抗盐聚合物驱注入管材腐蚀行为及规律研究

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抗盐聚合物驱技术是一种应对采出水矿化度过大,减小聚合物水解速率,维持聚合物在地层黏度的新型聚合物驱技术。抗盐聚合物驱技术能有效提高原油采收率,但由于配制聚合物采出水矿化度高以及地层微生物的存在,管线存在一定的腐蚀风险。本文针对大庆油田抗盐聚合物驱注入管段现场数据,采用动、静态挂片失重、电化学测试、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等技术手段,研究了涂层破损、温度、转速、压力、结垢和硫酸盐还原菌(SRB)协同作用对20碳钢管材的腐蚀行为,主要研究结果如下:揭示了无菌和SRB体系下抗盐聚合物驱体系中20碳钢涂层破损后的腐蚀过程和腐蚀机理。无菌环境下涂层破损20碳钢腐蚀过程本质是氧浓差电池自催化过程,腐蚀产物吸附在碳钢表面形成局部浓差电池,Fe2+离子水解使局部区域碱化,造成涂层碱性剥离,实验后期涂层鼓包,涂层保护性能失效;SRB体系在发生自催化反应的基础上,细菌在腐蚀产物和生物膜下厌氧呼吸,直接从Fe~0夺取电子进行代谢,造成生物膜下碳钢的点蚀,产生的Fe S具有良好的导电性,减小电荷转移电阻,增大了涂层破损后20碳钢的腐蚀速率。在25~45℃实验温度区间内,随温度升高无菌和SRB体系20碳钢腐蚀速率都增大。温度升高使腐蚀介质内离子运动加快,溶液导电电阻减小,促进了阴极电荷交换,在实验温度为45℃时产生腐蚀速率最大值;温度升高使抗盐聚合物水解速度加快,降低了对20碳钢保护性,促进了SRB种群繁殖,加快了生物膜下阳极的溶解。在转速1~3r/min区间内,随着转速增加,无菌体系20碳钢腐蚀速率增大,SRB体系20碳钢腐蚀速率先增大后减小再增大。转速增加体系冲刷作用增大,剥离腐蚀产物能力加强,未腐蚀的碳钢不断暴露在腐蚀环境中,导致腐蚀速率增大;SRB体系在2r/min腐蚀条件下产生最大腐蚀速率,是由于SRB与冲刷腐蚀协同作用使腐蚀速率不断增大。随着转速增加SRB吸附能力减弱,大量细菌被剥离碳钢表面,导致碳钢腐蚀速率降低,转速为3r/min时,冲刷腐蚀作用增大,少量细菌参与腐蚀过程,腐蚀速率小幅上升。在压力区间为0~20MPa时,压力增大,无菌体系20碳钢腐蚀速率增大,SRB体系20碳钢腐蚀速率先增大后减小。压力增大Cl-活性增强,单位体积内腐蚀性离子浓度增大,促进碳钢表面点蚀,在实验条件为20MPa时取得最大腐蚀速率。SRB体系在0~15MPa区间腐蚀速率逐渐增大,压力达到20MPa,细菌繁殖受到影响,碳钢腐蚀速率降低。揭示了抗盐聚合物驱体系中20碳钢垢下腐蚀及与SRB协同作用的腐蚀过程和腐蚀机理。实验初期,垢层对20碳钢具有一定的保护作用;实验中期,腐蚀性离子和SRB通过多孔垢层到达碳钢表面,增大碳钢腐蚀速率,SRB促进碳钢垢下腐蚀;实验后期,腐蚀产物脱落,暴露出垢下碳钢,导致裸钢与垢下碳钢产生电位差,形成了腐蚀电偶,在电偶驱动力的作用下,垢下碳钢作为阳极,裸钢作为阴极,两者耦合腐蚀垢下碳钢,造成严重点蚀。SRB体系碳钢腐蚀速率大于无菌体系碳钢腐蚀速率,证明SRB促进20碳钢垢下腐蚀。
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