高SRB環(huán)境下含油混輸海管臨時封存方案探索

劉冰，熊開昱，尹曉鵬

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300451）

1 SRB對含油混輸海管的影響

SRB對含油混輸海管的影響，主要是SRB在含油混輸海管厭氧、高營養(yǎng)物環(huán)境下快速滋生，SRB的新陳代謝在金屬的電化學(xué)腐蝕過程中起陰極去極化的作用，加劇腐蝕程度。并且，在此過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物硫化鐵，碳酸鈣等還容易引起管線和地層堵塞。此外，有些副產(chǎn)物于另外一些細菌的分泌物還會粘附在管壁上形成生物膜垢，不但為SRB的生長提供適宜的環(huán)境，還會造成各種堵塞。

SRB腐蝕主要是通過氫化酶的作用，在金屬表面的陰極部位把硫酸根生物催化還原為硫離子和初生態(tài)氧。初生態(tài)氧在陰極使吸附于陰極表面的氫去極化而生成水。因此硫酸鹽還原菌主要是通過陰極去極化作用加速了鋼鐵的腐蝕。其反應(yīng)方程式為：

當(dāng)部分金屬表面有污垢或腐蝕產(chǎn)物覆蓋時，會形成濃度差。管道表面被覆蓋后，金屬表面不能與溶解氧接觸，被覆蓋的金屬表面就形成了陽極。這種厭氧環(huán)境加強了SRB的滋生，加速了腐蝕。

SRB在新陳代謝中產(chǎn)生大量硫化物，硫化物的存在加速了金屬表面的腐蝕和結(jié)垢。其金屬局部腐蝕和其腐蝕金屬后產(chǎn)生的[H]還會導(dǎo)致金屬結(jié)垢的氫脆現(xiàn)象。

含油海管輸送的物流中，存在大量低碳連脂肪酸，它是SRB生長和代謝過程中良好碳源和營養(yǎng)物質(zhì)基礎(chǔ)。SRB在生長代謝的同時，會產(chǎn)生大量硫化氫，也會加速油田管道的腐蝕。

2 高SRB環(huán)境下含油海管內(nèi)腐蝕防護的傳統(tǒng)方式

海管內(nèi)腐蝕一般通過以下一種或多種腐蝕控制措施組合來完成：

1) 用耐蝕材料：選用耐蝕合金（CRAs）或碳鋼內(nèi)襯耐蝕合金（CRAs）；

2) 選用碳鋼時，考慮一定的內(nèi)腐蝕裕量，以滿足整個設(shè)計壽命期間的要求；

3) 采用緩蝕劑；

4) 改變工藝條件，以達到減少或去除腐蝕性物質(zhì)的目的：

5) 脫水；

6) 脫氣；

7) pH值控制技術(shù)，也稱為pH穩(wěn)定化。

對于SRB的微生物腐蝕控制方法主要有投注殺菌劑殺菌和通氣的方法抑制SRB生長和微生物生態(tài)抑制等方案。

受到含油混輸海管特殊的環(huán)境和功能限制，通氣殺菌的方式并不適用，微生物生態(tài)抑制的方案見效周期長，一般采用投注殺菌劑殺菌降低SRB濃度的方式控制SRB的微生物腐蝕。

3 高SRB環(huán)境下含油混輸海管臨時封存方案

(1) 方案研究的背景

某條含油的混輸海管由于生產(chǎn)條件的限制，需要停輸半年左右，在此期間，需要采取合適的方式對海管實施保護。海管的流體呈酸性，含有較高濃度的SRB。海管設(shè)計采用內(nèi)腐蝕裕量加緩蝕劑的方式保護海管，運行期間定期沖擊加注殺菌劑抑制SRB的生長。

表1 擬封存海管的參數(shù)

