注清水井腐蚀结垢机理及对策研究

项明杰，李毓枫，彭向明

（1.中国石油长庆油田分公司第三采气厂，内蒙古乌审旗 017300；2.中国石油长庆油田分公司第四采油厂，陕西靖边 718500；3.中国石油长庆油田分公司苏里格气田研究中心，陕西西安 710018）

为了解掌握注水系统腐蚀结垢原因，对不同位置的腐蚀结垢产物进行组成分析。分析得出，腐蚀结垢产物以腐蚀产物（FeCO3、Fe2O3、FeO、FeS）和有机物为主，以碳酸盐垢等水垢（CaCO3、MgCO3、CaSO4）为辅（只有个别样品中有少量Ca2+、Mg2+存在）；腐蚀结垢产物中有机物含量（可能为细菌排泄物和细菌尸体）在14 %～25 %、泥沙在10 %～53 %。说明大路沟二区清水系统主要以腐蚀为主、结垢很少；细菌生长繁殖和溶解氧可能是造成腐蚀的主要原因之一。

1 清水组成性质分析

各水源井清水为弱碱性、其矿化度较低（在450～1 200 mg/L），水质和水型有一定差别，水中HCO3-、SO42-、Ca2+、Mg2+等成垢离子变化较大，部分水样中悬浮固体含量较高（悬浮固体含量最高11.50 mg/L）。

清水系统TGB 含量较低，能满足指标要求；SRB在部分点超标但超标幅度不大；FB 细菌含量较高、沿程呈增大趋势，说明清水系统适宜于FB 细菌生长繁殖；高FB 细菌含量可能是造成清水系统腐蚀的主要原因之一。

表1 大路沟二区水源井水质组成分析结果

表2 大路沟二区水源井水质组成分析结果

表3 国标级J55 钢的化学成分与现场材质组成实测值对比

2 现场J55 管材结构与化学组成分析

从现场随机取回的J55 管材金相组织符合J55 钢材标准，其化学组成完全符合国标中各组分的指标要求，未见异常。

2.1 大路沟二区清水腐蚀性评价

罗一注清水对现场J55 管材制备的挂片同样具有一定腐蚀性，其腐蚀速率与标准J55 钢材的腐蚀速率相近，腐蚀产物主要以氧、铁元素为主，说明导致腐蚀的主要原因是溶解氧。

高温高压反应釜腐蚀监测结果与摇床腐蚀监测结果一致，说明罗一注原水罐清水对标准J55 钢材挂片和现场J55 管材制备的挂片具有同样的腐蚀性，其腐蚀速率基本相同，腐蚀产物主要以氧、铁元素为主，溶解氧是导致腐蚀的主要原因之一。

2.2 结垢原因及影响因素分析

（1）侵蚀性二氧化碳含量的测定（见表4）。

表4 大路沟二区清水中侵蚀性二氧化碳分析

（2）溶解氧对腐蚀的影响，通过实验发现在密闭隔氧比暴氧条件下腐蚀速率低很多（见图1，图2）

图1 隔氧和暴氧条件腐蚀速率对比

图2 不同温度腐蚀速率对比

在相同含量氧（0.1 mg/L）条件下，随着温度升高，采出水的腐蚀速率明显增强，在同一温度下，随着溶解氧含量的逐渐增加，采出水的腐蚀速率逐渐增强。

（1）大路沟二区清水中几乎不含侵蚀性二氧化碳，不会产生二氧化碳腐蚀，产生腐蚀的主要原因是溶解氧腐蚀。

（2）随着水中溶解氧增加，腐蚀速率大幅度增加，说明溶解氧是导致大路沟二区清水系统产生腐蚀的主要因素之一。

（3）随着除氧剂加量增加、水中溶解氧含量逐渐降低，腐蚀速率快速降低，进一步抑制了点蚀的发生。通过有效隔氧或除氧（如加除氧剂等）处理，可以有效降低清水系统的腐蚀性。

2.3 结垢趋势预测

按SY/T0600-2009《油田水结垢趋势预测方法》和SY/T5329-94《硫酸钡结垢预测方法》等，对大路沟二区注入水和地层水结垢情况进行预测。大路沟二区清水系统结垢预测：

