高壓地下儲(chǔ)氣井外腐蝕機(jī)理及防護(hù)措施研究

張釗

摘 要：高壓地下儲(chǔ)氣井作為CNG加氣站的設(shè)備，具有以下一些特點(diǎn)，綜合來說就是，儲(chǔ)氣量大、操作管理方便、加氣速度快、運(yùn)營時(shí)所需要的管理服務(wù)費(fèi)用低、占地總面積相對(duì)較小等，高壓儲(chǔ)氣井現(xiàn)在已經(jīng)成為我國內(nèi)部加氣站的最基本儲(chǔ)氣方式。該文針對(duì)目前國內(nèi)CNG加氣站高壓地下儲(chǔ)氣井不斷腐蝕的實(shí)際情況，探討CNG儲(chǔ)氣井外腐蝕的腐蝕機(jī)理和具體的防范措施，為進(jìn)一步推廣CNG汽車的應(yīng)用提供了技術(shù)支持和安全保障。

關(guān)鍵詞：高壓地下儲(chǔ)氣井 外腐蝕機(jī)理 腐蝕防護(hù)措施

中圖分類號(hào)：TU996 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）09（a）-0057-02

近年來，隨著我國能源需求量的日益增大和環(huán)境保護(hù)的要求卻來越嚴(yán)格，汽車量的不斷增加，更多的人在尋找清潔可替代能源，所以天然氣由于其自身是清潔能源的固有的特點(diǎn)成為了汽車燃料的主力，促進(jìn)替代原始燃料得到了飛速發(fā)展。目前CNG的儲(chǔ)氣方式可以分為三大類，主要是儲(chǔ)氣罐、大型儲(chǔ)氣罐和地下儲(chǔ)氣井，其中地下儲(chǔ)氣井是CNG加氣站最基礎(chǔ)最常用的儲(chǔ)氣方式。

1 高壓地下儲(chǔ)氣井概況

高壓地下儲(chǔ)氣井顧名思義是在地下的，它是利用特殊的工藝技術(shù)將CNG，利用石油、天然氣為媒介儲(chǔ)備在地下幾百米深處，這樣做就直接將在地面放置該設(shè)備所能產(chǎn)生的任何隱患排除在外，并且由于是完全在地下，也不會(huì)妨礙地上土地的有效利用，大大減少了土地占用面積。減少了整個(gè)工程的成本造價(jià)，縮短了整個(gè)工程的工期。但是有利有弊，由于地下的種種因素，導(dǎo)致了地下的儲(chǔ)氣井管道存在腐蝕問題，具體腐蝕情況嚴(yán)重程度不盡相同，但是對(duì)地下儲(chǔ)氣井造成腐蝕最嚴(yán)重的是硫化物氣體和二氧化碳。因此，為了使運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生系統(tǒng)損壞，減少腐蝕所帶來的傷害，就必須有針對(duì)性地對(duì)妨害地下設(shè)備的有害氣體比如硫化氫氣體和二氧化碳?xì)怏w單獨(dú)進(jìn)行防治，分析了不同原因造成儲(chǔ)氣井腐蝕并針對(duì)相關(guān)損毀原因提出了相應(yīng)的處理措施。

2 關(guān)于地下儲(chǔ)氣井腐蝕情況的研究

由于地下儲(chǔ)氣井放置的條件和位置不同、存放在地下位置的通透性不同及其他種種因素造成的條件影響不同，使得地下儲(chǔ)氣井的腐蝕程度有很多不同，有的會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的腐蝕，有的腐蝕程度較差一些，還有的就是腐蝕程度不夠嚴(yán)重，但是當(dāng)產(chǎn)生腐蝕情況時(shí)并沒有及時(shí)地發(fā)現(xiàn)或沒有及時(shí)地采取相關(guān)措施導(dǎo)致腐蝕面積慢慢擴(kuò)大，越來越嚴(yán)重，最終產(chǎn)生的腐蝕情況極其嚴(yán)重，所以不僅要分析腐蝕產(chǎn)生的原因，更要及時(shí)進(jìn)行檢查，隨時(shí)發(fā)現(xiàn)隨時(shí)采取相關(guān)措施進(jìn)行處理，將危害降至最低。以下詳細(xì)列舉地下儲(chǔ)氣井產(chǎn)生腐蝕的種種情況。

2.1 由于溶解氧的影響產(chǎn)生的腐蝕

在pH為7或者接近于7的水溶液中，如果金屬產(chǎn)生了一系列腐蝕，這些腐蝕則都屬于化學(xué)中所講述的電化學(xué)范疇，我們把管道的表面看作化學(xué)元素鐵單質(zhì)，那么在這個(gè)電池的陽極是鐵單質(zhì)而鐵單質(zhì)由于受到了相關(guān)介質(zhì)的作用而產(chǎn)生了腐蝕，那么整體電子轉(zhuǎn)移的過程是鐵單質(zhì)失去了電子，而形成了含有兩個(gè)正化合價(jià)的鐵離子，每個(gè)鐵單質(zhì)失去的電子數(shù)量為兩個(gè)，電子從整個(gè)電池的陽極轉(zhuǎn)移至陰極。同樣在電池的陰極是由溶解氧充當(dāng)，溶解氧被還原，即在電池的陰極溶解氧得到了從陽極轉(zhuǎn)移過來的電子，每個(gè)氧氣分子得到4個(gè)電子，最終形成兩個(gè)帶有負(fù)二價(jià)單位的氧離子。以上是從化學(xué)角度詳細(xì)地描述了溶解氧造成的地下儲(chǔ)氣井腐蝕原因，所以具體地下儲(chǔ)氣井的腐蝕程度還和溶解氧的濃度、擴(kuò)散速度都有一系列的關(guān)系。

