永宁采油厂双河西区注水井腐蚀结垢控制
Outline:
李国明
1
,
贠玉平
2,
王亚雄
2,
安思彤
3,
唐组友
3
1. 陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院;
2. 延长油田股份公司研究中心;
3. 中原油田采油工程技术研究院
收稿日期：2013-06-19
作者简介：李国明(1967-), 高级工程师, 1988年毕业于大庆石油学院油藏工程专业, 现任陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院主任。电话:0911-2918090。E-mail:
zyytlgm@163.com.
摘要：针对双河西区注水系统腐蚀结垢严重，影响正常生产的问题，对其腐蚀结垢原因进行了分析。确定了水中溶解氧、细菌以及成垢阴阳离子的存在是导致回注水腐蚀结垢严重的主要因素。通过实验筛选出pH值调节剂、除氧剂、杀菌剂以及缓蚀阻垢剂作为水质防腐防垢的药剂，处理后水质腐蚀速率降低89.7%，结垢速率降低72.5%，腐蚀结垢程度减弱，达到回注要求。
Corrosion and scaling control of reinjection water well at Shuanghe west district in Yongning oil production plant
Outline:
Li Guoming1
,
Yun Yuping2
,
Wang Yaxiong2
,
An Sitong3
,
Tang Zuyou3
1. Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum(Group) Co., Ltd, Xi'an 710075, Shaanxi, China;
2. Yanchang Oil Field Stock Company Research Center, Yan'an 716000, Shaanxi, China;
3. Petroleum Production Technology Research Institute of Zhongyuan Oil Field, Puyang 457001, Henan, China
Abstract: Corrosion and scaling in reinjection water system is a serious problem at Shuanghe west district in Yongning oilfield, which affects normal production. Oxygen, bacteria and scaling dietary cationanion exist in water cause the problem. Corrosion and scaling problem was resolved by adding pH regulator, deoxidant, bactericide, corrosion and scaling inhibitor to the reinjection water. The corrosion and scaling degree of the water is weakened, the corrosion rate decreases 89.7% and the scaling degree decreases 72.5%, which satisfy the reinjection standard requirement.
延长油田永宁采油厂双河西区目前共有注水井229口，累计注水193.9×104 m3，综合含水27.3%。地层平均渗透率：(0.2~5)×10-3 μm2，平均喉径：0.17~1.36 μm，平均孔隙度：8%~15%，平均地层温度：45~50 ℃。双河西区注水系统腐蚀结垢严重，特别是四号注水系统整体结垢、腐蚀严重，管线频繁穿孔、罐体多处漏水，注水管柱腐蚀、堵塞严重，仪表、阀门失灵，注水泵性能减退，导致注水工作无法正常开展(图 1~图 4)。
1 腐蚀结垢因素分析
1.1 腐蚀结垢速率测试
通过实验测试，考察双河西区腐蚀结垢情况。采取室内挂片的方式，选用碳钢J55钢片，并根据延长油田注水层温度45~50 ℃，选取50 ℃作为评价的温度。动态实验转速按照注水流速进行拟合计算，采用150 r/min，实验周期7天。实验测试装置见图 5，室内腐蚀结垢测试结果见表 1。
表 1
表 1 室内腐蚀结垢测试
Table 1 Interior test of corrosion and scale formation
|
表 1 室内腐蚀结垢测试
Table 1 Interior test of corrosion and scale formation
|
测试结果表明，双河西区回注水质存在腐蚀结垢现象，特别是动态条件下，腐蚀速率>0.254 mm/a(根据NACE标准RP-0775-91对腐蚀程度的规定)，属于极严重腐蚀。且水质存在结垢问题，动态条件下的结垢明显高于静态条件。
