現場制氮：巴西連續油管作業好方案
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[時間:2009-11-18 《石油與裝備》 關注度:0]
摘要: 現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重腐蝕連續油管，堵塞井底鉆具組合。實驗室、場地和現場試驗證明，合適的抗腐蝕劑和濃度能控制連續油管腐蝕，而有機溶劑是最好的抗腐蝕劑。
關于氮氣作業及腐蝕問題
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現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重腐蝕連續油管，堵塞井底鉆具組合。實驗室、場地和現場試驗證明，合適的抗腐蝕劑和濃度能控制連續油管腐蝕，而有機溶劑是最好的抗腐蝕劑。
關于氮氣作業及腐蝕問題
氮氣修井 處理衰竭井時，一般用連續油管泵酸性增產劑到特殊地層。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，足以使連續油管腐蝕，井底鉆具組合被堵塞，導致作業停止。
腐蝕 腐蝕過程一般是在腐蝕環境中發生的金屬表面非均勻電化學反應，可認為是金屬氧化反應，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 均勻腐蝕通常發生在成分和微觀結構與腐蝕環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，反應速度指數倍增加。在水溶液中，溫度增加減少含氧量，導致腐蝕。腐蝕試樣或者超聲波試驗可準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。
腐蝕現象的觀察 連續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，自動催化反應就會在連續油管中自持。因為鉻往往為腐蝕槽繼續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，但可引起連續油管壁厚快速變薄，產生裂縫、滲漏和應力集中點，導致管子裂縫或者損壞。
在陽極區，鋼氧化產生點狀腐蝕，形成Fe+2、Cr+2和Ni+2離子，產生了多余的正電荷，引起點狀腐蝕區內的氯離子轉移以補償電荷，導致鹽水和 FeCl2濃度增加。鹽水解后，產生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。
實驗室試驗和腐蝕研究
連續油管材料：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生如下環境：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；在整個腐蝕期內把鋼試樣放進盛有含抗腐蝕劑的3% KCL鹽水塑料杯內，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。
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，提供更詳細的抗腐蝕劑濃度、混合物和結果，并為現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極限的注入量。
場地和現場、平臺試驗
通過連續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、經濟適用，而且不是混合產品。
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油管試樣的小盒。由此，作業人員不必從井中起出鉆具組合，就能檢查井中連續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場試驗，包括用連續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，觀察到連續油管上腐蝕率很低。
實驗室、場地和現場試驗證明，制氮產生的腐蝕環境用合適的抗腐蝕劑和濃度及其操作規程能控制在可接受的水平。現場制氮仍是巴西連續油管作業有效而經濟適用的方案。制氮代替液氮罐可減少設備和工作量，節約成本和平臺空間，使井更快地投產。
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