塔里木油田钻井液腐蚀的控制方法.pdf

化学工程师 C h e mi c a l E n g i n e e r 2 0 1 4年第 O 5期 油j 圈 能 攀 文章编号 1 0 0 2 1 1 2 4 2 0 1 4 0 5 0 0 2 2 0 3 塔里木油田钻 井液腐蚀的控制方法 王志龙， 罗跃， 杨龙龙， 尹达， 梁红军， 卢虎， 李磊 1 ． 长江大学 ． 湖北 荆州 4 3 4 0 2 3； 2 ． 中国石油 塔里木油 田分公司 。 新疆 库尔勒 8 4 1 0 0 0 摘要 实验测试了塔里木油田常用钻井液的腐蚀情况， 探讨了氧腐蚀在钻井液腐蚀中所起到的作用 ， 通过除氧剂与缓蚀剂相结合的措施 ， 对塔里木聚合物钻井液、 钾聚磺钻井液 、 饱和盐水钻井液的腐蚀可起到 良好的防护作用。其缓蚀率可到达 7 0 ％。 关键词 塔里木油田； 动态腐蚀； 缓释率； 电化学法 中图分类号 T Q 文献标识码 A Co r r o s i o n c o n t r o l me t h o d s o f d r i l l i n g fl u i d i n Ta r i m Oi l fi e l d WA N G Z h i l o n g ， L U O Y u e ， Y AN G L o n g - l o n g ， Y I N D a ， L I A N G H o n g - j u n ， L U H u ， L I L e i 1 ． Y a n g t z e U n iv e r s i t y ， J i n g z h o u 4 3 4 0 2 3 ， C h i n a ； 2 ．T a r u n Oi l fi e l d C o ． ， B r a n c h ， P e t r o C h i n a ， K o d a 8 4 1 0 0 0 ， C h i n a Ab a t r a c t s T h e c o r r o s i o n s i t u a t i o n s o f c o mmo n d ri l l i n g fl u i d w e r e t e s t e d ．a n d e f f e c t s o f d ri l l i n g fl u i d i n t h e d ril l i n g fl u i d w e r e d i s c u s s e d o f T a ri m Oi l fi e l d ． T h e c o mb i n a t i o n o f o x y g e n s a c a v e n g e r a n d c o rro s i o n i n h i b i t o r ma k e g o o d p r o t e c t i o n o n p o l y me r d ri l l i n g fl u i d ， p o t a s s i u m p o l y s u l f o n a t e d ri l l i n g fl u i d a n d s a t u r a t e d s a l t w a t e r d ri l l i n g fl u - i d ． T h e c o r r o s i o n i n h i b i t i o n r a t e c a n r e a c h 7 0 ％． Ke y wo r ds t a l i mu o i l f i e l d ； d y n a mi c c o rro s i o n ； r e ] e a s e r a t e； e l e c t r o c h e mi c a l me t h o d s 新疆塔里木盆地深井钻井过程 中使用钾聚磺 体系和盐水体 系遇到了较为严重的腐蚀问题 ， 造成 较大的经济损失。