1.2 水质分析
为确定永宁双河西区注水系统腐蚀结垢的因素，对注水井注入介质进行测试分析，结果见表 2和表 3。
表 2
表 2 水质测试结果
Table 2 Water quality test
|
表 2 水质测试结果
Table 2 Water quality test
|
表 3
表 3 离子含量
Table 3 Ion content test (mg· L-1)
|
表 3 离子含量
Table 3 Ion content test (mg· L-1)
|
测试数据表明：永宁双河水质pH值6.5，略微偏酸，水质指标含铁、粒径中值、溶解氧、含硫、悬浮固体含量及细菌全部超过注水水质标准要求(按照延长油田注入水水质指标标准，永宁双河西区执行Ⅱ级标准)。其中溶解氧及细菌的存在是导致水质腐蚀的根本原因。水质存在钙镁等成垢阳离子及碳酸氢根、硫酸根等成垢阴离子，特别是钙镁离子含量较高，在1 600 mg/L以上。说明存在无机盐结垢的条件。
1.3 结垢趋势预测
为进一步考察永宁双河水质本身的结垢情况，对其进行无机盐结垢趋势的预测。根据SY/T 0600-2009《油田水结垢趋势预测》标准，碳酸钙结垢趋势预测按照Davis-stift饱和指数计算公式进行：
 |
(1) |
 |
(2) |
 |
(3) |
式中，SI为饱和指数；pH值为水样的pH值；K为修正系数，由不同温度时离子强度μ与修正系数K的关系曲线查得；pCa为Ca2+浓度(mol/L)的负对数；pAlK为总碱度(mol/L)的负对数；μ为离子强度；ci为第i种离子浓度，mol/L；zi为第i种离子价数。
稳定指数法(Ryznar)计算公式：
 |
(4) |
硫酸钙结垢趋势预测按下式进行：
 |
(5) |
式中，S为CaSO4结垢趋势预测值，mmol/L；KSP为溶度积系数，可由水的离子强度和温度的关系曲线查得；X为Ca2+与SO42-的浓度差，mmol/L。
判断依据：由水中实测Ca2+和SO42-浓度，再计算出水中CaSO4实际含量C(C取Ca2+和SO42-浓度的最小值)，mmol/L.
表 4
表 4 硫酸钙结垢趋势预测按下式进行
Table 4 Judgement data of saturation index for scale formation
|
表 4 硫酸钙结垢趋势预测按下式进行
Table 4 Judgement data of saturation index for scale formation
|
表 5
表 5 稳定指数结垢判断依据表
Table 5 Judgement data of stability index for scale formation
|
表 5 稳定指数结垢判断依据表
Table 5 Judgement data of stability index for scale formation
|
表 6
表 6 硫酸钙结垢判断依据表
Table 6 Judgement data of calcium sulfate scale formation
|
表 6 硫酸钙结垢判断依据表
Table 6 Judgement data of calcium sulfate scale formation
|
按照上述计算公式，对永宁双河水质进行碳酸钙垢、硫酸钙垢的结垢预测，测试数据见表 7~表 8。
表 7
表 7 碳酸钙结垢趋势预测数据
Table 7 Prediction of calcium carbonate scale formation trend
|
表 7 碳酸钙结垢趋势预测数据
Table 7 Prediction of calcium carbonate scale formation trend
|
表 8
表 8 硫酸钙结垢趋势预测数据
Table 8 Prediction of calcium sulfate scale formation trend
|
表 8 硫酸钙结垢趋势预测数据
Table 8 Prediction of calcium sulfate scale formation trend
|
结果表明，随着温度升高，永宁双河回注水质碳酸钙结垢趋势从无到有并逐渐增强，表明注水进入地层后，可能有碳酸钙结垢出现。在地层及井筒温度下，不存在硫酸钙的结垢趋势。
1.4 结垢试样分析
采用XD-2型X衍射仪对现场取回的永宁双河西区四号注水站地面输水管线、分水器结垢试样以及304注水井1 200 m处的结垢试样成份进行分析，具体情况见图 6~图 11。
X衍射图谱分析表明，双河西区不论地面系统还是注水井筒中的结垢试样，其主要成分均为钙镁的碳酸盐，说明由于水质存在钙镁等成垢阳离子及碳酸氢根等成垢的阴离子，在一定的外界条件下导致结晶析出，逐渐沉积成垢。
通过对永宁采油厂双河西区回注水质的测试、结垢预测及结垢试样成分分析，确定了水中溶解氧、细菌以及成垢阴阳离子的存在是导致回注水腐蚀结垢的主要因素。
2 腐蚀结垢规律研究
