鹽穴注采氣井腐蝕監(jiān)測現(xiàn)場試驗

任眾鑫，巴金紅，劉 巖，李海偉，張 幸，敖海兵，張新悅

（1.中國石油西氣東輸管道公司，江蘇鎮(zhèn)江 212000；2.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

伴隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，國家能源體制化改革的步伐逐漸加快，國內(nèi)天然氣市場也在穩(wěn)定健康地蛻變，這對于天然氣儲運(yùn)配套設(shè)施的工程建設(shè)和運(yùn)營管理都提出了新階段的挑戰(zhàn)和要求[1]。鹽穴型儲氣庫作為重要的天然氣儲集設(shè)施，具有注采氣量大、調(diào)峰能力強(qiáng)等優(yōu)勢，其戰(zhàn)略地位也在不斷提升[2]。西氣東輸鹽穴儲氣庫已投產(chǎn)運(yùn)行多年，但關(guān)于井筒腐蝕領(lǐng)域的分析或研究開展較少，現(xiàn)場腐蝕監(jiān)測亦未曾有效實(shí)施。為此，研究通過采用掛片監(jiān)測的方法[3]，對鹽穴注采生產(chǎn)井進(jìn)行腐蝕監(jiān)測現(xiàn)場試驗，以豐富相關(guān)監(jiān)測技術(shù)內(nèi)容和完善儲氣庫井筒監(jiān)測技術(shù)體系。

1 試驗設(shè)計與實(shí)施

圖1 監(jiān)測掛片位置示意圖

鹽穴儲氣井井下設(shè)備較多，管柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜?；诠に噾?yīng)用的安全、經(jīng)濟(jì)性及監(jiān)測本身對注采生產(chǎn)的影響考慮，同時結(jié)合應(yīng)急和調(diào)峰時期現(xiàn)場生產(chǎn)計劃，根據(jù)井筒現(xiàn)有實(shí)際條件，并參考現(xiàn)場測試其他作業(yè)實(shí)踐與效果，研究決定采用井口掛片方法對金壇庫區(qū)A井的腐蝕狀況進(jìn)行試驗監(jiān)測，監(jiān)測掛片位置示意（見圖1）。

在原井口設(shè)施基礎(chǔ)上，對采氣樹帽法蘭進(jìn)行改裝，內(nèi)側(cè)通過連接桿件安裝放置腐蝕監(jiān)測掛片試樣。試樣連接安裝完成后，再與采氣樹帽法蘭裝回采氣樹，使得掛片試樣向下伸入到采氣四通中部，以充分接觸流經(jīng)翼通道的注采氣體。完成設(shè)定的監(jiān)測周期后，將采氣樹帽法蘭卸下，取出掛片試樣進(jìn)行檢測處理和分析，最后評價試驗井腐蝕狀況。掛片試樣下井前需要經(jīng)過稱重和標(biāo)定等環(huán)節(jié)。

2 試驗結(jié)果

2.1 試樣形貌對比

監(jiān)測結(jié)束后取出掛片，觀察并記錄試樣表面腐蝕情況；之后將其放入丙酮中，用脫脂棉除去試樣表面油污后再放入無水乙醇中浸泡，以進(jìn)一步脫脂和脫水；用去污粉和紗布分別對掛片試樣進(jìn)行擦拭清洗，除去掛片表面腐蝕產(chǎn)物；然后用水清洗，接著繼續(xù)放入無水乙醇脫水；最后經(jīng)冷風(fēng)吹干，靜置1 h后稱重。掛片試樣清洗前后的宏觀形貌對比（見圖2）。

由圖2可知，掛片試樣監(jiān)測結(jié)束后表面腐蝕產(chǎn)物呈黑灰色，清洗后恢復(fù)至金屬本身的亮色。然后使用金相顯微鏡觀察掛片試樣的顯微形貌，試驗前后的顯微形貌對比（見圖3）。

由圖3可知，試驗后掛片試樣的表面存在點(diǎn)蝕坑，且沿長度方向呈現(xiàn)出劃痕。推測可能由于注采生產(chǎn)時高速氣流裹挾的雜質(zhì)顆?；蛭⒌螤钏麑υ嚇庸蝿澦?。

2.2 腐蝕速率計算

根據(jù)失重法原理，稱重測量、計算試樣均勻腐蝕速率和點(diǎn)腐蝕速率，結(jié)果（見表1）。

由表1可知，各掛片試樣的均勻腐蝕速率分別為0.0058 mm/a、0.0058 mm/a、0.0018 mm/a，平均值為0.0045 mm/a。

圖2 試樣清洗前后宏觀形貌

圖3 掛片試樣表面的金相顯微形貌

表1 試樣均勻腐蝕速率值

表2 試樣點(diǎn)腐蝕速率值

點(diǎn)腐蝕速率計算結(jié)果（見表2）。由表2可知，各試樣點(diǎn)腐蝕速率分別為 0.1369 mm/a、0.1369 mm/a、0.0730 mm/a，平均值為 0.1156 mm/a。

表3 NACE關(guān)于腐蝕程度的分級

依照計算結(jié)果，參考美國腐蝕工程師協(xié)會NACE SP0775-2013標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于腐蝕程度的分級表（見表3）可知，掛片試驗的均勻腐蝕和點(diǎn)腐蝕情況均屬于輕度。

2.3 腐蝕產(chǎn)物分析

使用電子掃描顯微鏡（SEM）對掛片試樣表面進(jìn)行分析，形貌（見圖4）。由圖4可知，試樣表面的點(diǎn)蝕坑周圍明顯堆積有腐蝕產(chǎn)物。為確定該腐蝕產(chǎn)物成分，繼續(xù)對其進(jìn)行能譜儀（EDS）分析，結(jié)果（見表4）。

根據(jù)EDS分析結(jié)果，試樣表面腐蝕產(chǎn)物以C、O、Fe元素為主。由于現(xiàn)場注采氣體成分中均不含硫，再結(jié)合井口工況環(huán)境，據(jù)此分析掛片試樣表面的腐蝕主要由因井筒采氣時攜帶的凝析水和CO2氣體共存所導(dǎo)致的均勻腐蝕和點(diǎn)腐蝕所致，其表面腐蝕產(chǎn)物預(yù)計以FeCO3為主。

3 結(jié)論

（1）結(jié)合鹽穴注采氣井實(shí)際情況，基于生產(chǎn)、安全和經(jīng)濟(jì)性等多種因素考慮，采用掛片監(jiān)測的方法對注采生產(chǎn)井進(jìn)行了腐蝕監(jiān)測現(xiàn)場試驗，并借此完成了相應(yīng)的試驗結(jié)果處理和分析評價。

圖4 SEM下試樣表面腐蝕形貌

表4 試樣表面腐蝕產(chǎn)物EDS分析結(jié)果

（2）根據(jù)腐蝕速率計算結(jié)果，參考NACE相關(guān)分類標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測試驗中的均勻腐蝕和點(diǎn)腐蝕情況均屬于輕度。

（3）綜合試驗與分析，推測掛片試樣表面腐蝕主要由采氣凝析水和CO2氣體共存所導(dǎo)致的均勻腐蝕和點(diǎn)腐蝕所致。