称为化学驱。化学驱主要包括聚合物驱、表面活性剂驱、碱水驱、复合驱和泡沫驱等。聚合物驱是向油层中注入一定相对分子质量的水溶性聚合物溶液，以改变油水流度比、扩大波及体积的驱油方法。在油田聚合物驱油工程中，常用的聚合物有2种：一种是人工合成的聚合物，主要是聚丙烯酰胺（polyacrylamide，缩写为PAM），常用的是水解聚丙烯酰胺（hydrolization，缩写为HPAM）；另一种是天然聚合物，使用最多的是黄胞胶（黄原胶）。聚合物驱是重要的三次采油技术之一，聚合物驱成功的方案一般可提高采收率7%15%。大庆油田1972年开始开展聚合物驱先导性试验，是国内开展聚合物驱先导性试验最早的油田之一。经过多年的科研攻关和试验探索，建成了国内规模最大的聚合物驱油地面工程系统。至2007年年底，已实施工业化聚合物区块41个，开发面积366km2，共建成聚合物驱油水井10665口，建成聚合物配制站17座、注入站190座，形成了年注入聚合物干粉16104t的聚合物配注系统。2007年注入聚合物干粉10104t。聚合物驱产油量1149104t，占大庆油田总产量的27.6%。聚合物驱地面系统采用防腐措施目的有两方面：一方面是控制管道、设备及容器的内腐蚀，另一方面是防止聚合物降解。第二节 聚合物母液配置及输送系统防腐技术 聚合物驱提高原油采收率主要是通过增高水相黏度，改善油水流度比，扩大波及体积来达到的，聚丙烯酰胺溶液黏度随其水解度的增加而增高，因此，在工业生产中，使用的聚合物是水解聚丙烯酰胺（HPAM），其水解度控制在5%35%之间。一、聚合物母液配置及输送过程中的腐蚀特点 在聚合物母液配置及输送过程中，影响聚合物溶液初始黏度的主要因素是水中的Fe2+、S2-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+和氧，影响黏度稳定性的主要因素是水中的微生物、Cu2+和氧。 由于驱油剂所用的聚丙烯酰胺为阴离子型聚合物，遇到K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Fe2+、Al3+和Fe3+等金属阳离子的存在，会引起聚合物分子降解，使得分子链断裂，从而导致聚合物的相对分子量下降，黏度降低，研究表明，1价阳离子K+和Na+的降黏程度相似，而2价阳离子Ca2+、Mg2+、Fe2+的影响大约9倍于1价阳离子，Fe2+的影响最大，Ca2+次之 。因此，大庆油田要求配制用水的总铁含量在0.5 mg /L以下。 水中的细菌虽然其本身的降解对聚合物溶液黏度的影响很小，但是细菌产物（Fe2+、S2-）对聚合物溶液黏度的影响较大，主要是因为Fe2+、S2-具有还原性，与氧的反应产物（自由基）会加快聚合物降解，导致聚合物溶液黏度降低。因此，大庆油田要求配制用水对腐生菌（TGB）和硫酸盐还原菌（SRB）的含量一般要求控制在102个/mL以下。 采用电化学测试和扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）等多种表面分析技术，对20#钢在聚丙烯酰胺溶液中的腐蚀进行了系统的研究，结果表明：20#钢在聚丙烯酰胺溶液中的腐蚀为活性溶解腐蚀；浸泡后20#钢表面产生了大量的腐蚀坑和腐蚀沟，形成较厚、疏松的黄褐色腐蚀产物，腐蚀产物中Fe3O4含量43%，Fe2O3含量36%，FeOOH含量21%；腐蚀产物晶粒细化，结构趋于非晶态；20#钢的腐蚀还会引起聚丙烯酰胺的降解，降低了聚丙烯酰胺溶液的稳定性，聚丙烯酰胺的降解也会加剧20#钢在聚丙烯酰胺溶液的腐蚀性2。