为进一步考察双河西区水质的腐蚀结垢情况，通过测试不同温度、pH值以及溶解氧条件下的腐蚀结垢速率[1-3]，对双河西区回注水质的腐蚀结垢规律进行探讨，测试结果见图 12~图 14。
结果表明，随着温度升高、pH值降低及水样中溶解氧增加，水质的腐蚀速率明显提高。温度升高、pH值升高及水样中溶解氧增加，水质的结垢速率有所提高。在提高水样pH值及除氧的条件下，水样腐蚀结垢程度明显减弱。
3 控制方法研究
双河西区注入水腐蚀结垢的因素主要包括溶解氧、细菌及成垢离子的存在，通过前面实验中适当提高水样pH值及除氧的情况下，水样腐蚀结垢程度明显减弱。由此确定腐蚀结垢的控制方案：向水中投加pH值调节剂对水体pH值进行微调，投加除氧剂、杀菌剂及缓蚀阻垢剂控制腐蚀结垢，从而达到综合防腐防垢的目的。
3.1 pH值调节剂的筛选
选择了3种碱类药剂作为pH值调节剂，通过使用效果的考察，对药剂进行筛选，结果见表 9。
表 9
表 9 pH值调节剂性能
Table 9 pH modifier performance
|
表 9 pH值调节剂性能
Table 9 pH modifier performance
|
根据药剂投加量及产生的污泥量进行对比，确定药剂J-1作为双河西区回注水处理的pH值调节剂使用, 投加质量浓度为50 mg/L。
3.2 除氧剂的筛选
为去除双河西区水质中所含的溶解氧，降低氧腐蚀，实验筛选了除氧剂，结果见表 10。
表 10
表 10 除氧剂性能评价
Table 10 Deoxidant performance
|
表 10 除氧剂性能评价
Table 10 Deoxidant performance
|
通过室内筛选，确定YL-1作为除氧剂使用，投加质量浓度为9 mg/L。
3.3 杀菌剂的筛选
实验选用了3种杀菌剂，以确定现场适用的杀菌剂种类和加药浓度，结果见表 11。
表 11
表 11 杀菌剂性能评价
Table 11 Bactericide performance
|
表 11 杀菌剂性能评价
Table 11 Bactericide performance
|
测试结果表明，杀菌剂cy12-11投加质量浓度在100 mg/L时，SRB、TGB以及FB的杀菌率均为99.99%，达到标准要求。
3.4 缓蚀阻垢剂的筛选
为进一步减缓腐蚀并对双河西区水质无机盐结垢进行控制，实验选用4种缓蚀阻垢剂进行筛选评价，确定了合适的药剂及投加浓度，结果见表 12。
表 12
表 12 缓蚀阻垢剂性能评价
Table 12 Corrosion and scale inhibitor performance
|
表 12 缓蚀阻垢剂性能评价
Table 12 Corrosion and scale inhibitor performance
|
结果表明，在ZYZJ-2的投加质量浓度为150 mg/L时，缓蚀率和阻垢率均超过85%，符合标准要求。因此，选用ZYZJ-2作为缓蚀阻垢剂现场投加。
3.5 加药方案的确定
采用永宁双河西区双河联合站现有的污水处理流程，按照实验筛选出的药剂调整加药方案，对水质进行处理，减缓回注水质腐蚀结垢。调整后方案见表 13。
表 13
表 13 双河联合站调整加药方案
Table 13 Dosing scheme adjustment at Shuanghe union station
|
表 13 双河联合站调整加药方案
Table 13 Dosing scheme adjustment at Shuanghe union station
|
即在原加药方案的基础上，增加pH值调节剂及除氧剂，并调整原加药方案的缓蚀阻垢剂和杀菌剂，使用实验筛选出的药剂，控制腐蚀结垢的发生。
具体的现场加药工艺如下：
(1) 原工艺流程：
(2) 调整后的工艺流程：
3.6 防腐防垢效果
通过采用上述药剂对双河西区采油污水进行处理后，采用动态模拟测试腐蚀结垢速率，结果见表 14。
表 14
表 14 处理后水质腐蚀结垢情况
Table 14 Corrosion and scale formation in treated water
|
表 14 处理后水质腐蚀结垢情况
Table 14 Corrosion and scale formation in treated water
|
测试结果显示，通过调节pH值、除氧、杀菌及投加缓蚀阻垢药剂后，水质的腐蚀结垢速率均有较大程度的降低，腐蚀速率为0.030 4 mm/a，腐蚀速率降低89.7 %，结垢速率降低72.5 %，腐蚀速率达到标准要求的0.076 mm/a的规定值。表明采用综合防腐防垢方案，达到了预期效果。
4 结论
(1) 通过现场调查分析与室内研究评价，确定了回注系统中溶解氧、细菌以及成垢阴阳离子的存在是导致井筒腐蚀结垢的主要因素。
(2) 腐蚀结垢规律研究结果表明，通过提高水质pH值及除氧，水样腐蚀结垢程度明显减弱。
(3) 实验筛选出pH值调节剂、除氧剂、杀菌剂以及缓蚀阻垢剂作为水质防腐防垢的药剂，通过药剂的投加，回注水质腐蚀结垢程度明显减弱，达到回注要求。
2014, Vol. 43