一種緩蝕劑性能評價試驗系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

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(中海石油(中國)有限公司 湛江分公司 潿洲作業(yè)公司， 廣東 湛江 524057)

采用緩蝕劑減緩設(shè)備或流體輸送管道的腐蝕速率，是石油開采、輸送及化工等領(lǐng)域常用的手段[1]。緩蝕劑的性能、加注體積分?jǐn)?shù)等因素對腐蝕防護效果有重要影響[2]。腐蝕速率受流體性質(zhì)、組分、流態(tài)、溫度及壓力等因素影響[3]，緩蝕劑的效果同樣受到流體特性的影響。但緩蝕劑的效果不易評價，且影響腐蝕速率的因素眾多，如何針對特定的流體性質(zhì)選擇高效的緩蝕劑是一大難題。為選擇出針對特定流體的高效緩蝕劑及其合理的緩蝕劑加注體積分?jǐn)?shù)，一般會委托科研單位模擬現(xiàn)場工況條件開展流體腐蝕實驗，具體過程為，在模擬流體中添加不同種類和體積分?jǐn)?shù)的緩蝕劑，將腐蝕掛片置于流體中進行腐蝕實驗，一段時間后，將掛片取出并進行腐蝕速率分析，將結(jié)果與空白樣(模擬現(xiàn)場工況的流體中不添加緩蝕劑，測試同樣時間的腐蝕掛片)結(jié)果進行比對，從而評價出緩蝕劑在不同加注體積分?jǐn)?shù)下的緩蝕效率[4]。油氣開采過程中，地層產(chǎn)出的流體組分非常復(fù)雜，溫度和壓力等條件動態(tài)變化，室內(nèi)實驗難以真實模擬出生產(chǎn)過程中流體的實際狀態(tài)，勢必嚴(yán)重影響實驗效果的準(zhǔn)確性[5]。

為了動態(tài)、真實地評價出不同種類緩蝕劑在不同體積分?jǐn)?shù)下的緩蝕效果，針對特定流體選出性能高效的緩蝕劑以及最合理的緩蝕劑加注體積分?jǐn)?shù)，研制了一種技術(shù)原理簡單、應(yīng)用成本低、生產(chǎn)現(xiàn)場可直接應(yīng)用的緩蝕劑性能評價試驗系統(tǒng)[6]。

1 緩蝕劑性能評價試驗系統(tǒng)技術(shù)分析

1.1 試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)

緩蝕劑性能評價試驗系統(tǒng)包括流體分配管、液量調(diào)節(jié)閥、流量計、微量緩蝕劑加注泵和緩蝕劑性能評價裝置5部分(圖1)。其中，緩蝕劑性能評價裝置由流體進入直管段、緩蝕劑性能評價裝置外殼、流體排出直管段、腐蝕掛片固定螺栓和圓柱形腐蝕掛片組成，見圖2。

1.流體分配管 2.液量調(diào)節(jié)閥 3.流量計 4.微量緩蝕劑加注泵 5.緩蝕劑性能評價裝置圖1 緩蝕劑性能評價試驗系統(tǒng)組成示圖

1.流體進入直管段 2.緩蝕劑性能評價裝置外殼3.流體排出直管段 4.圓柱形腐蝕掛片 5.腐蝕掛片固定螺栓圖2 緩蝕劑性能評價裝置結(jié)構(gòu)示圖

該緩蝕劑性能評價試驗系統(tǒng)設(shè)計體積流量為0.2～2.0 m3/h，流體進入及排出直管段長度不小于5 m，最大承受壓力2 MPa，最高耐溫100 ℃。

1.2 工作原理

將該緩蝕劑性能評價試驗系統(tǒng)連接到需要進行腐蝕防護的流體輸送管道或設(shè)備上，流體流入流體分配管[7]，通過液量調(diào)節(jié)閥和流量計，使進入每套緩蝕劑性能評價裝置的液量相等，流體從緩蝕劑性能評價裝置流出后，排入現(xiàn)場的生產(chǎn)處理系統(tǒng)回收利用。采用2套或多套緩蝕劑性能評價裝置并聯(lián)運行，其中1套緩蝕劑性能評價裝置中不加注緩蝕劑，其圓柱形腐蝕掛片作為空白樣掛片。其它緩蝕劑性能評價裝置中，通過微量緩蝕劑加注泵添加不同種類或不同體積分?jǐn)?shù)的緩蝕劑。流體在緩蝕劑性能評價裝置中運動一段時間后(一般不少于1個月)，將圓柱形腐蝕掛片從緩蝕劑性能評價裝置中取出，通過將加注緩蝕劑的圓柱形腐蝕掛片的均勻腐蝕速率和點腐蝕速率與空白樣掛片進行比對，可以計算出各種緩蝕劑在各種藥劑加注體積分?jǐn)?shù)下的緩蝕效果，從而達到緩蝕劑性能評價的目的[8]。此系統(tǒng)既可以比對評價同一藥劑加注體積分?jǐn)?shù)下，不同種類緩蝕劑緩蝕性能的優(yōu)劣，從而選擇出適應(yīng)某特定流體特性的高性能緩蝕劑，也可以對比評價同一種緩蝕劑在不同加注體積分?jǐn)?shù)下的緩蝕效果，從而選擇出最合理的緩蝕劑加注體積分?jǐn)?shù)，在最節(jié)省費用的前提下達到腐蝕防護效果最佳的目的[9]。