本文室内实验钢片由现场报废钻 杆切割而成 规格约为 5 0 m m X 1 0 m m X 3 ． 5 mm， S 1 3 5 类型钢质 ， 通过挂片实验， 对取 自现场的聚合物钻 井液 、 钾 聚磺钻井液 、 饱 和盐水钻井液 的腐蚀程度 进行 了全面评价。实验还对氧腐蚀在钻井液中的腐 蚀程度进行了探讨 。 室 内按照石油天然气行业标 准 S Y ／ T 5 3 9 0 9 1 钻井液腐蚀性能检测方法钻杆腐蚀环法测定塔 里木常用钻井液对钢片的腐蚀状况。 钻井液的动静态腐蚀速率 室内采用常温常压静态腐蚀、 高温高压静态腐 蚀和动态腐蚀⋯ 测试了聚合物钻井液、 钾聚磺钻井 液、 饱和盐水钻井液体系的腐蚀特性。实验结果见 表 1 。 综合分析表 1中的实验结果 ，动态条件下 ， 各 种钻井液的腐蚀性明显增加，除了饱和盐水体系 外 ，其他体系钻井液在 1 0 0 ℃的动态条件下均属于 收稿 日期 2 0 1 4 0 3 1 0 作者简介 王志龙 1 9 6 2 一 ， 男 ， 1 9 8 2年 毕业于西南石油大学 ， 长期从 事钻井液的研究工作。 重度腐蚀 。 表 1 塔里木常用钻井液腐蚀性分析 T a b ． 1 C o r r o s i o n a n a l y s i s o f c o mmo n d ri l l i n g fl u i d i n T a ri m o i l fi e l d 腐蚀速率 体系 5 0 ℃ 1 o 0 q c l o 0 ℃ 1 0 o ℃ 1 5 O ℃ 动态 动态 常压 3 M P a 5 M P a 7 M P a 5 M P a 1 0 0 ％ 1 5 O ℃ 大北2 0 3 井聚合物0 ．0 9 1 0 ． 2 4 7 0 ． 2 8 6 O ． 2 8 9 0 ． 5 0 2 0 ．9 6 9 1 ． 2 7 6 克深 2 0 1 井饱和盐水 O ． 1 0 1 0 ． 1 1 2 0 ． 1 2 0 O ． 1 2 4 O ． 1 5 7 0 ． 3 3 2 0 ．4 5 6 大北 5 井钾聚磺0 ．2 0 7 1 ．2 2 1 1 ． 3 0 6 1 ． 3 2 3 1 ． 5 4 3 1 ．7 2 0 1 ． 9 6 0 大北6 井钾聚磺 0 ．2 2 5 1 ． 5 4 7 1 ． 6 2 3 1 ． 8 3 6 1 ． 9 5 1 2 ．0 4 6 4 ． 0 7 0 2氧腐蚀的初步探讨 循环的钻井液体系是一个半敞开系统， 0 可以 不断地进入， 0 的腐蚀【 】是最普遍的腐蚀， 其随着钻 井向深井方向腐蚀有加重的趋势。室内实验主要测 试 了 3种条件下蒸馏水 的腐蚀情况 1 将常温下的蒸馏水放人 罐体内， 加热到 1 0 0 ％， 置人试片进行 1 6 8 h滚动试验 ； 2 将煮沸后的蒸馏水放 罐体内， 加热到 1 0 0 ℃， 置入试片进行 1 6 8 h滚动试验 ； 3 将煮沸后的蒸馏水和 1 ． O ％除氧剂 HO 一 1 放 人罐体内， 加热到 1 0 0 ℃， 置人试片进行 1 6 8 h滚动 试验 ； 实验结果见表 2 。 2 0 1 4年第 O 5期 王志龙 等 塔 里木 油田钻 井液腐蚀 的控制 方法 表 2 蒸馏水腐蚀情况 1 0 0 C， 滚动 T a b ． 2 D i s t i l l e d w a t e r c o r r o s i o n 1 O O T 。 R o l l i n g 由表 2可知 ， 煮沸后 的蒸馏水氧含量大幅度降 低 ， 其对试片的腐蚀程度明显减缓； 加入 1 ． 0 ％缓蚀 剂 H O 一 1 后试片腐蚀趋势更小。氧是影响蒸馏水腐 蚀速率的重要因素之一。 3 钻井液腐蚀的防护 解决钻井液的腐蚀问题一般有两种途径 1 消除腐蚀因素【 ， 因客观条件的限制只可能部分消 除 ； 2 采用缓蚀剂『 4 1 。 