[发明专利]用硫化铁涂覆碳素钢管

说明书

处理碳素钢管包括：使所述碳素钢管与包含盐的第一处理溶液接触；用所述盐腐蚀所述碳素钢管以在所述碳素钢管上产生腐蚀表面；使所述碳素钢管上的腐蚀表面与包含硫离子的第二处理溶液接触；以及通过使所述第二处理溶液中的硫离子与所述碳素钢管中的铁化学键合而在所述碳素钢管的腐蚀表面上形成硫化铁层。在一些情况下，所述第一处理溶液还包含硫离子，并且所述硫化铁层通过使所述碳素钢管与所述第一处理溶液接触而形成。

优先权要求

本申请要求于2017年3月14日提交的美国专利申请号62/471,143的优先权，将其整个内容通过引用结合于此。

技术领域

本文涉及在油田应用中用硫化铁涂覆碳素钢管(碳钢管，carbon steel tubing)，特别地用于减少腐蚀和表面结垢的方法。

背景

碳素钢管在油田应用中广泛地用作油气井中的完井材料。在水存在下碳素钢管的腐蚀和在碳素钢管上的结垢是油气井中的常见问题。腐蚀性材料如二氧化碳和硫化氢的存在加剧该问题。碳素钢管经常由于腐蚀(包括酸性(含硫，sour)全面腐蚀和酸性点蚀)而失效。另外，在与硬水接触的碳素钢管上的结垢在油气生产中产生技术问题，包括管道或阀门堵塞、沉积物下腐蚀和计划外设备停机。已经使用耐腐蚀合金和表面涂层来缓解碳素钢管的失效。然而，耐腐蚀是昂贵的，并且表面涂层具有与温度稳定性、耐磨性、离线处理和制造要求相关的限制。

概述

在第一个总体方面，处理碳素钢管包括：使所述碳素钢管与包含盐的第一处理溶液接触；用所述盐腐蚀所述碳素钢管以在所述碳素钢管上产生腐蚀表面(经腐蚀的表面，corroded surface)；使所述碳素钢管上的腐蚀表面与包含硫离子(sulfide ion)的第二处理溶液接触；以及通过使所述第二处理溶液中的硫离子与所述碳素钢管中的铁化学键合而在所述碳素钢管的腐蚀表面上形成硫化铁层。

第一个总体方面的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。

在一些实施方式中，所述碳素钢管位于地下地层中。处理所述碳素钢管可以原位地进行。

在一些实施方式中，所述第一处理溶液和所述第二处理溶液是相同的溶液，并且使所述碳素钢管与所述第一处理溶液接触以及使所述碳素钢管的腐蚀表面与所述第二处理溶液接触同时进行。

在一些实施方式中，所述第一处理溶液的温度为至少100°F或至少150°F。可以使所述碳素钢管与所述第一处理溶液接触至少5小时、至少10小时、至少15小时或至少20小时。

在一些实施方式中，所述盐包括钠、镁、钾、铵和钙中的至少一种。在一些实施方式中，所述盐包括氯离子(chloride)、磷酸根(phosphate)、碳酸根(carbonate)和碳酸氢根(bicarbonate)中的至少一种。所述第一处理溶液中的盐的浓度典型地为按重量计至少100,000ppm、按重量计至少150,000ppm或按重量计至少200,000ppm。

在一些实施方式中，所述第二处理溶液中的硫离子的浓度为按重量计至少50ppm、按重量计至少100ppm、按重量计至少150ppm或按重量计至少200ppm。

在一些实施方式中，所述碳素钢管上的硫化铁层的厚度为至少10μm。

在一些实施方式中，所述硫化铁层在所述碳素钢管上形成疏水性涂层。

所述第一处理溶液的pH典型地在2至10的范围内。所述第二处理溶液的pH典型地在3至8的范围内。在一些实施方式中，所述第一处理溶液和所述第二处理溶液是相同的，并且所述第一处理溶液的pH在2至10的范围内。

在第二个总体方面，处理碳素钢管包括：使所述碳素钢管与包含硫离子和盐的处理溶液接触；用所述盐腐蚀所述碳素钢管以在所述碳素钢管上产生腐蚀表面；以及通过使所述硫离子与所述碳素钢管中的铁化学键合而在所述碳素钢管的腐蚀表面上形成硫化铁层。