高含C02氣田集輸防腐工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

田雨松（中國石化東北油氣分公司工程技術(shù)研究院，吉林 長春 130062）

高含C02氣田集輸防腐工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

田雨松（中國石化東北油氣分公司工程技術(shù)研究院，吉林 長春 130062）

在油氣田的開發(fā)過程中，油氣集輸管道和技術(shù)設(shè)備往往由于CO2的腐蝕而導(dǎo)致泄漏和破壞。管道的CO2腐蝕多是高壓多相流動介質(zhì)CO2腐蝕，受到流速、溫度、壓力、pH值等許多因素的影響，不僅會發(fā)生大面積的全面腐蝕，而且往往發(fā)生點狀、臺地狀、渦旋狀和燒瓶狀等局部腐蝕，危害很大。

氣井；CO2腐蝕；油氣集輸；安全與防腐

根據(jù)腰英臺氣田的油藏開發(fā)數(shù)據(jù)，腰英臺氣田氣中含有CO2，游離水含Cl-，因此集輸系統(tǒng)的腐蝕與防護不可忽視。

1 氣田背景

松南氣田探明天然氣地質(zhì)儲量470×108m3，產(chǎn)出天然氣CO2含量高達25%以上。CO2腐蝕是油氣生產(chǎn)中遇到較普遍的一種侵蝕形式，在使用碳鋼和低碳鋼的場合，它容易導(dǎo)致較高的腐蝕速率和嚴(yán)重的局部腐蝕，危害很大。松南氣田為高含二氧化碳氣田，CO2分壓高達2.115～5.875Mpa，屬于嚴(yán)重腐蝕環(huán)境，通常腐蝕速率可達3～7mm∕a，為防止松南氣田因管道腐蝕造成天然氣集輸系統(tǒng)嚴(yán)重危害，經(jīng)過對國內(nèi)外含二氧化碳氣田集輸系統(tǒng)管道管材的研究，從安全性、經(jīng)濟性、生產(chǎn)制造能力以及現(xiàn)場施工的質(zhì)量控制等多方面綜合考慮，松南氣田集輸管線選用316L不銹鋼材質(zhì)管材。

2 腐蝕影響因素

2.1 CO2影響因素

CO2溶入水后對鋼鐵有極強的腐蝕性。在相同的pH值下CO2的總酸度比鹽酸高，對鋼鐵的腐蝕比鹽酸嚴(yán)重。

2.2 Cl-影響因素

Cl-的腐蝕有兩種原因，一是部分氣井相應(yīng)入井液中含有大量的Cl-，由于存在漏失，反排期間會持續(xù)對集輸系統(tǒng)造成腐蝕，破壞金屬表面氧化膜，在CO2和Cl-雙重作用下，短期內(nèi)造成嚴(yán)重的腐蝕；二是Cl-具有極易吸附在金屬表面的性質(zhì)，當(dāng)管道凹凸不平時，Cl-很容易在這些部位附著，腐蝕金屬，導(dǎo)致彎頭、三通焊接位置腐蝕嚴(yán)重。

2.3 雜質(zhì)影響因素

通過檢測，在閥門位置發(fā)現(xiàn)大量雜質(zhì)，為砂礫沖擊破碎并經(jīng)氣流沖刷所致，由于集輸系統(tǒng)中有大量的彎頭、三通、閥門，氣流中攜帶的砂礫會對這些位置造成非常嚴(yán)重的沖刷腐蝕，導(dǎo)致彎頭、三通、閥門的腐蝕程度更為嚴(yán)重。

3 防腐材料的對比分析及選擇

通過腐蝕研究可以看出，腐蝕是多鐘因素共同作用的結(jié)果，針對高含CO2氣田，也需要多鐘防腐措施相應(yīng)配合的形式，降低氣田腐蝕速率。

3.1 優(yōu)選管材抑制防腐

根據(jù)現(xiàn)場腐蝕速率監(jiān)測、儀器化驗分析；相同氣田不同管材材質(zhì)對CO2腐蝕速率的影響。

一般來說，目前油氣管線用鋼主要以碳鋼和低合金鋼為主，當(dāng)輸送介質(zhì)具有腐蝕性時，則應(yīng)選用耐腐蝕性較好的高合金鋼。合金元素對管道內(nèi)CO2的腐蝕速率有一定的影響，向低碳鋼和低合金鋼中添加少量的合金元素，其耐腐蝕性將提高。根據(jù)本項目CO2高度腐蝕工況條件，則主要有普通低碳鋼和低合金鋼、馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼、非金屬管或金屬復(fù)合管等管道材料可供選擇。