2 緩蝕劑性能評價試驗系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新性

緩蝕劑性能評價試驗系統(tǒng)中多套緩蝕劑性能評價裝置并聯(lián)運行[10]，設(shè)置有液量調(diào)節(jié)閥和流量計，可以調(diào)節(jié)進入緩蝕劑性能評價裝置的流體流量，模擬生產(chǎn)系統(tǒng)中的真實流速，使進入每套緩蝕劑性能評價裝置的液量相等、壓力條件相同。由于試驗流體來自現(xiàn)場管道或設(shè)備，因此，流體組分、溫度、壓力等條件與現(xiàn)場實際情況完全一致，確保了藥劑評價和篩選結(jié)果的準(zhǔn)確性。

將緩蝕劑性能評價裝置中的腐蝕掛片由通常使用的條形掛片更改為圓柱形掛片，可以直接觀察腐蝕掛片不同部位的腐蝕情況，便于分析管道內(nèi)流體分層現(xiàn)象對腐蝕的影響。緩蝕劑性能評價裝置中設(shè)置有流體進入直管段和流體排出直管段[11]，可以避免流體流態(tài)變化對腐蝕速率造成的影響。

安裝傳統(tǒng)的條形腐蝕掛片需要在管道上安裝取裝掛片基座，用專用工具取裝[12]，較為繁瑣。新設(shè)計的緩蝕劑性能評價裝置中，圓柱形腐蝕掛片通過腐蝕掛片固定螺栓固定在緩蝕劑性能評價裝置外殼上，取裝掛片更加方便，同時保證了緩蝕劑性能評價裝置外殼的結(jié)構(gòu)強度。

3 緩蝕劑性能評價試驗系統(tǒng)現(xiàn)場應(yīng)用情況

應(yīng)用該緩蝕劑性能評價系統(tǒng)，通過微量緩蝕劑加注泵按相同加注體積分?jǐn)?shù)添加不同種類的緩蝕劑，通過將加注緩蝕劑的圓柱形腐蝕掛片的均勻腐蝕速率和點腐蝕速率與空白樣掛片進行比對[13]，可以計算出各種緩蝕劑在某一藥劑加注體積分?jǐn)?shù)下的緩蝕效果，從而對比各種緩蝕劑在某一藥劑加注體積分?jǐn)?shù)下的效果。同理，若按不同加注體積分?jǐn)?shù)添加同一種類的緩蝕劑，可以計算出該緩蝕劑在各種藥劑加注體積分?jǐn)?shù)下的緩蝕效果，對比某一緩蝕劑在不同藥劑加注體積分?jǐn)?shù)下的緩蝕效果，從而選擇出某一種緩蝕劑最合理的藥劑加注體積分?jǐn)?shù)[14]。當(dāng)按不同加注體積分?jǐn)?shù)添加不同種類的緩蝕劑時，可以計算出不同種類的緩蝕劑在各自藥劑加注體積分?jǐn)?shù)下的緩蝕效果，達到將不同種類緩蝕劑在不同藥劑加注體積分?jǐn)?shù)下的緩蝕效果進行對比的目的，結(jié)合緩蝕劑的單價，可以選擇出性價比最高的緩蝕劑和該藥劑的加注體積分?jǐn)?shù)[15]。

某油田外輸海底管道內(nèi)檢測時發(fā)現(xiàn)腐蝕超標(biāo)，潿洲作業(yè)公司于2018-01啟動了該海底管道緩蝕劑篩選工作，采用緩蝕劑性能評價試驗系統(tǒng)對來自不同單位的4種緩蝕劑進行評價篩選，結(jié)果見表1。

表1 某油田外輸海底管道緩蝕劑篩選結(jié)果

由表1可見，1#和4#緩蝕劑在40×10-6加注體積分?jǐn)?shù)下即可滿足腐蝕速率小于0.076 mm/a的要求，且緩蝕效率超過85%。2#和3#緩蝕劑在40×10-6加注體積分?jǐn)?shù)下，也可滿足腐蝕速率小于0.076 mm/a的要求，但緩蝕效率低于85%，如要使2#和3#緩蝕劑達到緩蝕效率不低于85%的要求，其加注體積分?jǐn)?shù)需60×10-6。

4 結(jié)語

設(shè)計的緩蝕劑性能評價試驗系統(tǒng)使用方便，技術(shù)原理簡單，與室內(nèi)模擬實驗相比，可以更加準(zhǔn)確、動態(tài)地反映現(xiàn)場流體組分、溫度、壓力等條件[16]。利用該系統(tǒng)進行緩蝕劑評價和篩選，其結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。將緩蝕劑性能評價試驗系統(tǒng)中的傳統(tǒng)條形腐蝕掛片改為圓柱形掛片，既方便了腐蝕掛片的取裝，又能反映出流體分層現(xiàn)象對腐蝕的影響。使用該緩蝕劑性能評價試驗系統(tǒng)時，需定時校準(zhǔn)緩蝕劑的注入量，防止緩蝕劑加注量不準(zhǔn)確而影響藥劑篩選結(jié)果。