3 ． 1 缓蚀剂的室内失重法评价实验 室 内选用油 田常用缓蚀剂 I Mc 一 0 3 ， 属含磷 的 咪唑啉缓蚀剂 。 本实验测试了配方一 1 ．O ％H O 一 1 和配方二 1 ． 0 ％ I MC 一 0 1 ． 0 ％ HO 1 5 ， 在 1 5 0 o C、 滚动 1 6 8 h 后的钢片腐蚀速率， 实验结果见表 3 。 表 3 钻井液对试片的腐蚀性 1 5 0 ％ 、 滚动 1 6 8 h Tab ． 3 D ri l l i n g fl u i d c o r r o s i v e t o s p e c i m e n 1 5 0 C。 R o l l i n g 1 6 8 h 由表 3可知 ， 1 5 0 o C、滚动实验 中，添加 了 1 ％ H O 一 1后 ， 缓蚀率 为 3 0 ％～ 5 0 ％； 添加 I ％I MC 一 0 3和 1 ％HO l在动态情况下缓蚀率达到 7 0 ％左右 ， 说明 缓蚀剂 I M C 一 0 3 和除氧剂 H O l 一起使用的缓蚀效 果优 良。 3 ． 2 缓蚀剂的室内电化学法评价实验 由以上 实 验 可知 ，配方 二 I ％I MC 一 0 3 1 ％ H O 一 1 一起使用的缓释效果明显， 现采用电化学方 法来评价该配方的效果 。 实验为敞开体系， 温度为室温 2 5 ～ 3 0 oC ， 主 要对 4种钻井 液体 系加入 缓蚀剂前后进行动 电位 极化曲线测试 。实验结果见 图 1 ～ 4 。 - 8 ．0- 7 ．5 ． 7 ．0 - 6 ． 5 - 6 m- 5 ．5 - 5 ．0 - 4 ．5 - 4 ．0_ 3 ．5． 3 ．0 ． 2 ．5 _ 2 ．0 l g i ／ mA‘ a m 图 1 大北 2 0 3井聚合物泥浆体系极化曲线 F i g , 1 P o l a r i z a t i o n c u r v e o f Da b e i 2 0 3 we l l p o l y me r mu d s y s t e m -8 ．0 7 ．5- 7 ．0- 6．5 - 6 m_ 5 ． 5 -5．0-4．5_ 4 ．0． 3 ．5- 3 ．0． 2 ．5 l g i ／ mA‘ c m 图 2 大北 5井钾聚磺化泥浆体系极化曲线 F i g ． 2 P o l a ri z a t i o n c u r v e o f Da b e i 5 w e l l p o t a s s i u m p o l y s u l f o n a t e d mu d s y s t e m - 0- 3 5 - 0 ． 4 0 - 0 ． 4 5 - 0 ． 5 O 一 0 ． 5 5 - 0 ． 6 O - 0 ． 6 5 - 0 ． 7 O -7 ． 0-6．5． 6 m一 5 ．5-5．0-4．5-4．0- 3 ．5 3 ．0 2 ．5- 2 ．0 l gi ／ mA’ c n 1 - 2 图 3 大北 6井钾聚磺化泥浆体系极化曲线 F i g ． 3 P o l a r i z a t i o n c u r v e o f Da b e i 6 we l l p o t a s s i u m p o l y s u l f o n a t e d mu d s y s t e m - 0 - 3 - 0 ． 4 - 0 ． 5 - 0 ． 6 -0 ． 9 1 ．O 1 ． 1 1 - 2 1 I 3 7 ． 5_ 7 m _ 6 ． 5-6．0 5 ．5- 5 ．0-4．5- 4 m． 3 j． 3 ．0． 2 ．5 l g i ／ mA ‘ c m 图4 克深 2 0 1 井饱和盐水体系极化曲线 F i g ． 