高含硫集氣管線腐蝕監(jiān)控技術研究

鄧希 廖柯熹 汪楓 李珊 蔡德強

1.西南石油大學石油與天然氣工程學院 2.中國石油西南油氣田公司天然氣研究院 3.中國石油西南油氣田公司蜀南氣礦

高含硫氣田硫化氫的強腐蝕性威脅著氣田的正常開發(fā)與生產(chǎn)，嚴重時甚至造成巨大的經(jīng)濟損失和安全事故[1-2]。國內(nèi)外為了控制硫化氫腐蝕，多采用添加緩蝕劑的方式進行腐蝕控制。但由于集氣管線較長(超過10 km)，傳統(tǒng)泵注工藝容易造成管線末段緩蝕劑吸附不均衡，可能引起局部腐蝕。針對這種情況，研究了緩蝕劑涂覆預膜技術在高含硫集氣管線上的應用效果，對高含硫集氣管線的腐蝕控制具有一定的借鑒意義。

1 緩蝕劑涂覆預膜現(xiàn)場試驗

1.1 試驗管線概況

試驗管線為一條含H2S/CO2集氣管線，基本情況見表1。

表1 試驗管線基本情況Table 1 Basic situation of test pipeline起點終點管線規(guī)格/mm×mm管線長度/km材質(zhì)輸壓/MPaρ(H2S)/(g·m-3)ρ(CO2)/(g·m-3)氣量/(104 m3·d-1)ABΦ273×8.827.4L360QS8.54512072

1.2 室內(nèi)緩蝕劑篩選

參照JB/T 7901-2001《金屬材料實驗室均勻腐蝕全浸試驗方法》、SY/T 5273-2014《油田采出水處理用緩蝕劑性能指標及評價方法》進行室內(nèi)緩蝕劑篩選評價，考察緩蝕劑的防腐性能、乳化性能、配伍性能。要求在現(xiàn)場工況中，緩蝕率大于90%、不發(fā)生乳化、無沉淀、配伍性能良好，緩蝕劑膜具有良好的適應性。

1.3 現(xiàn)場試驗

1.3.1緩蝕劑涂覆預膜

緩蝕劑采用雙球定量注入預膜[3-4]，定量注入是通過在主管發(fā)送端已建成的緩蝕劑儲存段注入預膜所需的緩蝕劑，由兩只高密度定量注入球夾載緩蝕劑以天然氣為動力推動緩蝕劑均勻通過管道，該注入技術在第二只高密度定量注入球上設有旁路的噴射孔使定量注入的緩蝕劑發(fā)生湍流，在緩蝕劑均勻通過管道時實現(xiàn)有效優(yōu)化預膜。加注工藝如圖1所示。

緩蝕劑加注量按式(1)計算，該公式是根據(jù)國外管道預膜用量經(jīng)驗值推算而得出的[5]。

V=2.4DL

(1)

式中：V為預膜量，L；D為管徑，cm；L為管長，km。

1.3.2腐蝕監(jiān)測

為了監(jiān)測緩蝕劑在管線內(nèi)部各個方向的涂覆效果，應選擇能夠?qū)崿F(xiàn)管線全周向監(jiān)測的腐蝕監(jiān)測方法。目前，國內(nèi)外全周相腐蝕監(jiān)測方法主要包括FSM和無損氫探針技術[6-8]，兩種方法的優(yōu)缺點見表2。

結(jié)合現(xiàn)場高含H2S情況，并考慮成本，采用無損氫探針技術對現(xiàn)場預膜效果進行評估。無損氫探針設備型號為Hydrosteel6000(見圖2)，該便攜式檢測儀適用于腐蝕風險點查找和緩蝕劑效果跟蹤。氫探針技術最大的優(yōu)點是非介入性測量，其原理是通過測量滲透到氫探針中的氫分子量計算氫滲透率。在典型的腐蝕環(huán)境下，管道的腐蝕越嚴重，腐蝕介質(zhì)滲透進入管道外壁的氫含量就越多，即氫通量越大。

表2 腐蝕監(jiān)測技術對比分析Table 2 Comparison and analysis of corrosion monitoring technology腐蝕監(jiān)測方法優(yōu)缺點管道全周向監(jiān)測方法(FSM)優(yōu)點:能測定管壁局部損傷和管壁均勻損傷,不影響生產(chǎn)缺點:費用昂貴無損氫探針優(yōu)點:特別適用于H2S腐蝕環(huán)境,費用經(jīng)濟,不影響生產(chǎn)缺點:無法直接反映腐蝕速率

