CO2復合蒸汽驅井筒腐蝕防治技術研究與應用

鐘文浩

CO2復合蒸汽驅井筒腐蝕防治技術研究與應用

鐘文浩

（新疆油田公司重油開發公司， 新疆 克拉瑪依 834000）

新疆油田九6區齊古組油藏已處于蒸汽驅開發后期，開發效果逐年變差，為提高該油藏采收率，開發方式轉換成CO2復合驅，但注入CO2后其腐蝕問題也日益凸顯出來。針對九6區CO2復合驅的腐蝕問題，通過分析腐蝕原因，并結合九6區的生產特點優化井筒工藝，優選緩蝕劑方案，從而有效解決CO2復合驅腐蝕問題，提高CO2腐蝕防治能力。

井筒腐蝕；影響因素；緩蝕劑；防腐措施；

新疆油田稠油儲量豐富，主要以蒸汽吞吐和蒸汽驅為主，隨著油田開發不斷深入，油汽比低于0.1，含水上升至97%，需要轉換開發方式，提高油藏采收率。CO2復合驅能有效降低稠油黏度，提高蒸汽利用率，增大波及面積，提高油藏采收率。但是注入CO2會造成井筒腐蝕，且試驗區油井均為老井利用，CO2腐蝕問題會更加嚴重和復雜，存在竄漏及安全環保隱患。因此，以九6區為研究對象，開展CO2復合驅腐蝕防治技術研究，有效解決CO2復合驅腐蝕問題，提升腐蝕防治能力，最大程度實現CO2復合驅降本增效。

1 油藏開發現狀

選取了新疆油田九6區南部96108等9井組作為CO2復合驅先導試驗區，試驗區內共有各類油汽井48口，其中采油井39口，注汽井9口。CO2復合驅試驗區內注汽壓力2～5 MPa，CO2采用段塞式注入，平均日注量1 t，注入壓力5 MPa，溫度30 ℃；試驗區內生產井井口溫度65～106 ℃，日產液量在10～25 t，含水96%～99%，生產井井筒材質套管為N80。CO2復合驅使井下管柱及工具處于更加嚴重的腐蝕環境中，同時老井居多的現狀會加劇腐蝕的風險，需要加強井筒腐蝕防治方面的研究，并提出相應的技術對策。

2 井筒腐蝕防治技術研究

2.1 腐蝕機理分析

高溫蒸汽條件下，持續注入CO2對井下管柱結構具有較強的腐蝕性。通過大量的實驗研究認為，影響井筒腐蝕的主要因素有溫度、壓力、含水率、管柱材質、氯離子含量等。

溫度升高，腐蝕反應各物質所具有的能量增加，各反應進行的速率加快，腐蝕速度加快；但當溫度超過一定的界限后，就會在管材表面形成一層附著力強的致密保護膜，這種膜具有較好的保護作用，能夠減緩腐蝕速率。

隨著CO2的分壓增加，腐蝕速率有增加的趨勢，當CO2分壓大于0.1 MPa，會發生嚴重的腐蝕；一般來說，當CO2分壓在0.05～0.1 MPa，應考慮腐蝕作用；當CO2分壓小于0.05 MPa，一般不考慮腐蝕作用。

隨著含水率的上升，腐蝕程度會加重，腐蝕產物所具有的形態也不同。含水率50%時腐蝕產物局部覆蓋于材料表面，含水率75%時蝕坑底部堆積形成瘤狀腐蝕產物，含水率90%時腐蝕坑中的腐蝕產物存在裂紋，且疏松多孔。

氯離子對鋼鐵的影響隨材質的不同而不同，可導致鋼鐵發生嚴重的孔蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕。高濃度氯化物可能引起耐蝕鋼或高強鋼的應力腐蝕開裂。目前在防止CO2腐蝕的選材上，采用加入能提高合金熱力學穩定性和直接阻滯陽極過程的Cr、Ni等元素，可以明顯地提高鋼材的耐腐蝕效果。

2.2 井筒工藝優選

為提高注汽效果和注汽質量，保證汽驅階段的開發效果，盡量采取熱損失小的管柱結構，以提高注入蒸汽的熱利用率，因此，汽驅階段注汽井采用Φ114 mm×62 mm的N80隔熱油管?？紤]到緩蝕劑現場加藥制度不能完全達到理論實驗條件下的緩蝕劑防護效果，生產井的油管應采用3Cr鋼級的管材。由于生產井均利用老井進行投產，套管材質為3Cr鋼級。9Cr套管與常規N80套管、3Cr套管相比，9Cr套管的耐腐蝕性能大幅提高，因此，更新井推薦采用9Cr材質套管。

在稠油生產中，為減少稠油進泵阻力，要求優選使用泵徑較大的泵。因此生產井采用56 mm注抽兩用泵，考慮到腐蝕的問題，泵筒應選擇防腐合金鋼材，抽油桿也應進行防腐處理。