2.2 二氧化碳和硫化氫氣體腐蝕的原理以及腐蝕影響因素

2.2.1 二氧化碳和硫化氫氣體腐蝕的原理

通常，在地下的環(huán)境之中，二氧化碳和硫化氫氣體本來就是共存的，同樣，由于二氧化碳和硫化氫氣體的共存，也導(dǎo)致了地下儲(chǔ)氣井設(shè)備的不同情況的腐蝕。通常當(dāng)兩種氣體共存時(shí)由于存在比例不同又會(huì)產(chǎn)生不一樣的腐蝕情況。

當(dāng)硫化氫氣體對(duì)地下儲(chǔ)氣井管道產(chǎn)生了腐蝕之后，在管道的外層自然就形成了一層硫化物，而且這種硫化物偏偏就充當(dāng)了一種保護(hù)膜作用，所以在對(duì)儲(chǔ)氣井管道產(chǎn)生腐蝕的情況下，硫化氫氣體充當(dāng)了一種具有主動(dòng)性的氣體，所以當(dāng)有大量二氧化碳?xì)怏w存在的時(shí)候，在整個(gè)氣態(tài)環(huán)境中又摻雜著少量的硫化氫氣體，這樣反而會(huì)降低儲(chǔ)氣井管道的腐蝕速率。但是有一種情況需要格外注意，那就是當(dāng)兩種氣體混合、硫化氫氣體大量存在時(shí)，就會(huì)使得儲(chǔ)氣井大大提高其腐蝕速率。

2.2.2 二氧化碳和硫化氫氣體腐蝕的影響因素

在地下，二氧化碳?xì)怏w和硫化氫氣體共存的環(huán)境中，對(duì)地下儲(chǔ)氣井腐蝕影響因素有很多，包括地下的溫度變化、充當(dāng)媒介的成分組成等，例如地下溫度的變化影響，由于二氧化碳?xì)怏w和硫化氫氣體的溶解度隨著溫度的升高而越來越低，但是化學(xué)反應(yīng)的速率會(huì)隨著溫度的升高而增快，所以當(dāng)溫度升高時(shí)，需要看溫度對(duì)兩種氣體溶解度和反應(yīng)速率的具體影響配合，即反應(yīng)速率可增加也可降低。

3 CNG儲(chǔ)氣井的具體防腐蝕措施

3.1 將固井的傳統(tǒng)方法進(jìn)行改善

傳統(tǒng)的固井方法存在很多弊端，具體的操作方法是把儲(chǔ)氣井的井筒直接放入井下面后，從井的上端直接把水泥灌進(jìn)去，現(xiàn)在的改進(jìn)工作是，將傳統(tǒng)的固井方法調(diào)整為把水泥漿從下到上灌進(jìn)去，然后不改變傳統(tǒng)方法進(jìn)行粘連，這樣做的好處是減小空隙，使得粘連更結(jié)實(shí)，當(dāng)水泥慢慢凝結(jié)以后，由于壓力的相關(guān)作用，使得井筒和井壁真正合二為一，變得非常牢固，這樣就避免了有害氣體鉆進(jìn)空隙，再加上外層的一層厚厚的水泥層的共同保護(hù)，大大減少了腐蝕率。

3.2 改善密封性能

在管子的連接處由于操作技能和材料本身的性質(zhì)，再加上不是傳統(tǒng)的自然連接就會(huì)變得異常脆弱，非常容易出現(xiàn)問題，依據(jù)SY/T6535-2020中的相關(guān)規(guī)定，在套管之間起連接作用的螺紋應(yīng)當(dāng)使用專用套管密封脂作為必要的輔助材料進(jìn)行密封，但是對(duì)套管專用密封樹脂的最大承壓能力沒有確切的分析，所以在這一領(lǐng)域還不是非常成熟，但是這對(duì)于儲(chǔ)氣井的井外防腐又是非常重要的，所以有必要進(jìn)行探討和研究，找出確切的實(shí)證分析樹脂的具體效果，以更好地使用儲(chǔ)氣井。

3.3 改善氣質(zhì)

通過對(duì)很多加氣站進(jìn)行相關(guān)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在這些加氣站中普遍存在一個(gè)問題，就是氣質(zhì)不符合國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，這部分的比例大約占70%～80%左右，這里面的具體情況不一，大部分又是由于含水量過高或者是有害氣體嚴(yán)重超標(biāo)，這樣不僅會(huì)影響儲(chǔ)氣井的實(shí)際使用壽命，更為嚴(yán)重的是會(huì)產(chǎn)生重大安全事故，所以必須對(duì)儲(chǔ)氣井的氣質(zhì)進(jìn)行改善，保障儲(chǔ)氣井的氣質(zhì)就是保障安全。

3.4 套管就是防腐處理

此外，對(duì)地下儲(chǔ)氣井的防腐蝕處理，就是對(duì)套管直接進(jìn)行防腐處理，這樣做能夠有效地制止化學(xué)作用產(chǎn)生的腐蝕，真正有效地杜絕，而且易操作、易控制、易發(fā)現(xiàn)問題、易改善。

4 結(jié)語

當(dāng)前，CNG地下儲(chǔ)氣井以其獨(dú)特的特點(diǎn)，越來越受重視，但是也存在很多問題，所以就應(yīng)該積極發(fā)現(xiàn)問題，然后具體進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)CNG地下儲(chǔ)氣井的具體現(xiàn)狀，進(jìn)一步完善不足，使其更好地促進(jìn)新能源的使用，為改善城市空氣質(zhì)量，提高公民的健康指數(shù)做出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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