杏北油田聚驅(qū)計(jì)量間閥組腐蝕穿孔成因分析

張書新 蔣容（大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

由于原油本身腐蝕性低，且易附著在管道內(nèi)壁，阻礙電子轉(zhuǎn)移[1]，普遍認(rèn)為集輸系統(tǒng)管道內(nèi)腐蝕較輕，實(shí)際生產(chǎn)中管道內(nèi)壁也不采取腐蝕防護(hù)措施。但近2年，聚驅(qū)計(jì)量間閥組腐蝕穿孔嚴(yán)重[2]，影響系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，不得不投入資金進(jìn)行改造更換。通過對(duì)聚驅(qū)計(jì)量間閥組管道腐蝕穿孔情況、腐蝕產(chǎn)物及介質(zhì)腐蝕性進(jìn)行分析[3-4]，明確了聚驅(qū)計(jì)量間閥組腐蝕穿孔特點(diǎn)及腐蝕成因，為聚驅(qū)計(jì)量間管道腐蝕控制提供了指導(dǎo)。

1 聚驅(qū)計(jì)量間閥組腐蝕情況

根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)腐蝕穿孔的13座聚驅(qū)計(jì)量間閥組，運(yùn)行10年以上的計(jì)量間閥組腐蝕穿孔頻繁，較水驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)計(jì)量間閥組腐蝕穿孔嚴(yán)重，且腐蝕穿孔多出現(xiàn)在摻水管道，穿孔數(shù)占總穿孔數(shù)的81.51%，集油管道穿孔數(shù)僅占穿孔總數(shù)的18.49%。聚驅(qū)計(jì)量間閥組穿孔位置統(tǒng)計(jì)見表1。

從現(xiàn)場腐蝕情況看，計(jì)量間閥組146處穿孔點(diǎn)均為內(nèi)腐蝕，腐蝕由金屬內(nèi)壁出現(xiàn)點(diǎn)蝕開始，腐蝕凹坑逐步擴(kuò)展加深，最終造成管道腐蝕穿孔。從具體腐蝕穿孔位置看，間歇流液的摻水計(jì)量管段，尤其在“死水段”的摻水計(jì)量閥組立管段腐蝕穿孔最嚴(yán)重。

表1 聚驅(qū)計(jì)量間閥組穿孔位置統(tǒng)計(jì)

2 介質(zhì)腐蝕產(chǎn)物分析

對(duì)摻水管道內(nèi)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行抽提，將腐蝕產(chǎn)物中的原油去除，然后用XRD和XRF對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行表征[5]。腐蝕產(chǎn)物中主要是鐵化合物，包括Fe2O3和FeS，而且以Fe2O3為主[6-7]，有機(jī)質(zhì)含量較低。摻水管道內(nèi)腐蝕產(chǎn)物組成見表2。在摻水管道內(nèi)除產(chǎn)生離子氧化腐蝕，還發(fā)生了細(xì)菌腐蝕。

通過對(duì)集油管道內(nèi)腐蝕產(chǎn)物組成分析發(fā)現(xiàn)，腐蝕產(chǎn)物主要由Fe2O3和硅鋁酸鹽組成，有機(jī)質(zhì)含量比摻水管道多[8]。集油管道內(nèi)腐蝕產(chǎn)物組成見表3。由于腐蝕產(chǎn)物含油量多，對(duì)管道起到一定的保護(hù)作用，管道與介質(zhì)中的鹽發(fā)生了腐蝕反應(yīng)。

3 閥組內(nèi)腐蝕成因分析

通過開展室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，采用梅特勒酸度計(jì)、電化學(xué)工作站等設(shè)備設(shè)施，檢測pH值、聚合物濃度、細(xì)菌等因素對(duì)介質(zhì)腐蝕性的影響，分析明確聚驅(qū)計(jì)量間閥組內(nèi)腐蝕成因。

3.1 不同驅(qū)替環(huán)境介質(zhì)腐蝕性

采用電化學(xué)工作站對(duì)水驅(qū)、聚驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)摻水介質(zhì)在不同溫度恒溫水域中對(duì)20#碳鋼的腐蝕特性進(jìn)行檢測[9]。摻水介質(zhì)腐蝕速率變化曲線見圖1。從腐蝕速率變化看，聚驅(qū)摻水介質(zhì)腐蝕性高，且在40℃時(shí)介質(zhì)腐蝕性最強(qiáng)。

3.2 pH值對(duì)介質(zhì)腐蝕性的影響

使用鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)摻水介質(zhì)pH值，用電化學(xué)工作站測定介質(zhì)對(duì)20#碳鋼的腐蝕特性。不同pH值介質(zhì)腐蝕速率變化曲線見圖2。由圖2可知，當(dāng)p H值為7～8時(shí)，介質(zhì)腐蝕速率最大，隨著pH值上升，溶液腐蝕能力逐漸降低。當(dāng)pH值大于10時(shí)，在堿作用下，金屬表面產(chǎn)生一層致密氧化膜，阻止反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。實(shí)際生產(chǎn)中，水驅(qū)、聚驅(qū)摻水介質(zhì)的pH值在8～9，三元復(fù)合驅(qū)摻水介質(zhì)的pH值普遍大于9，這也是聚驅(qū)計(jì)量間較三元復(fù)合驅(qū)計(jì)量間腐蝕嚴(yán)重的主要原因。