腐蝕監(jiān)測點位于集氣管線末端，沿氣流方向順時針標注12點鐘方向、3點鐘方向和6點鐘方向3個點。通過測量這3個方向的氫通量值，分別判斷緩蝕劑在管道上、中、下3個部位的防腐效果，實現(xiàn)全周向監(jiān)測(見圖3)。

2 結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

2.1 緩蝕劑篩選評價

將可用于高酸性氣田集輸系統(tǒng)的緩蝕劑在5%(w)NaCl鹽水中進行防腐性能評價，結(jié)果見表3。評價條件為：5%(w)NaCl鹽水，ρ(H2S) 1 000 mg/L，ρ(CO2) 400 mg/L，實驗溫度40 ℃，常壓，試驗周期72 h，ρ(緩蝕劑)100 mg/L，材料為L360QS。

表3 緩蝕劑防腐性能評價Table 3 Evaluation of corrosion inhibition performance of corrosion inhibitor緩蝕劑代號類型溶解性腐蝕速率/(mm·a-1)緩蝕率/%試片表面狀況空白0.447 50均勻腐蝕A合成咪唑啉油溶水分散0.007 998.2均勻光亮B咪唑啉季胺鹽水溶/水分散0.025 094.4輕微局部腐蝕C咪唑啉季胺鹽油溶水分散0.018 595.9輕微局部腐蝕D咪唑啉季胺鹽水溶油分散0.030 493.2輕微局部腐蝕E季胺鹽水溶油分散0.033 092.6均勻腐蝕F-油溶水分散0.017 296.2均勻腐蝕G-油溶水分散0.017 496.1輕微局部腐蝕H-油溶水分散0.046 889.5輕微局部腐蝕I-水溶油分散0.242 045.9均勻腐蝕J-水溶油分散0.104 076.7均勻腐蝕

實驗優(yōu)選出緩蝕劑A，并進行現(xiàn)場采出水下的緩蝕劑防腐性能評價，結(jié)果見表4。評價條件為：現(xiàn)場采出水，試驗溫度40℃，常壓，試驗周期72 h，材料為L360QS。

表4 現(xiàn)場采出水下緩蝕劑的防腐性能評價Table 4 Evaluation of corrosion inhibition performance of corrosion inhibitor under the condition of produced water緩蝕劑牌號ρ(緩蝕劑)/(mg·L-1)腐蝕速率/(mm·a-1)緩蝕率/%試片表面狀況空白00.308 80均勻腐蝕A1000.018 594.1試片光亮2000.009 896.8試片光亮

緩蝕劑A與現(xiàn)場采出水的乳化、配伍性能評價結(jié)果見圖4。緩蝕劑A在40 ℃、靜置1 h后，與現(xiàn)場采出水無乳化層，不發(fā)生乳化。緩蝕劑A與現(xiàn)場水在體積比1∶9、40 ℃、靜置24 h后，溶液呈均相，上層有黑色油層，無沉淀，配伍性好。

從上述實驗結(jié)果可知，緩蝕劑A在較低質(zhì)量濃度(100 mg/L)時，能有效地控制管線腐蝕，且與現(xiàn)場環(huán)境具有良好的適應性。

2.2 氫通量監(jiān)測

圖5為緩蝕劑涂覆預膜前后管線12點鐘、3點鐘、6點鐘方向3個部位的氫通量監(jiān)測結(jié)果。分析可知，集氣管線緩釋劑涂覆預膜后，管道上部、中部、下部氫通量監(jiān)測值明顯減小，從6～7 pL/(cm2·s)降低到0～1 pL/(cm2·s)，說明緩蝕劑在管線末端各個方向涂覆均勻，腐蝕得到抑制。隨著時間的延長，管線中緩蝕劑濃度逐漸降低，氫通量逐漸上升恢復至涂覆預膜前的數(shù)值，涂覆預膜有效保護周期約為58天。

3 結(jié) 論

(1) 現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明，緩蝕劑涂覆預膜技術能明顯控制高含硫集氣管線腐蝕，涂覆后緩蝕劑在管線各個方向分布均勻。

(2) 所采用的無損氫探針技術能夠?qū)崿F(xiàn)集氣管線全周向腐蝕控制。

(3) 在試驗管線上，緩蝕劑A涂覆預膜有效保護周期約為58天。

參考文獻

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