注CO2驱溶解度测试及其对井筒材料腐蚀规律影响研究

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在驱注作业中,CO2以成本低廉、成效显著、延长油井寿命、无毒环保和固碳减排等特点成为驱注首选。然而,在利用CO2驱油技术进行油田开发的过程中,不可避免的会将CO2引入原油生产系统。在驱注生产中,油套管常常发生CO2腐蚀至损坏失效,使驱注井不能正常生产作业,封隔器发生CO2腐蚀后会导致密封失效和井口憋压等现象,诱发井喷、爆炸等严重事故,给社会造成巨大的经济损失和安全隐患,因此,对驱注井中油套管材料被CO2腐蚀的问题进行全面的研究是很有必要的。国内外研究学者对高温高压条件下CO2对油套管腐蚀的影响进行了一系列实验研究,但大多数的实验都是集中探讨了温度、压力和环境介质对腐蚀的影响,在CO2溶解度对油套管和井下封隔器腐蚀影响这方面的研究几乎是空白的,因此,本文在现有实验装置的基础上,对CO2在高温高压真实驱注井模拟工况下的溶解度进行测试实验,探究温度、压力和溶液对溶解度的影响,进一步针对性的分析CO2溶解度对油套管和封隔器材料腐蚀的影响。本文主要工作和成果如下:(1)采用一套实验室自主研发的CO2溶解度测试装置得到了CO2在两种模拟实际驱注工况下的三种地层水溶液中对应温度和压力下的溶解度,与此同时分析了温度、压力和溶液中溶质离子浓度对CO2溶解度在气相和超临界态下的影响,采用多元线性回归分析和灰色关联法,对比分析了温度、压力对溶解度的关联强度大小。(2)对某油田常用油套管钢材料N80钢在不同温度压力和溶解度下进行高温高压釜腐蚀失重测试。通过对腐蚀前后平均腐蚀速率的计算和结合微观形貌的观察得出CO2溶解度的提高会导致油套管钢材料所出溶液中溶解的碳酸浓度增大、从碳酸中分解的H+和CO32-浓度会逐渐升高、加速碳钢的阴极腐蚀的化学进程,从而增大其腐蚀速率的结论。另一方面,CO2溶解度的提高会导致腐蚀产物膜厚度和致密性增加,阻碍腐蚀介质的通过,在某些情况下会降低腐蚀速率。(3)针对某C02注气井橡胶封隔器材料的腐蚀问题,在某采出井模拟工况下,对氟橡胶、四丙氟橡胶,丁腈橡胶和氢化丁腈橡胶材质的哑铃型试样进行耐CO2的腐蚀实验,分析腐蚀前后试样的拉伸性能、硬度和弹性模量等变化。经过CO2腐蚀后,四种橡胶材料的主要力学性能均减弱,随着CO2溶解度的增大,经过渗透作用进入到橡胶内部的腐蚀介质增多,对橡胶内部的破坏作用增大,四种橡胶材料的力学性能下降增大。相比于其他三种橡胶材料,氢化丁腈橡胶在同等CO2溶解度条件下,仍能保持较好的拉伸强度、较低的拉断伸长率和弹性模量变化率,故氢化丁腈橡胶更适合作为CO2驱注入井的封隔器胶筒橡胶材料。
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