（2）方案擬實現(xiàn)的目的

擬通過方案的實施，在海管封存期間保證完整性的前提下，降低方案實施的成本，簡化現(xiàn)場操作，減少工作量。具體要求如下：

1）確保在封存期間腐蝕速率低于0.076mm/a；

2）確保封存介質(zhì)與管道不發(fā)生配伍性問題；

3）確保加入殺菌劑的封存流體中SRB/TGG/FB含量低于10個/mL；

4）確保封存介質(zhì)中含有的化學(xué)藥劑不影響非金屬材料的性能。

（3）方案臨時封存方案

利用油田處理后的生產(chǎn)水作為載體，加注一定濃度的化學(xué)藥劑后進行流體循環(huán)和清管預(yù)膜，殺菌和管壁預(yù)膜后定期監(jiān)測。超出控制指標(biāo)后重復(fù)開展殺菌和清管預(yù)膜工作。

考慮到油田在用的殺菌劑具有一定的緩釋性，在通過模擬試驗驗證后，利用殺菌劑沖劑加注抑制SRB生長的同時，利用殺菌劑的緩釋性替代緩釋劑的作用保護海管本體。定期循環(huán)海管內(nèi)存留的液體并監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果調(diào)整加藥預(yù)膜周期，起到保護海管的作用。

（4）模擬實驗及結(jié)果

參照中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)GB/T 35509-2017《油氣田緩蝕劑的應(yīng)用和評價》及石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SY/T 5273 《油田采出水緩蝕劑性能評價方法》對選取的兩種不同類別殺菌劑在封存流體狀態(tài)下進行防腐性能的室內(nèi)驗證（靜態(tài)法）。

表2 兩種殺菌劑靜態(tài)性能評價記錄表

從長達一個月的時間每日進行觀察記錄可見，兩種殺菌劑均呈現(xiàn)出一定的緩蝕性能，且隨著藥劑濃度的增加，緩釋效率亦有提升，且藥劑2#的緩釋效率明顯較好。

（5）臨時封存方案的實施

海管臨時封存的方案現(xiàn)場實施步驟如下：

● 入口端導(dǎo)通清洗液注入流程；

● 連接臨時藥劑管線，準(zhǔn)備注入500ppm（推薦濃度）2#殺菌劑；

● 設(shè)置臨時加注泵，泵的排量同藥劑注入需求相匹配；

● 在入口端設(shè)置一個取樣口，取樣檢測清洗液中氧氣含量、水中含油（OIW）等，不檢測腐蝕速率和SRB/TGB/FB；

● 在海管出口端設(shè)置檢測儀器，分別檢測循環(huán)液中氧氣含量，腐蝕速率，并取樣檢測SRB/TGB/FB等含量。

● 待腐蝕速率降至3mpy后，海管出入口停止腐蝕速率，氧含量、微生物等測試；

● 停止注入清洗液，兩端保持一定正壓，以備將來取樣測試微生物；

● 將海管兩端封存，定期開展循環(huán)殺菌和監(jiān)測工作。

（6）臨時封存方案實施的效果

封存方案實施后，海管以50m3/h生產(chǎn)水配以500ppm濃度的2#殺菌劑開始化學(xué)藥劑循環(huán)，預(yù)計流速為0.15m/s-0.3m/s。待工況穩(wěn)定后，將現(xiàn)場LPR流速調(diào)整至0.3m/s，連續(xù)監(jiān)測2.5小時，監(jiān)測的數(shù)據(jù)如下：

表3 封存期間LPR監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總表

表4 封存期間細菌監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總表

從監(jiān)測數(shù)據(jù)看，封存方案的實施，有效優(yōu)化了含油混輸海管的高SRB環(huán)境。同時，2#殺菌劑的緩釋性能有效降低了海管的腐蝕速率，有利于海管的長期封存。

4 結(jié)論

通過科學(xué)論證和細致實施，探索了一套高效、經(jīng)濟、易行的高SRB環(huán)境下含油混輸海管臨時封存的經(jīng)驗，在海上油田的開發(fā)中具有一定的借鑒意義。