油田污水腐蝕測試方法的評價(jià)與改進(jìn)

屈撐囤，焦 琨，薛瑾利

西安石油大學(xué)陜西省油氣田環(huán)境污染控制技術(shù)與儲層保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （陜西 西安 710065）

腐蝕是油氣田生產(chǎn)過程中非常常見的問題[1]，因腐蝕引起的跑、冒、滴、漏甚至大面積泄露引發(fā)的安全事故，不但增加了油氣田的設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)成本，還會造成廣泛、隨機(jī)、嚴(yán)重的環(huán)境污染[2]。腐蝕測試方法的可靠性和精準(zhǔn)性研究對于油氣田的生產(chǎn)開發(fā)和設(shè)備維護(hù)、工藝控制，都有著非常重要的意義。目前石油化工行業(yè)所采用的腐蝕測試方法主要是SY/T 5523-2000《油氣田水分析方法》、SY/T 5329-94《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》和SY/T 5237-2000《油田采出水緩蝕劑性能評價(jià)方法》等標(biāo)準(zhǔn)所推薦的“常壓靜態(tài)腐蝕速率測定方法”[3-5]。靜態(tài)腐蝕測試法在一定程度上也能夠說明腐蝕的程度和趨勢，但是此法不能真實(shí)模擬實(shí)際中流速、細(xì)菌、溶解氧、以及其他影響腐蝕因素的情況和變化[6-8]，因此不能反映出真實(shí)的腐蝕情況。筆者采用自行設(shè)計(jì)的流動腐蝕測試裝置并結(jié)合靜態(tài)試驗(yàn)、大罐掛片等方法，對陜北某采油廠某注水站腐蝕狀況進(jìn)行了監(jiān)測評價(jià)，對腐蝕后試片進(jìn)行了電鏡掃描分析，探索了一種快速、便捷、可靠的腐蝕狀況測定方法。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要儀器與試劑

主要儀器：A3鋼腐蝕試片、pH計(jì)、烘箱、溶解氧測試管、循環(huán)水泵及砂濾裝置、分光光度計(jì)、JSM-5800型電子掃描顯微鏡、自行設(shè)計(jì)的流動腐蝕測試裝置和大罐掛片裝置。

主要試劑：EDTA、硝酸銀、酚酞、氯化銨、石油醚、無水醋酸鈉、鉻黑T、無水乙醇、丙酮等，其均為化學(xué)純或分析純試劑。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

水質(zhì)分析依照SY/T 5523-2000《油氣田水分析方法》規(guī)定進(jìn)行；細(xì)菌含量、pH、腐蝕掛片的處理均按照SY/T 5329-2006《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》規(guī)定進(jìn)行。

腐蝕速率測定依照標(biāo)準(zhǔn)推薦的失重法進(jìn)行，在保證水質(zhì)穩(wěn)定的情況下，分別采用自行設(shè)計(jì)的裝置在該注水站清水罐、某注水泵外輸口懸掛試片（流動腐蝕測試裝置流速調(diào)節(jié)為0.75m3/h），懸掛周期為7d，每隔24h測定水溫、pH，并進(jìn)行水質(zhì)分析。同時(shí)，在取樣口取樣，在23.5℃水浴條件下進(jìn)行室內(nèi)靜態(tài)腐蝕速率測定。連續(xù)進(jìn)行7組實(shí)驗(yàn)，分別測定腐蝕速率并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)期間水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

某注水泵出口水質(zhì)分析結(jié)果見表1。

從表1可知，此注水站回注水呈弱酸性，礦化度較高，是典型的CaCl2水型。腐生菌和硫酸鹽還原菌含量穩(wěn)定，平均為2.5×104個/mL。實(shí)驗(yàn)期間的水質(zhì)監(jiān)測表明，該站水質(zhì)穩(wěn)定，影響腐蝕速率的各離子含量及細(xì)菌含量波動不大，實(shí)驗(yàn)條件基本穩(wěn)定。

2.2 腐蝕測試結(jié)果

連續(xù)14d分別進(jìn)行了7組 （實(shí)驗(yàn)周期為7d）靜態(tài)、大罐和流動腐蝕速率測定，得出結(jié)果如表2所示。并對不同測試方法所測腐蝕速率的結(jié)果進(jìn)行對比分析（圖 1）。

表1 2013年4月延長油田某注水站水質(zhì)中離子監(jiān)測結(jié)果

表2 腐蝕速率監(jiān)測結(jié)果

從表1與表2可看出,在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)水質(zhì)穩(wěn)定,靜態(tài)腐蝕速率在0.046 9～0.055 2mm/a之間,平均值為0.511 4mm/a；流動腐蝕速率在0.512 6～0.529 9mm/a之間，平均值為 0.520 9mm/a；大罐腐蝕速率在0.325 0～0.341 4mm/a之間,平均值為0.331 7mm/a。

