聚合物驱注入井金属管道内腐蚀机理分析与防护

聚合物驱注入井金属管道内腐蚀机理分析与防护

陈欣宇

大庆油田采油五厂  163000

摘要：伴随油田开发开采的不断深入，水驱已经难以达到理想的油藏能量补充效果，聚合物驱油方式逐步普及应用。聚合物驱油是将聚合物稀释成一定能用的聚合物溶液，并通过注聚井的金属管道以及注聚设备注入至油层中，受聚合物的理化性质决定，聚合物会对金属管线造成一定的腐蚀影响，造成管线断裂、穿孔等事故的发生。课题研究由此出发，深入分析研究聚合物对金属管线内的腐蚀机理，为油田金属埋地管线防腐以及注聚驱油技术的研究提供相关借鉴。

关键字：聚驱；注入井管道；内腐蚀

1注入井金属管道内腐蚀现状

进入三采阶段后，聚合物驱油的开采方式占比不断提高。注聚驱油工艺流程如下：首先，由聚合物配置站根据油藏实际情况使用清水配置相应比例的聚合物母液，并由集输网络输送至各个采油网点中的注聚站内。注聚站根据单井的实际情况使用清水或含有污水对聚合物母液进行二次配置处理，然后通过注聚井向油层内注入聚合物母液。伴随油田污水在配置注聚溶液中的不断使用，金属管线腐蚀问题日渐严重。以2021年大庆油田某注聚区块为例，该油田区块共设置埋地管线1780.46km，在运行期间内共发生腐蚀导致管线穿孔断裂导致失效2838次，严重影响了生产的持续性，造成了较大的经济损失。平均失效率为1.59次/km.a。为了进一步研究管线腐蚀失效的成因，分别对注入清水聚合物配制溶液和注入污水配置溶液的管线腐蚀失效情况进行统计。可以发现，注入清水配置聚合物溶液的管线伴随使用年份失效率缓慢增加，与12年时失效率达到0.5次/km.a，而诸如污水配置聚合物溶液的单井管线则在3年左右就到了的0.5次/km.a的失效率，在运行5年以后失效率的提升速度明显增加。上述数据说明，管线使用因素以及注入介质很大程度上决定了管线的自然腐蚀速度，该影响因素伴随使用时间的增加不断提高。

2. 注入井金属管道内腐蚀原因分析

2.1注入井金属管道输送介质成分分析

根据研究目的和演技需求，在该采油区块内随机选择三座污水注聚站点进行研究，对水样进行矿化程度分析后，发现总矿化度相对问题，各个年份矿化程度没有明显变化，与前文中管线腐蚀速率伴随使用年份不断增加情况不符，因此可以判定水矿化不是造成管线腐蚀效率增加的直接原因。

随机选取3座提供含油污水的注水站采集水样 进行水质分析，表明清配污稀使用的含油污水中含 有一定量的硫酸盐还原菌、腐生菌和铁细菌。

聚合物溶液也叫部分水解聚丙烯酰胺，其分子式如图1所示。

图1聚丙烯酰胺分子表达式

     如图所示，聚丙烯酰胺的分子上链中存在c、o元素，可以为多种微生物的生存提供必要的养分以及能量。由于注入介质可以为微生物和细菌提供生存环境，介质中存在的大量微生物以及细菌会在管线防腐涂层的漏点、破损处侵入并着床逐步繁殖形成超过1cm直径的菌瘤。菌瘤会造成管线的电化学腐蚀速率的提高，根据相关研究数据显示，微生物以及细菌从着床、繁殖形成菌瘤到管线穿孔的腐蚀失效整个进程不超过3年，与前文中金属管线3年后开始腐蚀穿孔导致失效的时间相吻合。

