加重酸腐蚀性能试验评价

2024-01-25 来源：爱问旅游网

　　李小刚:加重酸腐蚀性能试验评价　　19

加重酸腐蚀性能试验评价

编译:李小刚　杨兆中　王棠昱(西南石油学院研究生院)

审校:刘廷元(西南石油学院图书馆)

的问题。

本次研究的目的在于对200～230υ温度下加重酸对井下金属材料的腐蚀性进行评价。评价主要关注盐水类别缓蚀剂(或缓蚀剂组合)对加重盐酸腐蚀性的影响。基于实验室评价得到的数据,将为增产作业中需要的腐蚀性低、配伍性好的有效酸液体系设计提供基本的指导。

　　摘要　加重酸一般由酸液与卤化盐类或者浓缩的卤化水(例如:氯化钠、氯化钙、溴化钠、溴化钙或者溴化锌与溴化钙的混合物等)混合制得。盐类或卤水的选择主要考虑加重酸性质和对成本效率的要求。关于酸性物质的腐蚀与缓蚀剂有许多相关信息出版。然而,有关加重酸对管材的腐蚀行为研究,极少有相关信息报道。腐蚀试验数据表明,卤水加重酸体系的腐蚀性与同浓度的淡水制备酸体系(常规酸)的腐蚀性相比要高很多。应用加重酸时,某些符合常规酸的腐蚀缓蚀剂或缓蚀剂组合并不能为常规油田管材提供令人满意的腐蚀保护。因而提出,对加重酸的评估要注意酸的兼容性和效率,保持其浓度与溶解特性。

主题词　加重酸　腐蚀性能　缓蚀剂　试验评价

二、腐蚀评价

1,试验材料:盐水、金属试件和加重盐酸

一、引言

多年来,酸化增产工作液广泛应用于完井或者后续修井作业的井筒清洗、基质酸化和压裂酸化等施工环节。根据施工类型和地层伤害性质,用到的酸液可以是盐酸(HCl)、盐酸氢氟酸(HCl-HF)、有机酸(如:乙酸、甲酸或它们的混合物)。有时根据工程要求,为了防止气侵、地层流体过分混合与密度分离,或为了保持静水压力等,需要提高酸液密度从而用到加重酸。加重酸可以用于储层改造、管柱清洗、除垢、除聚合物伤害等。加重酸使用方式与常规酸相同。

石油界已经开发出一些在井下条件下能够有效保护金属管材的缓蚀剂或缓蚀剂组合。但是,有关这些缓蚀剂和缓蚀剂组合在加重酸中的有效性,却极少有文献报道。与使用常规酸一样,在处理高温储层时使用加重酸同样存在风险性。腐蚀试验结果清楚地表明,加重酸的腐蚀性比同浓度的常规酸的腐蚀性要高得多,甚至大相径庭。因此,就加重酸对金属材料的腐蚀行为进行研究已经成为一个关键

本次加重酸试验研究中使用了几种盐水,包括1010ppg(lb/gal)的NaCl、1116ppg的CaCl2、1215ppg的NaBr、1412ppg的CaBr2溶液,以及1912ppg的ZnBr2与CaBr2混合溶液。这些盐水很容易获取,钻井液或者盐水服务公司将其称为高密度盐水或工业盐水。

腐蚀试验用到的金属试件为N80碳钢和13Cr钢材料。

用来加重的试验用的酸液包括5%、715%、10%、15%的盐酸,它们分别加入NaCl、CaCl2、NaBr、CaBr2溶液,以及ZnBr2/CaBr2混合溶液,以加重到一定浓度。试验中,所有的酸液将加入缓蚀剂(或缓蚀剂组合)以抑制腐蚀。表1列出了缓蚀剂(或缓蚀剂组合)评价的种类及其用量。在各种酸液中对这些缓蚀剂(或缓蚀剂组合)性能进行试验,试验证明,它们在高温下能够有效地保护N80碳钢和13Cr钢材料。

表1　缓蚀剂和缓蚀剂组合评价

缓蚀剂体系缓蚀剂A缓蚀剂B缓蚀剂组合Ⅰ

含有的缓蚀剂和增效组分

2～4gpt(gal/t)的缓蚀剂A2～15gpt的缓蚀剂B

12～30gpt的缓蚀剂B,15～40ppt的增效组

分C

12～30gpt的缓蚀剂B,15～40ppt的增效组

缓蚀剂组合Ⅱ

分C,10gpt增效组分D

2,酸腐蚀试验与评价标准

首先采用玻璃细珠对每一金属试件进行打磨,

除去表面锈斑。试件在试验前后均进行称重,以确

国外油田工程第22卷第1期(200611)　　20　　

定腐蚀速率。试验在压力为3000lb/in

(G)的腐

蚀高压釜装置中以预期温度进行。试验结束后,用丙酮清洗试件,然后轻轻鼓风除去残留的缓蚀剂

(或缓蚀剂组合),在显微镜下观测试件蚀点形态。

在酸化期(酸接触时间)内,酸液对管材腐蚀速率评价低于01050lb/ft在业内是允许的。此外,蚀点评价的标准应基于后面提到的蚀点形态表征。就酸化而言,蚀点形态等于或大于“2”所表征的范围时认为是不可接受的,尽管重量损失腐蚀速率可能不是很高。