圖1 不同測試方法腐蝕速率對比

由圖1可知，3種測試方法所測結(jié)果有著較大差距，靜態(tài)腐蝕速率與流動腐蝕速率、大罐腐蝕速率有著數(shù)量級上的差距。靜態(tài)腐蝕速率約為流動腐蝕速率的9.9%，約為大罐腐蝕速率的15.5%；大罐腐蝕速率約為流動腐蝕速率的63.7%。靜態(tài)腐蝕測試法所測結(jié)果與實(shí)際腐蝕結(jié)果有10倍左右的差距，流動腐蝕速率是大罐中腐蝕速率的2倍左右。這是由于所采用的流動腐蝕測試裝置能夠模擬管線中流速及各離子含量的實(shí)際變化，能更真實(shí)的反應(yīng)管線中的腐蝕情況。考慮到流速對腐蝕的影響，管線中的腐蝕速率還可能更大，腐蝕機(jī)理和情況也更復(fù)雜[9]。

2.3 腐蝕試片電鏡掃描實(shí)驗(yàn)

挑選不同測試方法腐蝕后試片分別用JSM-5800型電子掃描顯微鏡進(jìn)行微觀形貌檢測，結(jié)果如圖2所示；并利用X射線能量色散譜分析儀對腐蝕較為嚴(yán)重的試片表相和體相進(jìn)行成分測定，結(jié)果如圖3和表3所示。

圖2 腐蝕試片電鏡掃描結(jié)果

由腐蝕試片的電鏡掃描實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖2）進(jìn)行對比分析可知：靜態(tài)腐蝕試片表面腐蝕痕跡很不明顯，表面偶見很小的局部腐蝕痕跡；大罐腐蝕試片表面呈現(xiàn)較大面積的凹凸?fàn)罡g痕跡，但腐蝕深度較薄,這是因?yàn)榇蠊拗胁粩嘤衼硭统鏊幸欢ǖ牧鲃铀俣取㈦x子交互和電化學(xué)作用增強(qiáng)的緣故；流動腐蝕試片表面的腐蝕痕跡最為嚴(yán)重，在全面腐蝕的同時(shí)，充滿大量的腐蝕坑，坑深較深，這主要是流動腐蝕裝置中水流更快，對試片表面有一定的沖刷作用，加劇了離子交互和電化學(xué)作用，所以腐蝕更為嚴(yán)重[10-12]。

圖3 腐蝕試片電鏡掃面能譜圖

表3 腐蝕試片EDX檢測分析結(jié)果

通過圖3和表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知：處理后的試片表相和體相可能存在 Fe(OH)3；FeCO3、FeSO4、Fe2O3、Fe3O4、、FeO(OH)、Fe3C 等物質(zhì)，其中 O 元素應(yīng)主要來自于腐蝕產(chǎn)物；C元素應(yīng)主要來自于腐蝕產(chǎn)物如FeCO3。

3 結(jié)論

1）該站污水屬于弱酸性污水，礦化度為40 000 mg/L左右。

2）靜態(tài)腐蝕速率為0.046 9～0.055 2mm/a，流動腐蝕速率為0.512 6～0.529 9mm/a，大罐腐蝕速率為0.325 0～0.341 4mm/a。

3）流動腐蝕測試裝置所測結(jié)果更接近實(shí)際腐蝕速率，也能反映出均勻腐蝕和局部腐蝕的嚴(yán)重程度。

[1]紀(jì)云嶺，張敬武，張麗.油田腐蝕與防護(hù)技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2009.

[2]屈撐囤，馬云，謝娟.油氣田環(huán)境保護(hù)概論[M].北京：石油工業(yè)出版社，2009.

[3]SY/T 5523-2000油氣田水分析方法[S].

[4]SY/T 5329-94碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法[S].

[5]SY 5237-2000油田采出水緩蝕劑性能評價(jià)方法[S].

[6]Yoon-Seok Choi,Srdjan Nesic.Determining the corrosive potential of CO2transport pipline in high pCO2-water environments[J].International Journal of Greenhouse Gas control,2011,18(5)：788-797.

[7]李智利.沖蝕與腐蝕運(yùn)行環(huán)境下多相流管道設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[J].油氣儲運(yùn),1996,15（4）：48-50.

[8]朱西柱,蔣天昊,李立標(biāo),等.溶解性氣體對油井腐蝕速度影響分析[J].石油化工應(yīng)用,2011,30（40）：77-80.

[9]趙國仙，呂祥鴻，韓勇.流速對P110鋼腐蝕行為的影響[J].材料工程，2008(8)：5-8.

[10]陳長風(fēng),路民旭,趙國仙,等.溫度、Cr濃度、Cr元素對 N80鋼 CO2腐蝕電極過程的影響[J].金屬學(xué)報(bào),2003,39（8）：848-854.

[11]朱景龍,孫成,王佳，等.CO2腐蝕腐蝕及控制研究進(jìn)展[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù),2007,19(5)：350-353.

[12]周衛(wèi)軍，嚴(yán)密林，王成達(dá).N80抗硫油管鋼在含CO2、微量H2S及高濃度Cl-腐蝕介質(zhì)中的腐蝕行為[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2007,19(3)：192-195.