 2.2注入井金属管道内腐蚀产物分析

     对该油田区块内部腐蚀严重的管线进行切割处理研究。首先将管线沿着纵截面切开，并分成小段进行超声波清洗，经过干燥后制作成实验所需的小样。然后对表面存在的微生物使用显微镜进行观察。可以发现管啊先内部存在多个混合、物相分布不均匀、质地坚硬的腐蚀产物。主要是由于腐蚀产物的形成时间存在明显的差异，腐蚀产物体积伴随使用时间不断的增加以及膨胀最终产生裂纹。其次，从穿孔位置对管线样本进行进一步的研究分析，可以发现管内壁从腐蚀较轻区域到腐蚀加重到穿孔区域存在明显的梯度，可以认定造成管线腐蚀穿孔的直接影响因素为内部介质腐蚀。最后对样本中存在的菌瘤进行去除，可以看到菌瘤下均存在较深的菌坑，这些菌坑都是在电化学腐蚀作用下形成的。使用x射线对腐蚀产物进行电化学分析，发现腐蚀产物中存在碳酸铁、硫化铁、碳酸镁、碳酸钙等成分。因此可以判断腐蚀的机理为，硫酸盐还原细菌、铁细菌和腐生菌共同作用下的电化学腐蚀。

3. 注入井金属管道内防护措施

3.1技术措施

根据前文的研究结果，注入介质是造成注聚管线腐蚀的主要原因也是直接原因，因此加强管线内防腐措施是克制注聚管线网络腐蚀的重要措施以及方法。目前新建聚合物驱注入井管道采取溶解环氧粉末喷涂的内防腐工艺。我国油田管理部门为了提高防腐效果出台。《钢制管道溶解环氧粉末内防腐层技术标准》文件，对油田用管线内防腐层的喷涂方式以及质量标准作出了明确的规定。因此对新投入管线应以该文件作为标准建立严格的评估审查机制，并制定合理化的抽检制度，确保管线颞部涂层质量符合使用标准。此外要注意环氧粉末内涂层管道内壁预先对焊一定宽度和厚度的耐腐蚀合金层可以有效降低管线在连接过程中，焊接产生的热量对管线内防腐涂层的影响。在未来的技术攻关过程中，防腐技术研究部门应注重对内防腐涂层的相近性、致密性、连续性、抗氧化性、抗细菌性等性能的研究，同时要改善防腐涂层对外界应力以及管线形变的时的应对能力。

3.2管理措施

     加强管线的完整性管理也是加强管线防腐的重要措施以及手段。管线完整性管理不应针对管线的某个环节，而是针对管线从规划设计-物资采购-施工-验收-试运行-运行维护-穿孔修复的全过程构建科学完善的质量控制体系，从而实现确保聚合物注入单井管道的完整性，从管理角度实现管线的运行的平稳性。由于微生物是造成注聚管线内部腐蚀的重要原因，因此应加强对聚合物溶液的水质处理工作以及杀菌工作的管理水平，确保注入聚合物溶液符合相关的溶液标准，定期对注聚管线进行冲刷和清洗，让管线内部存在的菌瘤在形成的初期阶段就被清理出管体内部，降低菌瘤造成的电化学腐蚀现象发生概率冲刷可以使用高压冲洗机，部分较为严重的管线区段应使用脉冲旋流冲击设备进行更为彻底的菌瘤冲洗。

总结

油田开发已经从单一的水驱方式向聚合物驱等 多元开发方式转变，随着输送介质的复杂性及腐蚀 性，聚合物驱清配污稀注入单井金属管道内腐蚀失 效日趋严重，主要原因是使用的含油污水中含有一 定数量的硫酸盐还原菌、铁细菌和腐生菌，使用的 聚丙烯酰胺为细菌提供了营养成分，使细菌附着在 金属管道内壁形成共生体系的菌瘤，导致菌瘤下的 电化学腐蚀。腐蚀原因明确后，首先要优化含油污 水处理工艺，有效控制住输送介质中的细菌含量。 其次要加强使用的熔结环氧粉末内涂层质量检测， 确保管材防腐涂层合格；另外要定期冲洗管道清除 菌瘤的附着。要逐步形成注入井单井管道完整性管 理体系，从根本上降低失效率

参考文献

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作者简介：陈欣宇，性别：女，民族：侗，籍贯：贵州省，出生年月：19890711，文化程度：本科，现有职称：高级工，研究方向：聚合物、注入井、注塞泵.