引言

聚合物驅(qū)作為油田三次采油的主要方式，由于增油效果顯著，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)陸地油田應(yīng)用廣泛。渤海油田早在2003年，就開展了單井聚合物驅(qū)實(shí)驗(yàn)，并取得了良好的開發(fā)效果。到目前為止，渤海油田已在遼東作業(yè)公司下轄的綏中36-1油田等油田開展了大規(guī)模聚合物驅(qū)油現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。注水注聚井油管腐蝕、井內(nèi)污垢積聚以及聚合物垢卡等問題日益突出，導(dǎo)致注采量下降，嚴(yán)重影響油田的正常生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。

目前，渤海油田的井下管柱腐蝕問題極為突出，這對(duì)油田開采造成了極大影響，根據(jù)腐蝕機(jī)理的不同，造成井下管柱腐蝕的原因也各不相同。要想針對(duì)性地實(shí)施防腐措施，首要問題就是明確腐蝕的原因，因此本文通過對(duì)入井液分析、氯離子腐蝕預(yù)測(cè)、SRB含量分析、天然氣成分分析、采出液腐蝕評(píng)價(jià)、腐蝕產(chǎn)物分析等，對(duì)井下管柱腐蝕穿孔原因進(jìn)行分析，為后續(xù)防腐提供理論依據(jù)。

采出液腐蝕分析

渤海某油田在2013—2017年修井期間共發(fā)現(xiàn)14井次注聚受益井腐蝕穿孔，其中分離器腐蝕斷裂7井次。例如，該油田A13井2015年9月份換管柱作業(yè)中也發(fā)現(xiàn)油管腐蝕嚴(yán)重，電泵分離器上有直徑為1 cm的腐蝕穿孔，2018年1月，再次發(fā)現(xiàn)油管腐蝕穿孔現(xiàn)象。

 圖1 A13井Y接頭以下泵頭以上雙公短節(jié)穿孔

 圖2 A17井第116、117根油管連接處（深度為1136.41m）

A17井起井時(shí)發(fā)現(xiàn)，井下油管有腐蝕穿孔現(xiàn)象，油管穿孔部位主要為外大內(nèi)小，邊緣尖銳，腐蝕產(chǎn)物輕微附著，呈現(xiàn)點(diǎn)蝕形貌，孔周圍的管壁壁厚由外向內(nèi)逐漸減薄，這說明穿孔是由外向內(nèi)逐漸腐蝕形成的?？锥闯蜀R蹄形，邊緣尖銳，可推測(cè)腐蝕過程中不斷有介質(zhì)沖刷。A13井外壁大量腐蝕坑，局部減薄達(dá)60%以上，內(nèi)部未見腐蝕坑，腐蝕均勻。

井流體對(duì)管材腐蝕分析

陽離子腐蝕：含鉀離子、鈉離子和鈣離子的水都會(huì)對(duì)N80鋼產(chǎn)生腐蝕，平均腐蝕速率分別為0.087 mm/a，0.081 mm/a，0.11 mm/a。在同一離子濃度下，腐蝕性最強(qiáng)的是鈣離子。

陰離子腐蝕：N80鋼在含氯離子水中，腐蝕速率為0.09 mm/a；而在含相同濃度碳酸氫根離子的水中，腐蝕速率為0.04 mm/a，氯離子的腐蝕大于碳酸氫根離子的腐蝕。水質(zhì)分析顯示水型為氯化鈣型，氯離子在4 284~4 339 mg/L之間，管柱可能存在嚴(yán)重的氯腐蝕。

氯離子腐蝕預(yù)測(cè)

采用Labor指數(shù)法對(duì)氯離子腐蝕進(jìn)行預(yù)測(cè)。當(dāng)LI值大于0.5時(shí)，容易發(fā)生以Cl-為主的電化學(xué)腐蝕。

采出液腐蝕評(píng)價(jià)

發(fā)現(xiàn)一批井油管出現(xiàn)腐蝕，初步懷疑該井采出液可能對(duì)管柱存在一定腐蝕。實(shí)驗(yàn)通過測(cè)定N80掛片在A17井采出水中的腐蝕速率，研究該井采出水的自身腐蝕性。

實(shí)驗(yàn)參考《SY/T 5405-1996 酸化用緩蝕劑性能試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)》中《3. 常壓靜態(tài)腐蝕速率、緩蝕率測(cè)定方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)》，將N80掛片置于A17井采出水中，在65 ℃恒溫烘箱中放置72 h，通過測(cè)定老化前后掛片的質(zhì)量，研究采出水對(duì)掛片的腐蝕情況。

圖3 腐蝕后掛片清洗前后照片

分析結(jié)果表明，該井采出水對(duì)N80掛片平均腐蝕速率為0.09675 mm/a，參考《SY/T-5329-2012碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》中對(duì)注水腐蝕速率要求≤0.076 mm/a。從圖3也可以明顯看出腐蝕后的掛片表面已經(jīng)存在銹斑，表明該井采出水的腐蝕速率偏高，該井井下管柱腐蝕和該井采出水自身腐蝕速率偏高有一定關(guān)系。此次評(píng)價(jià)中發(fā)現(xiàn)的部分點(diǎn)蝕，可能來自于氯離子腐蝕。

水樣SRB細(xì)菌含量分析

如果井液中含有硫酸鹽還原菌SRB，當(dāng)開采生成的新環(huán)境有利于細(xì)菌生長(zhǎng)時(shí)，這些菌種就會(huì)大量繁殖產(chǎn)生硫化氫，進(jìn)而腐蝕管柱，因此需對(duì)水樣硫酸鹽還原菌SRB含量進(jìn)行檢測(cè)。水樣硫酸鹽還原菌SRB含量檢測(cè)參考SY/T 5329-2012 碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法，連續(xù)監(jiān)測(cè)水樣硫酸鹽還原菌SRB含量，恒溫箱培養(yǎng)溫度59 ℃，培養(yǎng)時(shí)間為7 d，結(jié)果顯示：未觀察到SRB細(xì)菌。

