油气田开采过程中H2S腐蚀影响因素研究

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1、第3s卷第1期石油钻探技术V(j1．38No．12()1L)年1月PETR()IEl_jMDRlIII(TF(、HN1QUES}a11．．2O1O●油藏与开采油气田开采过程中H2S腐蚀影响因素研究李东霞王克锋苏玉亮。t罔石油犬学(华东)物理科学与技术学院．【U东东营257)61；2．中围石油大学(华东)石油程学院．山东东营257061)摘要：在石油勘探开发中．钻井、采油、采气、集输工程使用的金属设备都伴随着H!S的腐蚀。建立了HS腐蚀速率预测模型．分析了油气田开采过程中H!S腐蚀的影响因素。分析结果表明：钢铁在H!S环境中的腐蚀速率受H—S气体的浓

2、度、温度、流速和保护膜等因素的影响；腐蚀速率随着温度的升高而增大，随H!S气体浓度的增加先增大后降低，而随流速的增加先增大后趋于稳定：钢铁表面的结垢厚度是腐蚀速率和沉积速率两个因素共同作用的结果．它随Hs气体浓度的增大而增大。随流速的增大而减小；随着反应时间的增长．钢铁设备表面结垢的厚度增大．最后趋于稳定；由于结垢厚度的增大．其对铜铁设备的保护作用增强．当厚度不再增大时腐蚀速率也基本趋于稳定。关键词：油气开采；硫化氢腐蚀；腐蚀速率；结垢：数学模型中图分类号：FE958文献标识码：A文章编号：1[)(]10890(2010)0l一0093-04石油和

3、天然气中的腐蚀性气体H!S是石油形假设：成过程中有机物质被细菌分解时产生的，是石油的1)不考虑C()：和有机酸等因素的影响；伴生气体。在石油勘探开发中．钻井、采油采气、集2)结垢是由FeS和碳酸铁等多种物质组成的；输工程使用的金属设备都伴随着H!S的腐蚀。钻3)在很低的pH值条件下外层的结垢和内层井过程中钻井T具处于硫化氢导电性钻井溶液中，的保护膜被溶解破坏；钻具处于拉、压、弯、扭的环境中使H!S腐蚀更为严4)局部损伤。重。油井采出液的含水量比较大。溶解在水中的1．1H：S的作用模型H!S对腐蚀起决定作用。在原油形成、运移、聚集过程巾，因含硫有机物

4、的存在，加上高温高压的环境HS的腐蚀速率主要受扩散通量的影响。硫作用．能够分解形成比较稳定的H?S。H?S在水中化物从外向里的扩散可分为3个过程：1)H!S从溶的溶解度比较高，因而具有强烈的腐蚀性～。在浦液进入外层疏松的FeS结垢；2)HS穿过疏松的结气开采过程中。有时必须对低渗透地层进行酸化处垢进入内层致密的FeS膜；3)H?S穿过内层致密理，残留在井下的无机酸使产出液的PH值很低；某FeS膜到达金属表面。些特定部位由于微生物(特别是硫酸盐还原菌)活H：S从溶液进入外层疏松FeS结垢的扩散通动，也会产生强腐蚀性的硫化氢；修井、添加化学药量7：：剂

5、等作业均可能把氧气带入井下，这些因素无疑会_，1一÷是l1s(1IIl¨s一(、s)(1)促使酸性油气田HS腐蚀的进程。HS的腐蚀机理‘异常复杂．随着H：S浓度、温度、pH值、流体H：S穿过疏松的结垢层进入内层致密FeS膜流速和FeS结垢等因素的不同．窝蚀产物也有Fe。、的扩散通量一。、：FeS、Fe和FeS等多种．其保护性能也相差很大．-『!一型)(2)要建立准确、普适的模型较为困难。为分析油气开采．过程中Hs腐蚀的主要影响因素．笔者建立了一个收稿日期：20(10¨j一12；改回日期：!11912一：nH!S腐蚀模型．对主要影响冈素进行了分析。基

6、金项目：”泰山学者”建设工程专项经费资助(缟号：f2i)1~7,37(1】)作者简介：李东霞(197)．女．"9年毕业于石油大学f事东)1HS腐蚀模型化工机械专业．2003年获油气田开发工程专业硕士学位．讲师．主要从事材料物理及油田开发方面的教学及科研工作基于对硫化氢腐蚀过程的描述．首先做以下联系方式：(Oi6)83980(、6．lll

7、l1g!∞!frI16{．㈣Tn石油钻探-it．术HS穿过内层致密FeS膜到达金属表面的扩在液相中的分散浓度，mol／m。；D+为游离H。。在水散通量引：中的扩散系数，DH+一2．80×10～，rfl。／s；AH+

8、、BHBHzSCi为阿列纽斯常数，AH+一3．9×10tool／(rrl。·s)，。3一一AAwH2see—1『In'H2S)(3)Bw+=15500J／tool；Cs,H+为钢铁表面的H浓度，式中，．，1、J2和J。为扩散通量，tool／(m·s)；ks通常为1．OO×10mol／m。。为H。S在流体界面上的传输系数，在近静止的情况最后得到有氢驱动和有HS结垢控制的腐蚀速率的表达式为：下为1．OO×10m／s；，为液相中HS的分散VR一R+VR，H+(7)浓度，mol／m。；CD．H为HS在结垢层／溶液界面上，Hs的浓度，mol／m。；D为HS在

9、水中的扩散系数，DHs一2．00×10m／s；￡为外层FeS的孔因子；2模型的计算与分析为外层FeS的弯曲因子为HS在内层