3,蚀点大小形态表征0:试件表面没有蚀点;

0～1:试件表面形成一个或者几个非常小而浅2

是对两试件表面并没有产生有效的防护。此外,所有的N80和13Cr表面蚀点形态都超出了业内允许的范围。加入的ZnBr2/CaBr2对缓蚀剂A、B的性能产生了决定性的影响。由此可见,加重酸腐蚀性较之常规酸显著增加。当采用缓蚀剂组合Ⅰ时,两金属试件的腐蚀都得到了有效的控制。因此,缓蚀剂组合Ⅰ通过ZnBr2/CaBr2盐水进行加重,能够有效地抑制酸的腐蚀性。在230υ下,酸液被各种盐水加重后,对N80进行6h试验。经CaCl2盐水加重,在5%HCl中加入缓蚀剂组合Ⅰ能够对N80起到保护作用;但是当酸液浓度升高到10%,尤其升高到15%后,它的缓蚀防护效果锐减,此时的腐蚀速率是允许值的5倍。当缓蚀剂组合Ⅰ采用含NaCl、NaBr、Ca2Br2和ZnBr2/CaBr2的HCl酸液加重时,酸液对N80试件腐蚀速率很低,一般在01005～01013lb/ft

的蚀点;

2:试件表面形成小而浅的针眼状蚀点;3:试件表面形成的小蚀点尺寸为3/2～1/6in;4:试件表面形成的小蚀点尺寸大于1/6in;5:试件表面形成大孔洞或者随机分布的深

蚀点。

4,试验结果与讨论

之间,与常规酸的腐蚀速率相同。从实验结果很清楚地看到,NaCl、NaBr、CaBr2和ZnBr2/CaBr2的加入不会降低缓蚀剂组合Ⅰ的性能,但加入CaCl2却对其性能有决定性的影响。

230υ下,在13Cr试件上进行24h腐蚀试验。所有的常规盐酸体系对13Cr的腐蚀都能分别得到有效控制。但是,当在CaCl2盐水密度增加后的HCl中加入缓蚀剂组合Ⅰ时,其腐蚀性显著升高,

表2所示为200υ下浓度715%的HCl经1415ppgZnBr2/CaBr2加重后,持续6h腐蚀试验的

结果。

表2　200υ下加重HCl6h腐蚀试验结果

715%HClRA/2gpt的缓蚀剂ARA/2gpt的缓蚀剂AWA/2gpt的缓蚀剂AWA/2gpt的缓蚀剂AWA/4gpt的缓蚀剂AWA/4gpt的缓蚀剂ARA/4gpt的缓蚀剂BRA/2gpt的缓蚀剂BWA/4gpt的缓蚀剂BWA/4gpt的缓蚀剂BWA/缓蚀剂组合ⅠWA/缓蚀剂组合Ⅰ

金属

腐蚀速率(lb/ft2)

010140102301216013370114701271010070102001146012880102501017

蚀点形态

00>2>2>2>200>2>20～11

尤其当酸浓度为10%和15%时,腐蚀速率分别是允许腐蚀速率的314倍和618倍。这就再次说明CaCl2的加入降低了低缓蚀剂组合Ⅰ的性能。当缓

13CrN

蚀剂组合Ⅰ用在NaCl、NaBr、CaBr2和ZnBr2/Ca2Br2加重酸液中以后,除了CaBr2加重的浓度15%

13CrN

的HCl对13Cr的腐蚀速率为01057lb/ft外,其余情况的腐蚀速率均在0105lb/ft以下。当在此15%的HCl中加入缓蚀剂组合Ⅱ后,腐蚀得到控

13CrN

制,腐蚀速率降为01033lb/ft。

如前所述,CaCl2对缓蚀剂组合Ⅰ的性能有不利影响。因此,为了确定CaCl2加重盐酸的腐蚀性能否得到控制,在酸液中分别加入缓蚀剂B和增效组分C、D,在230υ条件下对13Cr进行24h以上的缓蚀有效性试验。表3所列的试验结果表明,仅在加入缓蚀剂B与增效组分C、D(即缓蚀剂组合Ⅱ)的情况下,才能对5%和10%的盐酸产生缓蚀效果,当酸浓度为15%时,缓蚀剂就失效了。这就表明要抑制CaCl2加重盐酸的腐蚀性非常困难。

