勝利油田管道防腐技術(shù)研究及應(yīng)用

閆方平

(承德石油高等?？茖W(xué)校，河北 承德 067000)

0 引言

金屬和它所處的環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而引起的變質(zhì)和破壞稱為金屬腐蝕[1]。據(jù)調(diào)查，每年由于腐蝕造成的損失約占國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總產(chǎn)值的2%～4%。在目前的油田生產(chǎn)過程中，由腐蝕所造成的停工、停產(chǎn)、滴、漏等事故，增加了油田的生產(chǎn)成本，影響了油田的正常生產(chǎn)，腐蝕問題已經(jīng)影響到石油工業(yè)的生存與發(fā)展[2,3]。

勝利油田進(jìn)入特高含水期后，隨著提液量加大，采出砂(平均占采出液0.75‰)對(duì)集輸管道的磨蝕破壞也日趨嚴(yán)重。在強(qiáng)腐蝕區(qū)新建的鋼管道，由于內(nèi)外腐蝕的共同作用，3～6個(gè)月就開始穿孔，6～12個(gè)月就大修，1～2年就報(bào)廢重建，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失[4,5]。

1 腐蝕影響因素分析

采用電化學(xué)法對(duì)腐蝕影響因素進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.1 試驗(yàn)儀器及材料

CMB-4510A腐蝕速度測(cè)量?jī)x、高溫高壓掛片動(dòng)態(tài)腐蝕儀、電熱恒溫干燥箱、恒溫水浴、游標(biāo)卡尺(精度為0.02mm)、電子分析天平(感量為0.lmg)、酸度計(jì)、溫度計(jì)、電吹風(fēng)、移液管等試驗(yàn)儀器。

A3鋼掛片、無(wú)水乙醇(分析純)、無(wú)水硫酸鈉(分析純)、丙酮(分析純)、氫氧化鈉(分析純)、氯化鈉(分析純)、氯化鈣(分析純)、碳酸氫鈉(分析純)、鹽酸(分析純)、濾紙、砂紙等試驗(yàn)材料。試驗(yàn)介質(zhì)為勝利油田模擬水。

1.2 壓力對(duì)腐蝕速率的影響

利用CMB-4510A型腐蝕速度測(cè)量?jī)x與高溫高壓掛片腐蝕儀進(jìn)行壓力對(duì)腐蝕速度的影響實(shí)驗(yàn)。在溫度設(shè)定55℃，轉(zhuǎn)速為300檔，pH值設(shè)定為7，不同壓力(0.1MPa、1MPa、2MPa、3MPa、4MPa等)的自配水腐蝕速率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 腐蝕速率隨壓力的變化曲線

從圖1中可以看出壓力從0.1MPa增大到5MPa時(shí)，電化學(xué)法測(cè)得的腐蝕速率隨壓力的變化趨勢(shì)是相同的，隨著壓力的增加腐蝕速率急劇增加最大高達(dá)20mm/a。由CO2分壓概念下的腐蝕動(dòng)力學(xué)可知，當(dāng)溫度一定時(shí)，CO2分壓值越大，材料的腐蝕就越快，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論分析一致。

1.3 溫度對(duì)腐蝕速率的影響

利用CMB-4510A型腐蝕速度測(cè)量?jī)x與高溫高壓掛片腐蝕儀進(jìn)行溫度對(duì)腐蝕速度的影響實(shí)驗(yàn)。在壓力設(shè)定為2.5MPa，轉(zhuǎn)速設(shè)定為300檔，pH值設(shè)定為7，不同溫度(30、40、50、60和70℃等)的自配水腐蝕速率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 腐蝕速率隨溫度的變化關(guān)系曲線