二、聚合物母液配置过程中的腐蚀控制大庆油田聚合物配置的工艺流程主要包括分散装置、熟化罐、外输螺杆泵、粗过滤器和精过滤器等设备，也称“熟储合一”流程。为了控制聚合物溶液在配置过程中由于腐蚀引起的黏度损失，与聚合物溶液接触的设备（包括搅拌器等）、容器、管道、阀门、仪表等，应采用奥氏体不锈钢、玻璃钢、塑料或其他稳定的材料，不应使用不稳定金属材料，如铁、铜、铝等。若使用碳钢，须采用技术可靠及性能稳定的材料做隔离涂层使用。目前，大庆油田聚合物配置系统中的设备、容器及管道等一般都采用奥氏体不锈钢（如1Cr18Ni9Ti）做为耐蚀材质。 三、聚合物母液输送过程中的腐蚀控制大庆油田聚合物母液管道输送工艺，经过优化改进，采用一管两站的输送工艺。试验研究表明，聚合物配置站到注入站的母液输送管道不宜超过6km，流速以0.5m/s0.8m/s为宜，起终点压降在2.0MPa以内。为了减少聚合物溶液在输送过程中由于腐蚀及化学降解引起的黏度损失，需对聚合物母液输送管道进行防腐措施优选。试验结果表明，玻璃钢管、钢骨架塑料复合管、塑料合金复合管、不锈钢管、碳钢内涂层管等均可用于聚合物母液的输送。 1玻璃钢管 在聚合物母液输送工艺中经常用到玻璃钢管道。玻璃钢管道的结构主要由耐腐蚀内衬层、防渗层、强度层和外保护层等四层组成。玻璃钢管道的连接有法兰连接、螺纹连接（整体式和管箍式）、承插胶结连接三种方式。 玻璃钢管道之所以适用于聚合物溶液输送，同钢材相比，玻璃钢在性能上有如下优点： （1）耐腐蚀性强；玻璃钢的耐水性和耐化学品腐蚀性能很强，内外壁无需附加防腐涂层，可防止输送介质对管道的腐蚀。 （2）不污染输送介质；玻璃钢管化学性能稳定，无杂质脱落和剥离，不易寄生微生物，不产生铁细菌、铁、锰等离子，而且内壁光滑不易结垢，对输送介质不产生污染。 （3）水力特性好；玻璃钢管内壁光滑，水力摩阻小，Hazen-Williams粗糙度系数C可长期保持在150左右。 （4）重量轻，比强度高；玻璃钢管的密度为1.52t/m3，仅为钢管的1/41/6，而比强度（强度于密度之比）却是钢材的46倍。 （5）耐久性好。玻璃钢具有优良的耐腐蚀性和机械性能，因而其耐久性好，使用寿命可达3050年。 2钢骨架塑料复合管钢骨架塑料复合管全称为钢骨架聚乙烯塑料复合管，是以高强度缠绕钢丝网为中间层，高密度聚乙烯塑料为内外层，采用高性能的专用热熔胶，通过挤出成型方法复合成一体的一种管材。管材结构如图61所示。钢骨架塑料复合管的连接采用法兰连接和电热熔连接两种方式。图6-1 钢骨架塑料复合管结构示意图钢骨架塑料管几乎具有玻璃钢管的所有优点，如耐腐蚀、摩阻小、寿命长等。同时，钢骨架塑料管又具有钢管的部分优点，其强度和刚度性能在很大程度上优于玻璃钢管（大口径）。承压能力的优势使得钢骨架塑料管具有更大的应用范围，刚度性能的优势则确保其使用过程中故障率极低。因此，大庆油田在聚合物母液输送管道选材方面多采用钢骨架塑料复合管。3碳钢内涂层管聚合物母液输送管道在穿跨越河流、河渠、铁路、公路时应采用钢管，由于聚合物遇到高价金属离子会产生降解，因此对用于聚合物母液输送的碳钢管应对管道和介质采取隔离措施。主要的内防腐方式有熔结环氧粉末涂料、环氧防腐涂料、碳钢内衬陶瓷和不锈钢内衬等。由于熔结环氧粉末涂料防腐层具有粘结性能强，与钢管附着力很强，机械性能好，耐阴极剥离性能良好，抗腐蚀性能优异，热稳定性好，适用于较高运行温度及温差较大的管道的特点，因此，当聚合物母液输送管道选用碳钢管时，要求其内壁采用环氧粉末喷涂，干膜厚度应大于350m，环氧粉末内涂层钢管涂层针孔数n（个m） l，用涂层检漏仪逐根检查，检测电压为4vm。