國內CO2驅規模應用油田防腐措施應用現狀分析

蒲育，馬曉宇，師朋飛，鄒思佳，薛志恒，趙敏

（1.中石化西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011；2.中國石油大學（北京）克拉瑪依校區，新疆 克拉瑪依 834000）

CO2是溫室氣體，大量排放CO2會引起氣候變暖，引發自然災害，CO2的排放及處理等問題已引起世界各國的重視。我國政府承諾“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”。實現這一目標的關鍵就是減少空氣中二氧化碳的濃度。在石油行業中，為提高原油采收率，可采用CO2驅油技術，同時實現CO2氣體回收處理。但采用CO2驅油技術時，會引發CO2腐蝕等問題。因此，本文對國內采用CO2驅規模油田的防腐措施進行了詳細的現場調研和文獻調研，對于大規模采用CO2驅油技術、提高CO2的回收率、控制溫室效應具有十分重要的意義。

1 國內調研油田基本情況

本文對中石化某油田等3個規模應用CO2驅油的油田基本情況進行了了解，具體如表1所示。從表1可以看出，上述各油田的注氣時間最長可到14年，最短為9年，在采用CO2驅油技術時采收率提高效果顯著，最高的油田采收率提高了17.7%，埋存率最高可達90%。

表1 各油田CO2驅基本情況對比表

2 采油井工藝技術

在應用CO2驅采油時，采用井工藝主要考慮2個方面：一是要解決機采氣鎖問題，二是要解決井下工具防腐問題。各油田具體工藝技術應用情況見表2所示。

表2 國內CO2驅采油井工藝技術應用情況

2.1 采油井管柱結構

通過3個油田的調研，在采出井管柱結構仍然使用未注前自噴、抽油井管柱結構。正常生產井沿用井下在用的管、桿、泵、井下工具，暫不更換；含水低于30%的采油井，管、桿、泵、井下工具采用常規材質；含水高于30%的采油井，油管采用3Cr防腐油管，抽油桿選用的K級、KD級等具有耐腐蝕性能的抽油桿，抽油泵采用耐腐蝕泵，井下工具材料采用含Cr量不低于13%的不銹鋼材料，橡膠材料選用耐CO2材料。

2.2 井口裝置

各油田采油井井口裝置均沿用在用井口裝置。因考慮產出氣體增加，壓力上升，中石化某油田適當提高了抽油井井口防噴盒的壓力等級，并在井口連接套管進行放壓流程，定期泄放套壓，防止套管壓力過高。中石油某油田2針對個別氣竄井沖擊集輸系統的問題，安裝了井口壓力、溫度預警系統，發生超壓、降溫時報警，可及時發現并關閉井口；同時對轉油站實行數字化改造，對閥組間異常參數及時發現。

2.3 井下防氣技術

在采出井方面，各油田根據實際情況，對采油井進行產出氣體監測，同時采用氣液分離器+防氣泵防氣工藝開展機采防氣工作。

2.4 采油井防腐技術

各油田根據油層產出物特性，均研制了適用于本區塊的緩蝕劑，通過油套環空自然沉降滴入至泵吸入口，以達到延緩采油管柱腐蝕速率的目的。

3 地面工藝系統

注CO2驅地面工藝系統包括“采集、凈化、集輸、注入、處理、回收、防腐”等多個方面，通過調研3個油田的地面工藝系統，各個環節工藝技術成熟，地面管線設備防腐可控（見表3所示）。

表3 國內CO2驅地面工藝系統對比表

3.1 捕集工藝

國內外廠家從混合氣體中提取CO2方法很多，常見的有化學吸收法、變壓吸附法、膜分離法等。

國內外應用最為廣泛的化學吸收法脫CO2是活化MDEA法，通過在MDEA溶液中加入乙醇胺、咪唑、甲基咪唑等活化劑，進一步提高脫碳效率，加快CO2的吸收和再生?；罨?MDEA 法脫碳工藝具有以下特點：凈化度高，吸收壓力低；投資省，工藝流程簡單；溶劑無毒，無腐蝕性；設備費用低，能耗低；操作手段靈活。

變壓吸附法捕集CO2主要靠物理吸附劑對CO2氣體分子進行吸收和解吸循環操作，使得混合氣體中的CO2得到捕集和提純。工業上常采用多個吸附床，使得吸附和再生交替或依次循環進行，保證整個吸附過程的連續。各吸附床一般包括吸附、降壓、抽真空、升壓4步循環。

膜分離法是利用氣體分離膜對伴生氣中不同組分的選擇性和滲透性的不同，對伴生氣中的CO2進行捕集。膜分離材料包括有機材料、無機材料或者兩者的混合材料。膜分離法的工藝包括單級膜分離和多級膜分離。

3.2 地面集輸

采用常規的二級布站模式，即單井來液先進入計量間或計轉站，然后再進入脫水站或聯合站進行集中處理，若在老區已建設施基礎上注入CO2驅油，初期CO2碳含量不高時，維持現有模式直接進站。隨著采出液中CO2含量越來越高，出于防腐要求，需要對設備及管材材質進行升級，同時將分離出的伴生氣（含CO2）引接至CO2回收系統。站外集輸回到接轉站進行氣液分離，由于CO2在油中和水中都有較高的溶解度，甚至油中的溶解度更大，采出流體呈現出發泡原油的特點，需要提高采出流體分離效率，優化分離器結構和停留時間，增加捕霧器、波紋板和消泡裝置。

4 腐蝕監測技術的應用

國內油田進行油、水井井下腐蝕狀況評價時，經常采用的方法有腐蝕掛片法、電阻探針法、電感探針法等。但這些方法的監測原理和特點不同，因此對常用方法的優缺點及現場適用性進行了仔細地分析和總結，如表4所示。從表中可以看出，表中所列的監測方法大多可使用于井口腐蝕監測、井下管柱腐蝕監測以及地面集輸管線腐蝕監測。由于各類方法均有其獨有的優勢和不足，目前的監測技術無法完全解決針對管柱腐蝕的全面實時監測問題，通常只能監測管柱全面腐蝕或井口附近的局部腐蝕情況，現場多應用較為方便的掛片法以及較為成熟的電阻探針法對管道腐蝕及管柱腐蝕進行監測。

表4 采油井腐蝕監測方法對比

5 結語

為提高CO2的回收率、減少溫室氣體排放，在采用CO2驅油技術時，針對CO2的腐蝕防護，通常采用材質、藥劑或二者結合形成的經濟合理的方案，根據不同的介質、CO2含量、壓力等級等，選用不同的設備或管線材質，重點考慮現場應用的經濟性，在做好工藝防腐措施的前提下，有效開展CO2驅油技術的應用。