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机采井缓蚀剂吸附膜有效周期的研究

刘旭华  
【摘要】:CO_2作为油气伴生气或天然气的组分之一存在于油气之中,伴随着油气田开发进入中后期,井液中CO_2含量、含水率都在急剧升高。此外,CO_2驱油强化开采工艺的使用也将更多的CO_2引入到工作环境中,导致机井设备发生严重的CO_2腐蚀。目前,CO_2腐蚀问题已成为困扰石油石化行业的突出问题。加注缓蚀剂技术因具有成本低、用量少且不用改变原有的生产工艺等优点,而被广泛应用于CO_2腐蚀防护中。缓蚀剂缓蚀性能受CO_2分压、腐蚀介质、产液速率等因素的影响将有所差异,因此,需要研究实际工作环境中缓蚀剂的缓蚀规律,进而对缓蚀剂吸附膜的有效周期进行评估。本论文在对国内外研究现状大量研究分析的基础上,通过实验方法对CO_2腐蚀规律及缓蚀剂缓蚀规律进行研究,研究内容包括:第一,利用高温高压反应釜模拟实际工作环境,研究N80、P110油套管用钢在CO_2腐蚀环境中的腐蚀规律,并利用有限元分析软件对腐蚀坑存在条件下套管的应力场分布进行研究分析;第二,通过对缓蚀剂预膜时间、预膜浓度等因素的研究,从而确定缓蚀剂的工艺参数;第三,将机采井分为环空区和油水混合区,研究缓蚀剂在不同区域的缓蚀规律,从而确定缓蚀剂吸附膜的有效周期,为缓蚀剂在油气田的实际应用提供理论依据。研究表明:1.金属CO_2腐蚀的速率随CO_2分压的增大而加快,且液相介质中腐蚀速率大于气相介质中。此外,产液速率的增大也将加速腐蚀反应的进行。CO_2腐蚀产物膜为三层结构,内层与金属基体结合良好。模拟分析发现,腐蚀坑深度的增加将增大套管腐蚀坑周围的Mises应力值,增大套管屈服变形及应力腐蚀开裂的可能性。2.实验选用的缓蚀剂缓蚀性能优良,具有良好的耐高压性能,预膜4h即可达到要求。缓蚀剂浓度超过150ppm后,缓蚀率趋于平稳并保持在较高水平。缓蚀剂在液相介质中缓蚀率大于气相介质中。产液速率的增大也将明显降低缓蚀剂的缓蚀性能,产液速率为40 m3/d、腐蚀时间为5d时,缓蚀率降至90%以下。缓蚀剂在井内不同区域的研究发现,缓蚀剂吸附膜有效期为7d左右,缓蚀剂的有效作用周期为11d左右。


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