环氧粉末内涂层钢管管径在D48D219，应采用胀管式内补口接头；管径在D273以上的，应采用不胀管式内补口接头，以保证补口处管道内涂层的连续、完整，其强度试压按1.5倍工作压力进行。不锈钢衬层作为聚合物母液与碳钢管道的隔离层具有隔离效果好、隔离层能够连续的特点。特别在管道焊口部位，采用耐蚀焊接技术能保证不锈钢衬层与耐蚀焊口无缝连接，从而使隔离层在管道中成为连续整体，确保聚合物母液与碳钢管道的隔离。但该方法造价较高，若不锈钢衬层焊接不好，会产生内漏。第三节 聚合物溶液注入系统防腐技术聚合物注入的基本流程是：聚合物配置站输来的聚合物母液（一般浓度为5000ml/L）进入缓冲罐缓存，采取静压上供液方式经过过滤器进入注入泵，经注入泵增压后，在静态混合器与注水站输来的高压水混合配制成聚合物目的液（一般浓度为1000ml/L），然后去注入井。 为防止聚合物溶液注入系统中管道、设备及容器因腐蚀对聚合物造成的化学降解，需采取相应的内防腐措施。聚合物母液缓冲罐一般采用玻璃钢罐或不锈钢罐。聚合物注入泵过流部件采用不锈钢或采用可靠涂层。汇管采用不锈钢管或高压软管。经试验测试，碳钢静态混和器对聚合物的粘损率在10%以上，不锈钢静态混和器对聚合物的粘损率在4%以下，因此，聚合物注入站应采用不锈钢静态混和器。为了将聚合物注入管道起终点的粘损率控制在10%以内，聚合物注入管道优先选用高压玻璃钢管，也可以选用无缝钢管，但其内壁采用环氧粉末喷涂或其他成熟可靠的内涂层技术，并对焊缝进行严格的内补口处理，同时在设计中要合理控制注入管道的管径及长度。第四节 聚合物驱采出系统防腐技术在聚合物驱油过程中，当采出井产物含有聚丙烯酰胺时，称其为含聚合物采出液，简称聚驱采出液。聚驱采出液按聚合物含量的变化可分为四个阶段：初见阶段（聚合物浓度达到20 mg /L）、低含量阶段（聚合物浓度在20 mg /L 200 mg /L）、中含量阶段（聚合物浓度在200 mg /L 400 mg /L）、高浓度阶段（聚合物浓度在400 mg /L以上）。试验表明，在聚驱采出液低含量阶段和中含量阶段溶液的腐蚀性较强，这是由于在聚合物驱油过程中，由于受到注入过程中的剪切降解及油层吸附等因素的影响，采出液中聚合物含量减少，而且部份聚合物高分子的长链变成短链，链上的酰胺类基团，可以为硫酸盐还原菌（SRB）的代谢提供营养物质碳源3，加上采出工艺过程中的温度适宜，硫酸盐还原菌（SRB）大量繁殖，而地面处理设备的腐蚀所产生Fe2+，又促进了硫酸盐还原菌（SRB）的还原作用，从而增强了聚驱采出液对金属材质表面的腐蚀。硫酸盐还原菌（SRB）的快速生长，会产生严重的点蚀，以至于穿孔现象4。对聚合物驱采出系统的腐蚀控制主要从两方面控制：一是采用杀菌措施，二是采取防腐措施。硫酸盐还原菌（SRB）分布在采出井计量站转油站脱水站污水站注入站注水井整个地面系统中，在游离水脱除器、电脱水器、沉降罐和横向流聚结除油器等容器设备中大量存在。硫酸盐还原菌（SRB）所产生的硫化物（主要为FeS）会给地面系统带来一系列问题，主要表现为油水分离难度大，脱水电场不稳定，甚至跨场，污水处理难，处理后的水质不合格等等。目前聚驱采出液杀菌方法主要有物理杀菌、化学杀菌和联合杀菌三种方式。物理杀菌方法主要有紫外线杀菌、多相催化氧化紫外杀菌等，适用于聚驱采出液的化学杀菌剂主要有有机硫类和烷醇类等。聚驱采出系统的管道、设备及容器等宜采用涂层防腐，主要采用环氧类涂层、聚氨酯类涂