（1）常温（30 ℃）下，大路沟二区清水系统无结垢趋势存在，但随着温度升高，碳酸钙的结垢趋势逐渐增加，大路沟二区清水系统无硫酸钙和硫酸锶（钡）结垢趋势存在。

（2）四个注水站清水与采出水混合后，都有不同程度的CaCO3、CaSO4和BaSO4结垢趋势存在，温度升高结垢趋势增加；采出水与清水以1：9 混合时碳酸钙结垢趋势最大；表明注入水与地层水配伍性较差。

3 腐蚀结垢的防治对策研究

通过水质分析、腐蚀结垢产物分析及各区块的腐蚀、结垢监测，说明大路沟二区清水系统结垢以腐蚀产物为主、结垢产物其次，溶解氧是造成腐蚀的主要原因；现场处理时应以除氧、缓释为主、阻垢为辅。

3.1 除氧处理对腐蚀的影响

随着除氧剂加量增加、溶解氧含量逐渐降低，清水腐蚀速率快速降低，进一步验证了溶解氧是造成大路沟二区清水系统产生腐蚀的主要原因，但通过有效隔氧或除氧（如加除氧剂等）处理，可以有效的降低清水系统的腐蚀性。

图3 除氧剂加量和腐蚀速率关系图

3.2 缓蚀剂的筛选评价

通过投加缓蚀剂可以大幅度降低大路沟二区清水系统的腐蚀速率，降低溶解氧对腐蚀的影响；评价的三种缓蚀剂均能起到缓蚀作用，其中3#缓蚀剂的缓蚀性能明显优于其他两种缓蚀剂。

3.3 阻垢剂的筛选评价

对碳酸钙垢阻垢效果较好的阻垢剂为ZG-01 和ZG-03 阻垢剂。

4 结论

（1）各水源井清水均呈弱碱性、水中含盐量较低，但不同水源井的水质和水型差别较大，水中溶解氧含量较高，部分水中悬浮物含量较高。

（2）系统中TGB 含量较低，能满足油田注水指标要求；SRB 细菌含量在部分点超标；FB 细菌含量较高、且沿程呈增大趋势；高FB 细菌含量可能是造成清水系统腐蚀结垢的原因之一。

（3）腐蚀结垢产物以腐蚀产物为主、结垢产物较少；其中含有大量有机物（可能为细菌排泄物和细菌尸体）和泥沙；说明大路沟二区清水系统以腐蚀为主，结垢为辅。

（4）现场J55 管材金相组织和化学组成符合J55钢材标准，未见异常，其腐蚀性能与标准J55 钢材相同，说明现场J55 管材符合标准要求。

（5）常温下清水无结垢趋势存在，随温度升高，碳酸钙结垢趋势增加；清水中无硫酸钙和硫酸锶（钡）结垢趋势存在。采出水中有碳酸钙、硫酸钙和硫酸钡（锶）结垢趋势存在，温度升高，结垢趋势增加。

（6）清水与地层水混合后，有不同程度的碳酸钙、硫酸钙和硫酸钡结垢趋势存在，随温度升高结垢趋势增加；表明大路沟二区注入水与地层水配伍性较差，在注水过程中应考虑进行防垢处理。

（7）大路沟二区清水中几乎不含侵蚀性二氧化碳，不会产生二氧化碳腐蚀；但随着水中溶解氧含量增加、腐蚀速率大幅度增加，挂片表面的腐蚀产物主要以氧、铁元素为主，其他元素含量相对较少；说明溶解氧是导致清水系统产生腐蚀的主要原因。

（8）随着除氧剂加量增加、水中溶解氧含量逐渐降低，腐蚀速率快速降低、点蚀也得到了有效抑制；即通过有效隔氧或除氧（如加除氧剂等）处理，可以大幅度降低清水系统的腐蚀性。

（9）投加缓蚀剂可以大幅度降低腐蚀速率、减小溶解氧对腐蚀的影响；DNS 缓蚀剂具有很好的水溶性、成膜性和防腐效果，ZG-01 和ZG-03 阻垢剂对碳酸钙垢有很好的阻垢效果。

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