2.3 緩蝕劑方案優化

2.3.1 緩蝕劑篩選

利用高溫高壓釜模擬二氧化碳驅生產井腐蝕工況條件，評價不同溫度下緩蝕劑的緩蝕性能，結果看TSA-02、CIW-311 、20C三種緩蝕劑緩蝕性能較好。綜合評價緩蝕劑性能，多數工況下緩蝕劑CIW-311緩蝕性能比緩蝕劑TSA-02好，且緩蝕劑CIW-311噸成本費用為1.3萬元，而緩蝕劑TSA-02噸成本費用為1.5萬元，緩蝕劑CIW-311性價比比TSA-02高，并且緩蝕劑CIW-311生產廠家可以提供現場油井防腐一體化服務，因此選用緩蝕劑CIW-311。

2.3.2 緩蝕劑加注工藝

目前國內油田油井緩蝕劑加注工藝主要有兩種，分別為井口加藥裝置連續加藥工藝、油井環空定期加藥工藝。根據九6區CO2復合驅油藏及生產井工況特點結合防腐成本經濟性考慮，采用井口加藥裝置連續加藥和環空定期加藥工藝相結合腐蝕防治方案，對于產液量大（日產液量≥10 t）、井口溫度高（≥90 ℃）、CO2分壓≥0.3 MPa、腐蝕比較嚴重的油井，采用井口連續加藥防治工藝，余下腐蝕相對較輕的油井采用環空定期加藥腐蝕防治工藝。2.3.3 腐蝕監測工藝

九6區CO2復合驅主要通過緩蝕劑殘余質量濃度檢測、鐵離子質量濃度檢測等工藝對二氧化碳腐蝕防治效果進行評價，并根據監測情況調整緩蝕劑加注參數，保證緩蝕劑加注腐蝕防治效果。

3 應用效果分析

在完井管柱方面，試驗區內9口注汽井共下入9Cr套管2 700 m，39口老井利用的采油井下入3Cr油管9 300 m、防腐抽油泵39臺、防腐抽油桿 9 100 m。

在緩蝕劑加注方面，試驗區內10口采用井口加藥裝置連續加藥工藝，油井平均產液量為15 m3·d-1，每天加注緩蝕劑，年消耗緩蝕劑10.95 t。29口井采用環空定期加藥工藝措施，油井平均產業量為 10 m3·d-1，每月分3輪注入，年消耗緩蝕劑20.88 t。

3.1 腐蝕監測工藝應用效果

3.1.1 緩蝕劑殘余質量濃度監測

圖1為油井緩蝕劑殘余質量濃度趨勢圖。由 圖1可得出緩蝕劑殘余質量濃度隨著時間的推移逐漸下降，由6～8天的數據可得出目前的加藥質量濃度完全滿足油井生產需要。截至第八天藥劑質量濃度針對20 m3·d-1以上的井依舊有效。

圖1 油井緩蝕劑殘余濃度趨勢圖

3.1.2 鐵離子質量濃度監測

采用快速測定法測定鐵離子質量濃度，數據如圖2所示。

圖2 油井鐵離子質量濃度趨勢圖

結合數據可以得出，部分井措施后總鐵離子質量濃度明顯低于措施前，另一部分油井措施后總鐵離子質量濃度變化不大但趨勢較為穩定，說明油井的腐蝕得到一定控制，進一步說明了措施效果。

3.2 總體應用情況

井筒管柱的優選、防腐方案的優化應用到現場后，修井過程中提出來的管柱結構完好，均未發現腐蝕現象，如圖3所示。

圖3 井上提出管柱

4 結 論

通過開展九6區CO2復合驅井筒腐蝕防治技術工作，CO2復合驅的井筒腐蝕問題得到了有效的控制。

選擇3Cr油管、9Cr套管的完井及舉升工藝的現場應用滿足了CO2復合驅先導試驗區內油井的生產需求，桿柱結構的優化提高了油井的生產效率，并且降低了因CO2腐蝕帶來的修井作業成本增加的問題。

緩蝕劑的加注可以有效地減緩腐蝕速率，對井筒加以保護。按照油井產液量選擇不同加注方式，確保了經濟性和防腐效果。

選用的CIW-311緩蝕劑無害且無刺激性氣味，但有些施工周期會溢出氣味，因此建議優化泵車加藥工藝及定期檢測氣體。

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Research and Application of Wellbore Corrosion Prevention Technology in CO2Compound Steam Flooding

（PetroChina Xinjiang Oil Field Company Heavy Oil Development Company, Karamay Xinjiang 834000, China）

Qigu formation reservoir in Jiu6 district of Xinjiang oilfield is in the late stage of steam drive development, and the development effect is getting worse year by year. In order to improve the recovery of the reservoir, the development mode has been converted to CO2composite drive, but after CO2injection, its corrosion problem was becoming more and more prominent. Aiming at the corrosion problem of CO2combined flooding in Jiu6 area, by analyzing the corrosion causes, optimizing the wellbore process and optimizing the corrosion inhibitor scheme in combination with the production characteristics of Jiu6 area, the corrosion problem of CO2combined flooding has been effectively solved to improve the ability of CO2corrosion prevention and control.

Wellbore corrosion; Influencing factors; Corrosion inhibitor; Anti-corrosion measures

TE345

A

1004-0935（2022）04-0515-03

2021-10-10

鐘文浩（1989-），男，湖北省天門市人，工程師，2011年畢業于中國石油大學（北京）石油工程專業，研究方向：稠油熱采開發研究與管理。