普光气田污水回注管柱腐蚀结垢分析

2021-02-26

科学与信息化 2021年4期

中原油田分公司石油工程技术研究院河南濮阳 457001

普光气田是我国已投入开发的最大的整装海相气田，日产气量超过2000×104m3。随着累产气量的不断增加，采出的地层水也在不断增多，目前日产水量已达600m3以上。普光气田采用污水回注的方式将采出水回注至地层，但随着回注水量的不断增加，对回注管柱造成的腐蚀结垢现象也不断加剧，严重影响污水回注。

1 回注井情况

1.1 基本情况

普光气田现有污水回注井5口，分别是普光11井、毛开1井、普光7侧井、普光3井和回注1井，主要负责普光主体、大湾区块50余口气井采出水及其他污水的回注[1]。截至2020年10月底，已累计回注污水达170×104m3。回注管柱采用常规的卡顶封注水管柱结构，油管采用90SS或110SS抗硫材质，封隔器采用35CrMo或者42CrMo材质。

1.2 检管情况

自2015年起，先后对普光11井（2次）、毛开1井、普光7侧井进行检管作业4井次。检管作业发现，所有入井管柱普遍存在腐蚀结垢现象，其中2000m以下易发生腐蚀穿孔现象。起出材质35CrMo的封隔器钢体完好，无明显腐蚀。

2 腐蚀结垢产物分析

2.1 腐蚀结垢情况分析

三口井的井下管柱都存在不同程度的结垢与腐蚀，腐蚀特征为点腐蚀、坑腐蚀和溃疡状腐蚀，局部减薄甚至腐蚀穿孔等[2]。油管内壁的垢样经EDS（能谱）、X射线衍射检测，主要由铁的腐蚀产物构成，包括铁氧化物、硫化物及碳酸亚铁。

图1 毛开1井内壁垢EDS分析

油管的腐蚀穿孔主要由SRB细菌引起。腐蚀孔大多由外壁向内壁腐蚀造成，穿孔位置腐蚀产物为黑色，遇酸溶解产生H2S气体；XRD、EDS等测试其成分主要为硫化亚铁。经过细菌测试，腐蚀产物中含有较多SRB细菌，SRB腐蚀易形成局部腐蚀，造成穿孔[3]。分析认为SRB细菌来自于回注水。虽然回注水组分中硫化氢均为0，但水处理站对SO42-无指标要求，产出水中含有大量SO42-，具备SRB细菌滋生的条件。发生严重穿孔位置的地温虽高于SRB的适宜温度，但由于回注水注入过程中水温低于地温，估算穿孔位置温度在SRB的适宜温度范围内。

油管内壁腐蚀结垢主要由溶解氧引起。溶解氧大于0.1mg/L时就会引起碳钢腐蚀。在回注水处理过程中，沉降工序、过氧化氢除硫等工艺流程都会造成氧含量升高。对于含硫污水，为保证不含硫化氢，常采用过量的氧化剂，因此，溶解氧浓度较高。

2.2 回注管柱适应性分析

回注水中含有SO42-、溶解氧，易引起碳钢腐蚀，若直接光油管注水，110SS、110TSS的套管也存在腐蚀风险[4]。一旦套管腐蚀穿孔，处理难度大、影响回注生产。普光气田回注井均采用“封隔器卡顶封注水+环空加注保护液”的方式进行污水回注，封隔器卡封注水有助于保护上部套管，配合加注环空保护液，能进一步降低套管的腐蚀、延长套管寿命。

35CrMo、42CrMo材质的封隔器、敞口喷砂器承托筒内外表面均无明显腐蚀，工具试样的屈服强度、抗拉强度等均符合标准要求。3Cr13材质的反循环阀外筒发现明显的开裂，断口存在应力腐蚀二次裂纹特征，检测工具试样的屈服强度小于标准值，分析是由于氢渗入造成。

回注井检管前主要采用RTTS封隔器卡封注水管柱结构，RTTS封隔器采用分瓣式卡瓦，卡瓦表面呈负倾角镶嵌硬质合金，硬质合金能有效咬入套管、卡定力强。但腐蚀结垢易造成卡瓦难以回收，导致封隔器无法解封、卡死管柱，处理难度大。