 圖4 水樣硫酸鹽還原菌SRB含量檢測(cè)

天然氣成分分析

取該井伴生氣，使用《天然氣的組成分析氣相色譜法》GB/T 13610－2003檢測(cè)氣體成分。通過天然氣分析結(jié)果顯示，上述井可能存在二氧化碳腐蝕。結(jié)合井底壓力，計(jì)算A13井與A17井CO2分壓均大于0.07 MPa，參考《QHS 14015-2012海上油氣井油管和套管防腐設(shè)計(jì)指南》，采用N80普通碳鋼油管生產(chǎn)，有腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

腐蝕樣分析

外壁腐蝕樣品分析

外壁為塊狀腐蝕產(chǎn)物，采用德國(guó)蔡司Zeiss EVO MA15掃描電鏡進(jìn)行垢樣形態(tài)及元素含量分析。通過掃描電鏡（SEM）判斷垢樣形態(tài)，對(duì)不同形態(tài)樣品進(jìn)行分類（圖5）。

通常與X射線能譜儀（EDS）配合使用對(duì)材料微區(qū)成分元素種類與含量進(jìn)行分析。EDS分析結(jié)果顯示，外壁腐蝕產(chǎn)物主要為FeCO3，F(xiàn)e2O3和Fe3O4，為二氧化碳腐蝕產(chǎn)物及鐵的氧化物。部分腐蝕樣品含氯元素，表明存在Cl－局部腐蝕現(xiàn)象。

 圖5 腐蝕垢樣掃描電鏡圖

內(nèi)壁腐蝕樣品分析

內(nèi)壁腐蝕較均勻，腐蝕產(chǎn)物為粉末狀細(xì)小顆粒， XRD元素分析結(jié)果表明，內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物主要由C、O、Fe、Si、Cl等元素組成，Cl元素含量0.4%，說明無論管柱是否穿孔，管壁內(nèi)外Cl-都在局部腐蝕過程中扮演著重要角色。根據(jù)檢索PDF卡片庫(kù)可知垢樣中結(jié)晶主體存在FeCO3（卡片號(hào)為29-0696）和Fe2（OH）2CO3（卡片號(hào)為33-0650）。

檢測(cè)結(jié)果表明，管柱內(nèi)外壁腐蝕產(chǎn)物不同，腐蝕產(chǎn)物形態(tài)不同，可能原因是兩者的腐蝕機(jī)理不同。內(nèi)部發(fā)生電化學(xué)腐蝕，所以為均勻腐蝕，外壁發(fā)生縫隙腐蝕，所以腐蝕坑以及穿孔現(xiàn)場(chǎng)明顯。

井下管柱腐蝕原因分析

通過以上實(shí)驗(yàn)及腐蝕產(chǎn)物成分分析， 得出該油田井管柱腐蝕原因如下：▼▼▼

電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是指金屬管體和外部環(huán)境介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。在反應(yīng)過程中，有分離的陰極區(qū)和陽極區(qū)，電子由陰極區(qū)流向陽極區(qū)。金屬表面分布著許多雜質(zhì)， 當(dāng)它與鹽水（電解質(zhì)溶液）接觸時(shí)，這個(gè)表面必然有許多微小的陰極和陽極同時(shí)存在，金屬表面形成許多微小的原電池，稱為微電池。井筒不同部位的含鹽量不同，使井筒各段的電極電位不同， 可以把井下油套管看成是一個(gè)宏觀電池腐蝕。電化學(xué)腐蝕中以Cl- 影響較大， 其次是Ca2+、Mg2+含量的影響。因此，參考水質(zhì)分析，含氯，礦化度高是油管腐蝕穿孔的原因之一；

二氧化碳腐蝕。單井天然氣、掃描電鏡SEM、能譜分析EDS與X射線多晶衍射XRD分析，得出腐蝕產(chǎn)物主要為二氧化碳腐蝕產(chǎn)物及鐵的氧化物，鐵的氧化物可能是在空氣中暴露后生成的。因此，油管腐蝕主要是由于二氧化碳腐蝕造成的；

聚合物腐蝕。目前發(fā)現(xiàn)失效油管所在大多為注聚受益井，井液的 pH=7.5～7.8，為弱堿性，當(dāng)注聚中有游離態(tài)氧存在時(shí)，油管內(nèi)、外壁金屬易發(fā)生吸氧腐蝕。同時(shí)聚合物的滲入會(huì)加速腐蝕產(chǎn)物的剝離，使得管壁減薄。

通過上述分析，總結(jié)得出如下結(jié)論：▼▼▼

井下無SRB細(xì)菌，無硫化氫氣體，腐蝕因素可排除細(xì)菌及硫化氫腐蝕；

地層水氯離子，鈣離子含量較高，是發(fā)生腐蝕的重要因素；

腐蝕主要來自地層水，地層水腐蝕速率為0.09675 mm/a，腐蝕速率較高；

井下管柱腐蝕產(chǎn)物主要為二氧化碳腐蝕產(chǎn)物及鐵的氧化物，腐蝕原因?yàn)橹饕獮槎趸几g；

建議停用注聚受益井對(duì)應(yīng)的注入井，并檢測(cè)套管氣，聚合物含氧量，分析氧腐蝕來源，以及二氧化碳含量的變化，并提高油管耐腐蝕等級(jí)，使用耐腐蝕材料，減緩油管腐蝕。