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現(xiàn)場制氮:巴西連續(xù)油管作業(yè)好方案

時間:2013-10-29 17:05 來源: 作者:wangyunjian

現(xiàn)場制氮往往含氧高達5%,在井底使用這種氮氣,并泵入完井鹽水和酸會嚴(yán)重腐蝕連續(xù)油管,堵塞井底鉆具組合。實驗室、場地和現(xiàn)場試驗證明,合適的抗腐蝕劑和濃度能控制連續(xù)油管腐蝕,而有機溶劑是最好的抗腐蝕劑。

關(guān)于氮氣作業(yè)及腐蝕問題

氮氣修井  處理衰竭井時,一般用連續(xù)油管泵酸性增產(chǎn)劑到特殊地層。有時把氮氣加到修井液中,確保靜壓力低于油藏壓力。在含氯化物的完井鹽水和酸液體系中使用含氧5%的氮氣,足以使連續(xù)油管腐蝕,井底鉆具組合被堵塞,導(dǎo)致作業(yè)停止。 

腐蝕  腐蝕過程一般是在腐蝕環(huán)境中發(fā)生的金屬表面非均勻電化學(xué)反應(yīng),可認(rèn)為是金屬氧化反應(yīng),金屬扮演還原劑,氧化劑提供電子。由于金屬表面缺失電子,使金屬材料降解。

均勻腐蝕  均勻腐蝕通常發(fā)生在成分和微觀結(jié)構(gòu)與腐蝕環(huán)境均勻接觸的金屬表面。一般情況下,溫度升高腐蝕加速。溫度增加50℉時,反應(yīng)速度指數(shù)倍增加。在水溶液中,溫度增加減少含氧量,導(dǎo)致腐蝕。腐蝕試樣或者超聲波試驗可準(zhǔn)確地評估腐蝕速率和管子工作期限。這是惟一的損耗金屬、使其重量減輕的腐蝕形式。

腐蝕現(xiàn)象的觀察  連續(xù)油管腐蝕沿金屬表面均勻分布,基本或者根本沒有點狀滲透。這是最輕的腐蝕。然而,用腐蝕后的連續(xù)油管泵液體,井底鉆具組合被堵塞,主要是因為使用了鹽水和酸混合液。腐蝕環(huán)境中存在氯化物會加速點狀腐蝕。點狀腐蝕剛開始時較慢,一旦形成,自動催化反應(yīng)就會在連續(xù)油管中自持。因為鉻往往為腐蝕槽繼續(xù)腐蝕提供很大的可能性。雖然點狀腐蝕只影響金屬表面的一小部分,但可引起連續(xù)油管壁厚快速變薄,產(chǎn)生裂縫、滲漏和應(yīng)力集中點,導(dǎo)致管子裂縫或者損壞。

在陽極區(qū),鋼氧化產(chǎn)生點狀腐蝕,形成Fe+2、Cr+2和Ni+2離子,產(chǎn)生了多余的正電荷,引起點狀腐蝕區(qū)內(nèi)的氯離子轉(zhuǎn)移以補償電荷,導(dǎo)致鹽水和 FeCl2濃度增加。鹽水解后,產(chǎn)生HCL(H++CL-)。離子增加意味著PH值下降,因為形成的HCL開始腐蝕金屬,加速了腐蝕過程。由于后來的FeCl2+配方,再次水解,使腐蝕過程連續(xù)。

實驗室試驗和腐蝕研究

連續(xù)油管材料:改型ASTM-606-4型高強度低合金鋼。

流體體系:3%的KCL鹽水+5%醋酸+7%甲酸。

氣體:含氧高于5%的氮氣混合物。

抗腐蝕劑(CI):使用和不用抗腐蝕劑兩種情況試驗。各種抗腐蝕劑代碼:

·CI-1=咪唑啉-乙氧基化烷基酚磷酸鹽有機抗腐蝕劑

·CI-2=萘和乙基苯(或者有機混合物)混合物抗腐蝕劑

·CI-3=陽離子有機酸抗腐蝕劑

·CI-4=咪唑啉、表面活性劑和有機酸混合物抗腐蝕劑

·CI-5=有機溶劑

·CI-6=氧化高剪切、高溫有機抗腐蝕劑

 ·CI-7=酒精和酸性溶劑混合物抗腐蝕劑

·CI-8=酒精和四元衍生物酸性混合物抗腐蝕劑

·CI-9=四元胺聚合物

·CI-10=磷酸鐵螯合劑

 井下條件:在Ofite 高溫高壓過濾器中產(chǎn)生如下環(huán)境:溫度230℉;壓力400psi,含氧5%,含氮95%的氣體。

只把腐蝕試樣的潮濕面浸在試驗流體中。在整個腐蝕研究期間,金屬試樣全部浸在試驗流體中。最后,定性和定量測量試驗結(jié)果,以毫升/年和磅/平方英尺/次測量腐蝕速率。

試驗過程是:連續(xù)油管試樣被浸入每種抗腐蝕劑混合物中兩次,并放入空塑料杯內(nèi);在整個腐蝕期內(nèi)把鋼試樣放進盛有含抗腐蝕劑的3% KCL鹽水塑料杯內(nèi),在230℉溫度下試驗18小時;用5%醋酸-7%甲酸體系浸泡試樣6小時研究;在耐腐蝕性酸中浸入樣品兩次,研究期間把樣品放在空塑料杯內(nèi)。

第二套腐蝕試驗是把試樣放在耐腐蝕酸中6小時。

鋼試樣放到腐蝕槽中后,密閉,排凈空氣。用含氧5% 的氮氣混合物模擬現(xiàn)場氮氣,給腐蝕槽加壓到400psi,放在230℉高溫中。到試驗時間后,冷卻電解槽,釋放壓力,取出樣品,用蘇打粉中和水洗。給試驗樣品照相并記錄表面條件,再砂磨、清潔、干燥、稱重,估算點狀腐蝕表面積,比較最終和初始重量確定每種液體環(huán)境下的腐蝕速率。

實驗室腐蝕研究:在10種抗腐蝕劑混合物中試驗,記錄均勻和點狀腐蝕速率。用含氧5%的氮氣混合物、溫度230℉、壓力400psi、3%KCI鹽水,在固定腐蝕槽中試驗6小時,提供更詳細(xì)的抗腐蝕劑濃度、混合物和結(jié)果,并為現(xiàn)場試驗選擇性能最好的抗腐蝕劑,通過場地試驗確定滿足作業(yè)極限的注入量。

場地和現(xiàn)場、平臺試驗

通過連續(xù)油管泵送氮氣混合物時,注入抗腐蝕劑可形成免受腐蝕的內(nèi)部膠膜,同時記錄CI注入量。最好的抗腐蝕劑是有機溶劑。因為它易處理、無毒、取材方便、經(jīng)濟適用,而且不是混合產(chǎn)品。

用5桶5%HCL浸泡管柱和井下鉆具組合3天。在注入大量和少許氮氣時,都觀察到少量銹和腐蝕物留在井下鉆具組合上,但沒有堵塞。

用地面安裝好的定向鉆具組合進行現(xiàn)場試驗。在氮氣和抗腐蝕劑注入點后的處理管線上安裝放連續(xù)油管試樣的小盒。由此,作業(yè)人員不必從井中起出鉆具組合,就能檢查井中連續(xù)油管和鉆具組合條件及樣品。不用抗腐蝕劑或用不合適的配方時,即使鋼試樣在地面溫度,仍然觀察到腐蝕。 

在Merluza 平臺的五口井進行現(xiàn)場試驗,包括用連續(xù)油管泵送純氮和混合氮以及5%醋酸和7%甲酸混合物。盒子中的樣品幾乎沒有腐蝕,也沒有堵塞井底鉆具組合。完成5口井施工后,觀察到連續(xù)油管上腐蝕率很低。 

實驗室、場地和現(xiàn)場試驗證明,制氮產(chǎn)生的腐蝕環(huán)境用合適的抗腐蝕劑和濃度及其操作規(guī)程能控制在可接受的水平?,F(xiàn)場制氮仍是巴西連續(xù)油管作業(yè)有效而經(jīng)濟適用的方案。制氮代替液氮罐可減少設(shè)備和工作量,節(jié)約成本和平臺空間,使井更快地投產(chǎn)。

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