13CrN

13Cr

　注:RA为常规酸,WA为加重酸

在常规酸中加入缓蚀剂A后,N80碳钢和

13Cr钢的腐蚀速率在行业允许的范围内。但是,

在加重酸中加入缓蚀剂A,得到的腐蚀速率却远远大于业内允许的01050lb/ft。增加缓蚀剂A的浓度至100%,或加入缓蚀剂B以增强缓蚀性能,但

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表3　230υ下,13Cr试件在1018ppgCaCl2加重HCl中试

验持续24h以上的腐蚀速率

HCl浓度5%HCl5%HCl5%HCl5%HCl

缓蚀剂(组合)

15gpt缓蚀剂B

15gpt缓蚀剂B+35ppt增效组分C30gpt缓蚀剂B+30ppt增效组分C20gpt缓蚀剂B+30ppt增效组分C+10gpt增效组分D

12gpt缓蚀剂B+35ppt增效组分C+10gpt增效组分D15gpt缓蚀剂B

15gpt缓蚀剂B+35ppt增效组分C20gpt缓蚀剂B+40ppt增效组分C30gpt缓蚀剂B+30ppt增效组分C20gpt缓蚀剂B+30ppt增效组分C+10gpt增效组分D

腐蚀速率

(lb/ft2)01197011030107301040

蚀点形态

0000

的腐蚀性。但是,要抑制CaBr2加重的15%的盐酸

对13Cr的腐蚀,需要加入缓蚀剂组合Ⅱ。由此可见,不仅盐水的种类,而且缓蚀剂(或缓蚀剂组合)也会对加重酸的腐蚀性产生显著的影响。关于盐水和缓蚀剂组分间相互作用还需要做进一步研究。

对缓蚀剂(或缓蚀剂组合)性能评价表明,用于常规酸的缓蚀剂(或缓蚀剂组合)对加重酸的腐蚀性抑制效果不佳。研究表明,缓蚀剂组合Ⅰ、Ⅱ在加有缓蚀剂B、增效组分C或增效组分C、D混合物情况下,能够有效地抑制经NaCl、NaBr、CaBr2和ZnBr2/CaBr2加重的酸液的腐蚀性。研究表明,在缓蚀剂中附加增效组分是抑制加重酸在高温或长期暴露情况下的腐蚀性的可选途径。因此,选择合适的缓蚀剂组合对加重酸的腐蚀性控制、对酸化施工的成功而言非常关键。

10%HCl15%HCl15%HCl15%HCl15%HCl15%HCl

010360167501350014190150601180

031310

三、结论

1、所用盐水种类对加重酸腐蚀性有显著影响。2、CaCl2和ZnBr2/CaBr2溶液对缓蚀剂(或缓

　　进行酸化施工设计时,酸液浓度主要依据酸液对地层矿物或外来物质的移动性或者溶解性的影响来确定。与常规酸浓度相同的加重酸,由于加入了盐水和缓蚀剂,其腐蚀速率却与常规酸显著不同。例如:加有缓蚀剂A或B的ZnBr2/CaBr2加重酸液的腐蚀性比同浓度的常规酸大得多;在加入缓蚀剂组合Ⅰ后,其腐蚀性就得到了有效的控制。在CaCl2溶液加重HCl中,缓蚀剂组合Ⅰ在低酸液浓度(5%)情况下对N80有防护作用,但是酸液浓度升高后(10%和15%)就失去了缓蚀效力。在对13Cr所有的防护试验中,情况亦是如此。加入缓蚀剂组合Ⅱ后,5%和10%的盐酸对13Cr的腐蚀得到有效控制,但是15%盐酸对13Cr的腐蚀速率依然超过了允许值。很明显,CaCl2溶液和ZnBr2/CaBr2溶液对缓蚀剂(或缓蚀剂组合)的性能有显著的影响。此外,缓蚀剂组合Ⅰ能抑制NaCl、NaBr、CaBr2加重的盐酸对N80和13Cr

蚀剂组合)的性能有决定性影响。经CaCl2加重的盐酸腐蚀性能很难抑制。

3、NaCl、NaBr、CaBr2对缓蚀剂组合性能没有影响或很微小。

4、在常规酸中使用的一些缓蚀剂(或缓蚀剂组合)对加重酸的使用效果不佳。

5、缓蚀剂与增效组分结合使用能更有效地控

制加重酸的腐蚀性。

6、在进行酸化施工设计时,极力推荐进行酸液腐蚀室内试验,以确定缓蚀剂(或缓蚀剂组合)的有效性。

资料来源于美国《SPE93271》

(收稿日期　2005

19)

多层酸化工艺研究及应用

酸化是油井增产、水井增注的主要措施之一,现有的酸化工艺存在耐压耐温低、分层酸化层段少、不易反洗井等问题。通过对酸化封隔器结构、胶筒密封件结构、胶筒胶料的配方和多层开关的研究,使该酸化工艺基本满足了中、低渗透层酸化压力高、酸化层段多的需要。现场施工最高压力达40MPa,酸化层段达3层,施工后能够顺利反洗井,提高东部老区中、低渗透层段的开发效果。

盛国富供稿

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