3.2 在線腐蝕檢測

在線腐蝕檢測目前已經(jīng)成為國內(nèi)外油氣田防腐工作不可缺少的手段，在高含CO2的油氣田和煉化企業(yè)應(yīng)用十分廣泛，它不但可以優(yōu)化防腐工藝、減少事故和非計劃停車，還能加速油氣田防腐管理工作水平提升。

目前腐蝕檢測的方法很多，大致分為直接測試腐蝕速率和間接判斷腐蝕傾向法。

①直接測試腐蝕

直接測試腐蝕速率的方法有掛片法、電阻探針法、線性極化電阻法、超聲波探傷測厚和電感探針法。

②間接判斷腐蝕傾向法

間接判斷腐蝕傾向的方法有PH值測試法、細菌含量測試法、總鐵含量檢測法、測定水中溶解性氣體法、測定天然氣中CO2分壓法、軟件預(yù)測法、電子顯微鏡與X射線衍射法、天然氣露點法、電偶∕電位測量法和氫滲透等。

4 防腐方案

普通碳鋼材料不適合在腰英臺氣田開發(fā)地面建設(shè)工程集氣環(huán)境中直接使用；考慮到腰英臺氣田地下水氯離子含量，而且局部腐蝕以氯離子為代表的鹵素離子等引起的點蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕破裂最為常見。解決或改善氯離子局部腐蝕從不銹鋼來講，雙相不銹鋼具有抗晶間腐蝕的能力和抗焊熱裂的作用又具有很好的耐CO2腐蝕性能。但價格昂貴，采購周期較長，且對焊接工藝及焊工操作水平的要求均較高，因而施工難度較大。

防腐措施的選擇應(yīng)盡量滿足技術(shù)性能、使用壽命、安全保障和經(jīng)濟性的綜合評價的最佳。因此，針對腰英臺氣田采氣管線的CO2腐蝕控制，在對目前腐蝕狀況分析研究報告、以及眾多防腐蝕措施進行比較的基礎(chǔ)上，提出方案。

采用奧氏體不銹鋼316L：316L鋼是一種通用性的不銹鋼，具有良好的耐腐蝕性，具有一定的耐氯離子性能，在溫度不高于60℃的情況下，316L不銹鋼耐氯離子腐蝕濃度界限約為300ppm，耐氯離子能力優(yōu)于0Cr18Ni9(304)，詳見表1氯離子環(huán)境下不銹鋼材料選擇。

316L的抗應(yīng)力腐蝕要好于0Cr18Ni9(304)，并且可焊性好于13Cr，采購和焊接工藝方面都優(yōu)于13Cr。

綜上針對腰英臺天然氣田地面建設(shè)工程管線的腐蝕環(huán)境，考慮可焊性能等綜合因素，推薦使用管線材料選擇316L。

從國內(nèi)外文獻和研究報道的耐蝕材料選擇、防腐經(jīng)驗和所采取的措施來看，不同CO2氣田的腐蝕環(huán)境，所采用的耐蝕材料及防腐措施也各有所不同。國外比較重視使用高耐蝕性的金屬材料來減緩腐蝕的措施。采用提高管道材質(zhì)本身抗腐蝕性能來防止各種腐蝕是在各種防腐措施中是最可靠的，也是有效安全、簡便易行的措施。

5 結(jié)語

松南氣田井場工藝管線選用316L不銹鋼材質(zhì)，集氣管線選用L360+316L（4+2mm）的復(fù)合鋼管以及其相應(yīng)的焊接工藝，成功的解決了二氧化碳腐蝕對集輸管道造成的危害，保障了松南氣田的安全生產(chǎn)，同時也有效降低了投資成本。目前，松南氣田已建成生產(chǎn)井場24座，集輸管道44.3km，集氣干線3.9km，集氣站一座，集氣處理站一座，集氣量300×104m3∕d，集輸系統(tǒng)從2009年投產(chǎn)至今連續(xù)運行平穩(wěn)，從未發(fā)生因CO2腐蝕引發(fā)的安全事故。

[1]喻焰.埋地天然氣管道防腐技術(shù)的新進展.煤氣與熱力，2001（6）：535-537.

[2]孫勇.埋地金屬管道的腐蝕與防護.化工裝備技術(shù)，2005, 26（3）：73-75.