海上油田热采井防砂筛管腐蚀试验研究

海上油田热采井防砂筛管腐蚀试验研究

目前，热采是开发海上松弛砂岩稠油油田的关键技术之一。从现阶段来看，热采井的反砂是获取业务的重要途径。砂管反砂是一种常见的机械防砂技术，在原油的稳定开采中起着重要作用。但是由于热采所用注入流体中的某些组分对筛管有腐蚀作用,可能导致防砂筛管腐蚀破坏。因此有必要对防砂筛管腐蚀破坏的影响因素进行深入研究。本工作通过一系列腐蚀试验,研究了防砂筛管在不同腐蚀环境中的性能,了解其腐蚀机理,为海上热采井防砂筛管寿命预测提出一些建议。1测试1.1防砂筛管小模型腐蚀挂片材质选用海上油田普遍使用的金属网布筛管及金属棉筛管的材质,其中基管、金属网布和金属棉材质见表1;由于制作防砂筛管小模型具有较大难度,且试验结束无法测试各个部件的腐蚀速率,因此,模拟试验采用组合挂片的形式,如图1所示。主挂片尺寸为50mm×10mm×3mm,一端打孔。副挂片依次为基网和金属棉(或金属网布),尺寸为40mm×10mm×1mm。试验时采用绝缘绑带绑紧。1.2b生产阶段3.为了评价出不同防砂筛管腐蚀影响因素(温度,氧气和二氧化碳的含量)对筛管腐蚀的影响规律,试验中无法通过体积控制注入流体组成配比,但是注入流体气相组成与其分压成对应关系,因此试验中注入流体的组成是通过分压控制的。具体试验方案如下:(1)第一类试验改变试验温度,测定不同温度与腐蚀速率的关系,评价筛管在不同温度下的抗腐蚀能力。现场实际的注入温度是240℃,随着注入过程的延续,温度最后降至160℃,然后转入焖井阶段,通过热量扩散之后,实际生产阶段的温度为120℃,随着生产阶段的延续,温度最后降至60℃。(a)生产阶段模拟:矿化度为2100mg/L,O2分压为0.3MPa,CO2分压为1.5MPa,温度分别为60℃,90℃和120℃;(b)注入过程模拟:矿化度为240mg/L,O2分压为0.6MPa,CO2分压为3MPa,温度分别为160℃,200℃和240℃;(2)第二类试验改变O2分压值,评价不同O2分压值下流体对筛管的腐蚀程度。实际生产阶段是漫长的过程,腐蚀情况也是最为严重的,因此本类试验重点模拟生产阶段的腐蚀情况。试验条件如下:温度60℃,矿化度为2100mg/L,CO2分压为1.5MPa,O2分压为0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa。(3)第三类试验改变CO2分压值,评价不同CO2分压值下流体对筛管的腐蚀程度。实际生产阶段是漫长的过程,腐蚀情况也是最为严重的,因此本类试验重点模拟生产阶段的腐蚀情况,试验条件如下:温度60℃,矿化度为2100mg/L,O2分压为0.3MPa,CO2分压为1MPa,2MPa和3MPa。2结果与讨论2.1高温下挂片腐蚀第一类试验主要目的是测试开采过程和注入过程中筛管的温度腐蚀规律,通过试验得到的测试结果如图2所示。(1)生产阶段每组三个试样从左到右依次为单独基管材质、基管耦合金属网布和基管耦合金属棉。从图2和3可知,60℃条件下挂片表面腐蚀最为严重,出现了严重的台地腐蚀(分压比CO2/O2=1.5/0.3=5),90℃和120℃条件下的腐蚀情况相对较好,但出现了大量的腐蚀坑。同一组的三个挂片中,单独基管材质的挂片相对于耦合金属网布和金属棉的挂片腐蚀相对较轻,与金属棉耦合的试样腐蚀情况最严重,说明基管材质与金属棉材质之间发生了严重的电偶腐蚀。(2)注入过程每组三个试样从左到右依次为单独基管材质、基管耦合金属网布和基管耦合金属棉。从图4和5可知,高温下挂片腐蚀严重程度与腐蚀速率测试结果没有明显的对应关系,没有表现出明显的温度特性。说明在高温下,基本的腐蚀形态相近,对腐蚀的影响不明显。这可能是由于高温环境下,氧气的溶解度低,氧分压增加并未显著增加氧气在溶液中的溶解度。同一组的三个挂片中,单独基管材质的挂片相对于耦合金属网布和金属棉的挂片腐蚀相对较轻,与金属棉耦合的试样腐蚀情况最严重,说明基管材质与金属棉材质之间发生了严重的电偶腐蚀。2.2氧分压对腐蚀速率的影响第二类试验主要目的是评价不同O2分压值下筛管的腐蚀规律,测试温度根据第一类试验确定为60℃。测试结果如图6所示。每组三个试样从左到右依次为单独基管材质、基管耦合金属网布和基管耦合金属棉。由图6和7可知,在保持温度和二氧化碳分压不变的情况下,不同材质挂片的腐蚀速率随氧分压的增加而逐渐增大。其中与金属棉耦合条件下的挂片腐蚀速率最高。与第一类试验相比,试样的平均腐蚀速率虽然都有所上升,但是,在氧分压为0.4,0.5MPa时的表面状况略有好转,未见大面积台地腐蚀,当氧分压达到0.6MPa时,与金属棉耦合的挂片发生了大面积的腐蚀,结合第一类试验的测试结果,认为当温度为60℃,CO2/O2分压比介于4.0~5.0时筛管基管会发生大面积的台地腐蚀。2.3co分压对基管材质挂片腐蚀的影响第三类试验主要目的是评价不同CO2分压值下筛管的腐蚀规律,测试温度根据第一类试验确定为60℃。测试结果如图8所示。每组三个试样从左到右依次为单独基管材质、基管耦合金属网布和基管耦合金属棉。由图8和9可知,在保持温度和氧分压不变的情况下,基管材质挂片的腐蚀速率随CO2分压的增加而逐渐增大。其中与金属棉耦合条件下的挂片腐蚀速率最高。与第一类试验相比,试样的平均腐蚀速率虽然都有所上升,但是,在CO2分压为2.0MPa和3.0MPa时的表面状况略有好转,未见大面积台地腐蚀,此时的腐蚀特征表现为典型的CO2腐蚀特征,即在60℃附近,CO2腐蚀主要表现为均为腐蚀,因此认为当CO2/O2分压比大于6时,为CO2主导的腐蚀环境;结合第一类、第二类的试验的测试结果,认为当温度为60℃,CO2/O2分压比介于3.0~5.0时,筛管基管会发生大面积的台地腐蚀。3ph和材质腐蚀(1)在含氧的CO2腐蚀环境中,筛管基管发生了严重的局部腐蚀。腐蚀速率极值温度在60℃附近;温度从160℃增至240℃的注入过程中,腐蚀的温度特性不明显,但腐蚀速率随温度增加仍然为降低趋势。(2)当温度60℃附近时,当CO2/O2分压比大于6时,为CO2主导的腐蚀环境,主要表现为均匀腐蚀;当CO2/O2分压比小于5时,为O2主导的腐蚀环境,筛管基管会发生大面积的台地腐蚀和严重的局部腐蚀。由于氧气的存在筛管腐蚀会加剧,因此建议控制注入流体中氧气的含量。(3)基管材质与金属棉或者金属网布耦合后,腐蚀速率大