注气替油腐蚀结垢原因分析

李淑杰 杨祖国 何龙 孙柏林（西北油田分公司 新疆 乌鲁木齐 830011）

1 注气替油结垢现状

随着油田发展的需要，在注水替油后期通过注气，对处于构造高部位，“阁楼油”储量高的残丘类潜力井，底水未波及剩余油井，水平井封挡剩余油类潜力井等进行注气驱替[1]。目前塔河油田注气替油工艺主要采用膜制氮技术，通过现场的制氮车进行制氮，要求氮气纯度为95%-99%。由于技术的限制，主要采取气水混注，以维持注入压力在允许范围之内。但是注气替油后，相应出现油管、大小柱塞、抽油杆结垢现象和油管表面腐蚀、油管上部出现明显褐红色铁锈现象。

由于以上原因，本研究中对腐蚀垢样进行实验分析和能谱分析，探讨油井腐蚀结垢原因，以期达到为油田预防井筒腐蚀结垢找到合理的对策，尽可能减少腐蚀结垢造成的损失。

2 注气替油井垢样成分分析

针对注气替油过程中造成的油井腐蚀结垢问题，取用塔河一区TK672井内抽油杆上刮下来的垢样样品，目测垢样外观呈黑色片状，通过相关实验，检测其垢样成分。

2.1 实验室成分分析

2.1.1 实验目的

本实验主要测定可挥发组分含量，灼烧残余物含量，胶质沥青质含量，酸溶物含量。

2.1.2 实验仪器及药品

仪器：电子天平（精确到0.1mg）、烘箱、马弗炉、电热套、索氏抽提器、坩埚、坩埚钳、研钵、普通漏斗、1mL移液管、锥形瓶、烧杯、滤纸、容量瓶若干。

药品：盐酸（分析纯）、氯仿（分析纯）、蒸馏水。

2.1.3 样品预处理

取20g垢样，充分研磨备用。

2.1.4 实验方法

⑴可挥发组分测定：取10-15g已研磨垢样，称重。在105℃烘箱中烘干至恒重，放在干燥器中冷却至室温后称重。确定可挥发物（水和少量轻烃）百分含量。

⑵有机物测定：称取烘后垢样0.5-1g于试管中，用氯仿抽提垢样48h。抽提后剩下的垢样干燥，称量。计算胶质沥青质等有机物百分含量。

⑶酸溶物测定：取上述抽提后样品1-2g垢样于试管中，加入适量的1：1盐酸在70℃水浴中充分溶解1-2h，至无气泡产生。过滤，用蒸馏水冲洗滤纸至中性，烘干。称重计算酸溶物百分含量。

2.1.5 结果讨论

通过以上实验结果，可以知道该垢样成分为可挥发组分H2O和部分轻烃占2.09%；无机物和泥砂占94.71%，胶质沥青质的有机物占3.20%。其中酸溶物占85.82%；泥沙等不溶物为8.89%。从而判断垢样的主要成分为酸可溶物。垢中的泥沙和有机质是在成垢时裹进去的夹杂物。

2.2 能谱分析垢样元素组成

从元素分析中，也可以得出垢样的主要元素为铁含量最高，从而推断在垢样中铁的腐蚀产物较多，对生产中造成了腐蚀伤害。综上推测：注气替油井腐蚀结垢垢样大部分为酸可溶物，可能为铁的氧化物为主，同时存在着酸可溶的钙、镁垢及一些有机质（。如表1）

3 结垢原因分析

3.1 腐蚀结垢原因

通过对比注液氮替油、注水替油、气水混注工艺的腐蚀结垢可知（表2），单纯注液氮没有发现腐蚀结垢现象，气水混注腐蚀结垢现象最严重。由此推测，注气替油井腐蚀结垢的主要原因可能是由于氮气纯度不够，其中含溶解氧，过多的氧加速了腐蚀结垢。

表1 垢样中所含有元素的质量百分比（%）

表2 不同工艺条件下腐蚀结垢情况

注入的油田水矿化度较高，含有Ca2+、Mg2+、Cl-等离子，也为腐蚀结垢提供了环境。综合考虑，井筒腐蚀主要原因可能是注气替油过程注入氮气中溶解的部分氧加快了腐蚀。

3.2 铁腐蚀物的成因

注气替油造成的井筒腐蚀是一种电化学腐蚀，铁与氧形成两个电极，形成腐蚀电池。

化学反应（有水无水均可发生）4Fe+3O2=2Fe2O3

电化学反应（有水环境） Fe-2e→Fe2+

氧浓差电池腐蚀：垢下点蚀或缝隙腐蚀。在含O2和高Cl-盐水强腐蚀环境下，金属表面会发生严重铁腐蚀现象。铁的电极电位总比氧的电极电位低，所以在铁、氧腐蚀电池中，铁是阳极，容易遭到腐蚀，溶解氧起阴极去极化作用，是引起铁腐蚀的主要因素，故称为氧腐蚀[2]。Fe(OH)2是不稳定的，容易进一步产生Fe(OH)3和Fe3O4。O2的引入对腐蚀起加速作用，即使在浓度非常低(＜1ppm)的情况下，它也能导致严重的腐蚀[3]。

3.3 碳酸盐垢形成机理

当注气携入大量氧，其影响如下：O2+2H2O+4e→4OH

OH-可消耗大量H+，促使反应向生成CaCO3沉淀的方向发展，在偏酸性地层水(pH=5.5-7.0)条件下，金属Fe易被腐蚀，随着O2的作用，pH升高，促进了氢氧化铁沉淀的形成。

4 结垢治理建议

4.1 当一定量的氧伴随注气替油不可避免的存在时，可通过加入化学药剂进行除氧，注入氮气在地面通过除氧装置后进入井筒，从而降低氧的含量。可考虑在焖井过程中，可适当加入除氧剂，如硫化亚铁、联氨及新型的二甲基酮肪等[4]。

4.2 由于在膜制氮注气过程中，采取气水混注，从而为氧腐蚀提供水相环境，加快腐蚀速率。在注气结束后需要用水做顶替液，然后焖井。考虑焖井过程中氧在水相环境下与油管等得到充分接触，促进了腐蚀结垢。因此可以考虑用稀油代替水作为顶替液，从而避免在焖井过程中，有水的条件下，造成腐蚀结垢加重。

[1]王霞，魏红霞.锅炉的氧腐蚀及对策.河北化工[J].2007,30(7)：52-53.

[2]胡仁道.肟类除氧剂及其应用.华东电力[J].2000(8)：63-65.