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抗高温高密度无机盐完井液中复合缓蚀剂对P110钢的抑制腐蚀作用与机理

邹鹏 张世林 黄其 杨洁 王建 王智芳 张龙

邹鹏,张世林,黄其,等. 抗高温高密度无机盐完井液中复合缓蚀剂对P110钢的抑制腐蚀作用与机理[J]. 钻井液与完井液,2023,40(2):272-278 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.02.017
引用本文: 邹鹏,张世林,黄其,等. 抗高温高密度无机盐完井液中复合缓蚀剂对P110钢的抑制腐蚀作用与机理[J]. 钻井液与完井液,2023,40(2):272-278 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.02.017
ZOU Peng, ZHANG Shilin, HUANG Qi, et al.The inhibitive performance and mechanisms of a compound corrosion inhibitor in inhibiting P110 steel in a high temperature high density inorganic salt completion fluid[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2023, 40(2):272-278 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.02.017
Citation: ZOU Peng, ZHANG Shilin, HUANG Qi, et al.The inhibitive performance and mechanisms of a compound corrosion inhibitor in inhibiting P110 steel in a high temperature high density inorganic salt completion fluid[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2023, 40(2):272-278 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.02.017

抗高温高密度无机盐完井液中复合缓蚀剂对P110钢的抑制腐蚀作用与机理

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.02.017
基金项目: 中国石油集团油田技术服务有限公司科学研究与技术开发项目“超深、超高温、超高压井试油测试关键技术研究与应用”(2022T-002-002);中国石油集团渤海钻探工程有限公司重大研发项目“塔里木地区高温高密度无固相测试完井液体系研究”(2020ZD06F-03)
详细信息
    作者简介:

    邹鹏,高级工程师,博士,1982年生,毕业于华中科技大学材料学专业,现在从事压裂酸化技术研究及油田化学剂的开发工作。电话(022)25935632;E-mail:zoupeng02@cnpc.com.cn

  • 中图分类号: TE257.6

The Inhibitive Performance and Mechanisms of a Compound Corrosion Inhibitor in Inhibiting P110 Steel in a High Temperature High Density Inorganic Salt Completion Fluid

  • 摘要: 针对高温深井(井温>160 ℃,井深>5000 m)的油气勘探开发过程中平衡地层压力、减轻储层伤害及防腐的需要,开发了一种低腐蚀性高密度无机盐完井液体系。采用高温高压腐蚀仪及失重法评价了在不同温度(160~180 ℃)、密度(1.80~2.30 g/cm3)及缓蚀剂加量(1%~5%)下该完井液对P110钢片的腐蚀规律。研究结果表明,随着温度的增加,平均腐蚀速率及点腐蚀速率增加,随着缓蚀剂加量的增加,腐蚀速率随之降低,完井液中的缓蚀剂具有较好的缓蚀效果。采用场发射扫描电镜(SEM)观察了P110钢片表面形成了致密的缓蚀产物膜。采用X-射线能谱仪(EDS)、X-射线光电子能谱仪(XPS)揭示了完井液中缓蚀剂与P110钢片的缓蚀作用机理,在P110钢片表面主要形成了Fe3O4及Fe2O3,以及三价铁与完井液缓蚀剂中有机成分形成的有机铁络合物。缓蚀剂不仅参与了产物膜的生成,而且促进了铁的氧化钝化,协同实现了高密度无机盐完井液在高温下对P110钢的缓蚀效果。低腐蚀性高密度无机盐完井液体系在安徽无为现场试验1口井,在平衡地层压力的基础上,降低了无机盐完井液对完井管柱的腐蚀作用,推广应用前景广阔。

     

  • 图  1  P110钢片在不同溶液中高温高压腐蚀后 状态(a)及表面腐蚀形貌(b、c)

    注:实验介质为密度2.0 g/cm3、缓蚀剂加量5%的无机盐完井液,实验温度为180 ℃

    图  2  P110钢片表面在腐蚀前后的SEM图

    注:(a)~(b):P110钢片腐蚀前的照片,(a)-放大倍数3000倍,(b)-放大倍数10 000倍;(c)~(d):P110钢片在完井液中腐蚀后的照片,(c)-放大倍数3000倍,(d)-放大倍数10 000倍

    图  3  P110钢片腐蚀前的微观形貌及能谱面扫分析

    图  5  P110钢片腐蚀前后的X射线能谱分析

    注:(a):P110钢片腐蚀前的元素含量组成;(b):P110钢片在完井液中浸泡后的元素含量组成

    图  4  P110钢片在完井液中腐蚀后的微观形貌及能谱面扫分析

    图  6  完井液浸泡实验后P110钢片表面的XPS全谱图

    图  7  完井液浸泡后的P110钢片表面的XPS能谱解析图

    注:a-Fe2p;b-O1s;c-C1s;d-N1s

    表  1  P110钢片在无机盐高密度完井液及清水中的静态腐蚀规律

    BH-HSJ/
    %
    ρ/
    g·cm−3
    T/
    t/
    d
    平均腐蚀速率/
    mm·a−1
    最大点腐蚀速率/
    mm·a−1
    5.0 1.8 160 3 0.2120 7.970
    5.0 1.9 160 3 0.0638 未见点蚀
    5.0 2.0 160 3 0.4790 2.120
    5.0 1.8 180 3 0.8289 3.950
    5.0 1.9 180 3 0.2130 1.380
    5.0 2.0 180 3 0.6496 3.980
    1.0 2.3 180 7 7.1542 15.930
    3.6 2.3 180 7 3.4299 7.290
    5.0 2.3 180 7 1.6925 5.620
    清水 180 7 0.3251 1.732
      注:①表1中同一密度的无机盐高密度完井液由同一无机盐配方的基础加重液与特定加量的缓蚀剂制备而成;②高温高压腐蚀实验测试温度为160~180 ℃,压力为25 MPa,测试时间为3~7 d
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    表  2  P110钢表面各元素含量分析

    样品号ωFeωCωOωNωZnωCaωClωBrωSi
    1#95.801.651.860.380.32
    2#53.123.9738.023.160.630.350.340.200.20
      注:①1#为未经浸泡的P110空白样;②2#为在高密度无机盐完井液中及在180 ℃及25 MPa下浸泡3 d后的P110试样
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-11-20
  • 修回日期:  2023-02-25
  • 录用日期:  2022-12-01
  • 刊出日期:  2023-03-30

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