4 P o l a r i z a t i o n c u r v e o f Ke s h e n 2 01 we l l s a t u r a t e d b rin e s y s t e m 3 4 5 6 7 8 9 0 l 2 3 加 加 萄 王志龙等 塔里木油 田钻井液腐蚀的控制方法 2 0 1 4年第 0 5期 由图 l 4可知 ，缓蚀剂和除氧剂 同时加入后 ， 腐蚀电位都向正移动， 说明该缓蚀剂为阳极抑制型 缓蚀剂。根据实验仪器测试出的阳极塔菲尔斜率、 阴极塔菲尔斜率以及从图中测出的自 腐蚀电位、 腐 蚀 电流 ， 计算 出缓蚀率『 6 1 ， 实验结果见表 4 。 表 4 电化学法评价实验结果 T a b ． 4 El e c t r o c h e mi c a l me t h o d f o r e v alu a t i o n e x p e ri me n t al r e s u l t s 由表 4可知， 钻井液中加入缓蚀剂 I MC 一 0 3和除 氧剂 H O 一 1 后， 腐蚀电流明显变小 ， 缓蚀率达 6 0 ％ 左右 ， 缓蚀效果显著。 4 结论 1 对于现场钻具 ， 动态条件下氧腐蚀是腐蚀 的重要因素。 2 实验表明通过除氧剂和缓蚀剂相结合的方 法可 以较好 的解 决塔里木油 田常用钻井液 的腐蚀 问题 ， 缓蚀率可达 7 0 ％。 3 电化学的评价结果与动态腐蚀的评价结果 具有较好的一致性。 参考文献 王志龙， 罗跃， 金娜， 等_ 塔里木油田常用钻井液体系的腐蚀分析 [ J ] ． 化学与生物工程， 2 0 1 2 ， 2 9 9 ． 郑家粲， 赵景茂，李晓光． 聚合物溶液的氧腐蚀及其控制[ J ] ．钻井 液与完井液， 1 9 9 0 ， 7 4 1 7 2 2 ． 唐善法， 付绍斌，冯定， 等． 复合盐钻井液对钻具的腐蚀机理研究 [ J ] ． 武汉工业大学学报， 1 9 9 7 ， 1 9 3 7 9 8 2 ． 杨文治， 黄魁元 ， 等，缓蚀剂[ M] ． 北京 化学工业出版社， 1 9 8 9 ． 韩秋玲， 冀成楼， 路金宽， 等． 钻井液用除氧剂与缓蚀剂， 第八届 全 国缓蚀剂会议论文集， 1 9 9 3 ． 1 l _ 郭兴蓬， 俞敦义， 叶康民．缓蚀剂研究中的电化学方法某些 问题与新方法[ J ] ． 材料保护， 1 9 9 2 ， 2 5 1 0 2 4 2 7 ． 8项目助跑内蒙古清洁能源基地 内蒙古 自治区政府 13 前披露 ， 目前内蒙古正在 积极推进的煤基清洁能源项目共有 8 项， 计划投资 2 6 9 9 亿元， 产能总规模达到 3 3 6 亿 m a - 煤制天然 气 、 4 0 0万 t a 煤制油 。 8 个项目中，国家发改委已核准正在建设的煤 基清洁能源项 目有 3项 ，包括大唐克什克腾旗 4 O 亿 m a - ， 煤制天然气项 目 第一条生产线 已投产 、 汇能 1 6 亿 m 。 a - 煤制天然气项目 一期工程今年下 半年建成 、 神华煤直接液化项 目 今年开工建设 。 已取得“ 路条” 、 争取年 内获批的有 5项 ， 包括北控 集团、 河北建投、 中国海油 3 个 4 0 亿 m 。 a - 煤制天 然气项目，新蒙能源 8 O 亿 m a 煤制天然气项目， 兴安盟 4 0 亿 m a - 煤制天然气项 目，华星 4 O亿 m 煤制天然气项目和伊泰 2 0 0 万 t a 煤直接液 化项 目。这些项目都在积极争取年内开工建设 ， 预 计于2 0 1 7 ～ 2 0 1 8 年建成。 内蒙古“ 8 3 3 7 ” 发展思路提出要建设五大基地， 其 中之一就是把 内蒙古建成保障首都 、服务华北 、 面 向全 国的清洁能源输 出基地。 8 个大项 目的推进 ， 对于 内蒙古打造清洁能源产业基地 、 满足国内清洁 能源需求 、 优化调整煤炭利用方式有着重要意义。 ⋯ ⋯