從圖2中可以看出，在30℃～70℃的溫度范圍內(nèi)，腐蝕速率隨溫度的升高而快加。理論分析認(rèn)為，腐蝕是一種化學(xué)反應(yīng)，通常隨溫度升高，氧的擴(kuò)散過程和電極反應(yīng)速度加快，腐蝕加劇，擴(kuò)散速度增大，電解液電阻下降，陰極過程和陽(yáng)極過程均被加速。而且溫度對(duì)鈍化膜也有影響，往往在一個(gè)溫度生成的膜在另一溫度便會(huì)溶解，高溫下鈍化變的困難，腐蝕則加劇[6]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析結(jié)果相一致。

1.4 流速對(duì)腐蝕速率的影響

利用CMB-4510A型腐蝕速度測(cè)量?jī)x與高溫高壓掛片腐蝕儀進(jìn)行流速對(duì)腐蝕速度的影響實(shí)驗(yàn)。在溫度設(shè)定55℃，壓力為2.5 MPa，pH值為7，不同轉(zhuǎn)速(100、200、300、400、500等)的自配水腐蝕速率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 腐蝕速率隨轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系曲線

從圖3中可以看出轉(zhuǎn)速在100檔時(shí)，腐蝕速率為3.5mm/a，隨轉(zhuǎn)速增加腐蝕速率急劇增加，這是因?yàn)楫?dāng)金屬表面沒有腐蝕產(chǎn)物膜覆蓋時(shí)，流速會(huì)使CO2腐蝕速率明顯的增加。流速增大，使介質(zhì)中的去極化劑能更快擴(kuò)散到電極表面，陰極去極化增強(qiáng)，同時(shí)產(chǎn)生的Fe2+迅速地離開腐蝕金屬表面，這些作用使得腐蝕速率增大。

1.5 pH值對(duì)腐蝕速率的影響

用CMB-4510A腐蝕速度測(cè)量?jī)x測(cè)定靜態(tài)條件下pH值對(duì)腐蝕速率的影響規(guī)律，在壓力設(shè)定為2.5 MPa，轉(zhuǎn)速設(shè)定為300檔，溫度設(shè)定55℃，不同pH值下的腐蝕速率大小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 腐蝕速率隨pH值的變化關(guān)系曲線

從圖4中可以看出在酸性環(huán)境下，酸性越強(qiáng)則腐蝕速率越大，在pH值為3.5時(shí)，腐蝕速率高達(dá)17mm/a。隨pH值升高腐蝕速率明顯下降，可以看到當(dāng)pH值為6時(shí)，腐蝕速率已經(jīng)降到3mm/a左右，此時(shí)再調(diào)節(jié)pH值，腐蝕速率變化則不太明顯。

2 防腐劑的篩選

為驗(yàn)證電化學(xué)法的可靠性，同時(shí)采用了電化學(xué)法和掛片法對(duì)A、B、C、D四種防腐劑的防腐效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1 電化學(xué)方法

實(shí)驗(yàn)所用的水樣是直接從勝利油田坨三站采集的水樣。采用電化學(xué)方法，用CMB-4510A腐蝕速率測(cè)量?jī)x，在動(dòng)態(tài)55±1℃，評(píng)價(jià)四種防腐劑的防腐效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 電化學(xué)法測(cè)得防腐劑對(duì)腐蝕速率的影響

從圖5中可以看出，在濃度為20mg/L時(shí)，防腐劑B、C效果明顯優(yōu)于防腐劑A的效果，當(dāng)防腐劑濃度≤30mg/L時(shí)，三防腐劑都有較好的防腐效果，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用要求。而D的防腐效果不是很理想，隨著它濃度的增大腐蝕速率先減小，但是當(dāng)濃度超過一定值以后，腐蝕速率反而隨著濃度的增大而增大。

2.2 掛片法

為了提高室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的可靠性和驗(yàn)證電化學(xué)方法的準(zhǔn)確性，使用掛片進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)所使用的水樣是直接從勝采坨三站采集回來(lái)的水樣，實(shí)驗(yàn)溫度控制在55℃。采用靜態(tài)掛片法測(cè)量防腐劑的防腐效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 掛片法測(cè)得防腐劑對(duì)腐蝕速率的影響