圖1 摻水介質(zhì)腐蝕速率變化曲線

圖2 不同pH值介質(zhì)腐蝕速率變化曲線

3.3 聚合物濃度對(duì)介質(zhì)腐蝕性的影響

在pH值為7的介質(zhì)環(huán)境下，分別配置不同含聚濃度的溶液[10]，用電化學(xué)工作站測定介質(zhì)對(duì)20#碳鋼的腐蝕特性。不同含聚濃度介質(zhì)腐蝕性變化見圖3。由圖3可知，聚合物濃度在300～500 mg/L時(shí)，溶液腐蝕電流大，介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)，這也是聚驅(qū)計(jì)量間較水驅(qū)計(jì)量間腐蝕嚴(yán)重的主要原因。

圖3 不同含聚濃度介質(zhì)腐蝕性變化

表2 摻水管道內(nèi)腐蝕產(chǎn)物組成

表3 集油管道內(nèi)腐蝕產(chǎn)物組成

3.4 細(xì)菌對(duì)介質(zhì)腐蝕性的影響

為了研究細(xì)菌對(duì)聚驅(qū)介質(zhì)腐蝕性的影響，分別檢測SRB、FB、TGB在動(dòng)態(tài)無氧環(huán)境下對(duì)金屬腐蝕的影響[11]。不同細(xì)菌的介質(zhì)腐蝕速率變化見圖4。由圖4可知，SRB對(duì)金屬的腐蝕能力最強(qiáng)，TGB對(duì)金屬腐蝕的影響最小。

圖4 不同細(xì)菌的介質(zhì)腐蝕速率變化

由圖5不同濃度SRB的介質(zhì)腐蝕速率變化可知，當(dāng)SRB濃度為104個(gè)/mL數(shù)量級(jí)時(shí)，溶液對(duì)金屬的腐蝕能力最強(qiáng)。摻水計(jì)量閥組立管段等“死水段”，細(xì)菌容易滋生繁殖；同時(shí)，由于聚驅(qū)采出液黏度較高，攜帶懸浮物能力較強(qiáng)，且聚丙烯酰胺為細(xì)菌的繁殖提供氮源，因此，這些管段細(xì)菌腐蝕更為嚴(yán)重。

圖5 不同濃度SRB的介質(zhì)腐蝕速率變化

3.5 摻水介質(zhì)腐蝕性檢測

通過對(duì)水驅(qū)、聚驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)三種驅(qū)替環(huán)境中轉(zhuǎn)站摻水介質(zhì)各項(xiàng)參數(shù)及腐蝕性進(jìn)行檢測，檢測數(shù)據(jù)見表4。由表4可知，聚驅(qū)摻水介質(zhì)pH值為7.921，聚合物濃度為475.91 mg/L，SRB濃度為2.5×104個(gè)/mL，介質(zhì)腐蝕性最強(qiáng)，同上述介質(zhì)腐蝕性分析認(rèn)識(shí)一致。

表4 摻水介質(zhì)參數(shù)及腐蝕性檢測

4 管道腐蝕治理經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，對(duì)聚驅(qū)計(jì)量間摻水管道進(jìn)行內(nèi)防腐試驗(yàn)，對(duì)杏北1-2、聚9-2共5座計(jì)量間的管段采取了溶劑型液體環(huán)氧涂料內(nèi)防腐涂層。項(xiàng)目實(shí)施后可有效延長管道運(yùn)行壽命，按注聚管道單公里投資26萬元，涂層可延長管道運(yùn)行壽命5年計(jì)算，單公里涂層施工費(fèi)用為2.7萬元，單公里管道可節(jié)約投資10.3萬元

5 結(jié)論

1）聚驅(qū)摻水受介質(zhì)pH值、聚合物濃度的影響，介質(zhì)腐蝕性較水驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)強(qiáng)。

2）聚驅(qū)計(jì)量間閥組腐蝕的主要形式為內(nèi)腐蝕，且摻水管道，尤其在“死水段”的摻水計(jì)量管段腐蝕穿孔嚴(yán)重，這些管道除產(chǎn)生離子氧化腐蝕，還發(fā)生了細(xì)菌腐蝕。

3）建議對(duì)聚驅(qū)計(jì)量間摻水管道進(jìn)行內(nèi)防腐設(shè)計(jì)。目前已在杏北1-2、聚9-2共5座計(jì)量間設(shè)計(jì)應(yīng)用溶劑型液體環(huán)氧涂料內(nèi)防腐涂層，應(yīng)用后預(yù)計(jì)可延長管道運(yùn)行壽命5年，則可節(jié)約投資10.3萬元/km。