從圖6中可以看出，雖然和電化學(xué)法比較存在一定誤差，但總體上腐蝕速率是隨著防腐劑濃度的增大而降低，這與電化學(xué)方法測(cè)得的規(guī)律是基本一致的。間接證明了電化學(xué)法的可靠性，為油田緩蝕劑的選用提供了一種方便、快捷的評(píng)價(jià)方法。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，考慮實(shí)際應(yīng)用中的性價(jià)比，采用防腐劑A進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，投放方式為油套環(huán)空周期加藥法。

3.1 加藥方案設(shè)計(jì)

(1)藥劑用量：?jiǎn)尉栏瘎〢加藥濃度為30mg/L，每?jī)商旒右淮?，按?shí)際單井產(chǎn)水量計(jì)算每次加藥劑量。

(2)潤(rùn)濕管壁：使用15L濃度為15mg/L的防腐劑A和2%有機(jī)防膨劑HTD的混合溶液預(yù)沖洗潤(rùn)濕管壁。

(3)環(huán)空加藥：將防腐劑A配成15L溶液，從環(huán)空緩緩倒入。

(4)沖洗掛壁：采用15L濃度為15mg/L的防腐劑A沖洗掛壁。

3.2 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

2007年6月對(duì)勝利油田兩口腐蝕較嚴(yán)重的勝1-A井和勝1-B井開展了油套環(huán)空投加緩蝕劑防腐試驗(yàn)，并將井口改加旁通，旁通兩頭由閘門控制，中間放置掛片。日常油井產(chǎn)液走旁通，取放掛片時(shí)(1次/20 d)改走主干道，關(guān)旁通上、下游閘門，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)產(chǎn)液腐蝕狀況，試驗(yàn)結(jié)果表明，勝1-A井和勝1-B井的緩蝕率分別為95.7%和95.8%，試驗(yàn)期間，兩口防腐井共創(chuàng)經(jīng)濟(jì)收益123.23萬(wàn)元，達(dá)到防腐效果，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

(1)采用電化學(xué)法評(píng)價(jià)了壓力、溫度、流速、pH值等因素對(duì)腐蝕的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，腐蝕速率隨壓力的增加、溫度的升高、流速的增大而增加；pH值小于7.0時(shí)腐蝕速率隨pH值的增大而減小，pH值大于7.0時(shí)，腐蝕速率受pH值影響不大。

(2)針對(duì)勝利油田管道腐蝕問題，采用電化學(xué)法和掛片法評(píng)價(jià)了四種防腐劑A、B、C、D的防腐效果，結(jié)果表明，防腐劑A、B、C的防腐效果都不錯(cuò)。

(3)從經(jīng)濟(jì)效益分析，選用防腐劑A進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，結(jié)果表明，投加防腐劑后有效抑制了腐蝕，有利于提高油田經(jīng)濟(jì)效益。

[1]中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)編寫. 金屬防腐蝕手冊(cè). 第一版. 上海: 科學(xué)技術(shù)出版社, 1989: 1-2.

[2]張學(xué)元, 雷良才. 二氧化碳腐蝕與控制. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2000, 1-5.

[3]哈利伯頓公司著[美], 侯高文、李玉堂譯, 蔣舜錚校. 油田二氧化碳使用手冊(cè), 東營(yíng): 石油大學(xué)出版社, 1989: 1-10.

[4]王文.勝利油田集輸管道腐蝕控制技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 石油工程建設(shè),2001,12(6):11-12.

[5]柳言國(guó).勝利油田防腐蝕技術(shù)評(píng)價(jià)中試系統(tǒng)[J].腐蝕與防護(hù),2007,1(1):45-46.

[6]《油氣田腐蝕與保護(hù)技術(shù)手冊(cè)》編委會(huì). 油氣田腐蝕與保護(hù)技術(shù)手冊(cè). 第一版. 北京: 石油工業(yè)出版社, 1999: 50-51.