勝利油田管道防腐技術研究及應用

閆方平

(承德石油高等專科學校，河北 承德 067000)

0 引言

金屬和它所處的環境介質之間發生化學或電化學作用而引起的變質和破壞稱為金屬腐蝕[1]。據調查，每年由于腐蝕造成的損失約占國民經濟生產總產值的2%～4%。在目前的油田生產過程中，由腐蝕所造成的停工、停產、滴、漏等事故，增加了油田的生產成本，影響了油田的正常生產，腐蝕問題已經影響到石油工業的生存與發展[2,3]。

勝利油田進入特高含水期后，隨著提液量加大，采出砂(平均占采出液0.75‰)對集輸管道的磨蝕破壞也日趨嚴重。在強腐蝕區新建的鋼管道，由于內外腐蝕的共同作用，3～6個月就開始穿孔，6～12個月就大修，1～2年就報廢重建，造成了巨大的經濟損失[4,5]。

1 腐蝕影響因素分析

采用電化學法對腐蝕影響因素進行評價。

1.1 試驗儀器及材料

CMB-4510A腐蝕速度測量儀、高溫高壓掛片動態腐蝕儀、電熱恒溫干燥箱、恒溫水浴、游標卡尺(精度為0.02mm)、電子分析天平(感量為0.lmg)、酸度計、溫度計、電吹風、移液管等試驗儀器。

A3鋼掛片、無水乙醇(分析純)、無水硫酸鈉(分析純)、丙酮(分析純)、氫氧化鈉(分析純)、氯化鈉(分析純)、氯化鈣(分析純)、碳酸氫鈉(分析純)、鹽酸(分析純)、濾紙、砂紙等試驗材料。試驗介質為勝利油田模擬水。

1.2 壓力對腐蝕速率的影響

利用CMB-4510A型腐蝕速度測量儀與高溫高壓掛片腐蝕儀進行壓力對腐蝕速度的影響實驗。在溫度設定55℃，轉速為300檔，pH值設定為7，不同壓力(0.1MPa、1MPa、2MPa、3MPa、4MPa等)的自配水腐蝕速率，實驗結果如圖1所示。

圖1 腐蝕速率隨壓力的變化曲線

從圖1中可以看出壓力從0.1MPa增大到5MPa時，電化學法測得的腐蝕速率隨壓力的變化趨勢是相同的，隨著壓力的增加腐蝕速率急劇增加最大高達20mm/a。由CO2分壓概念下的腐蝕動力學可知，當溫度一定時，CO2分壓值越大，材料的腐蝕就越快，實驗結果和理論分析一致。

1.3 溫度對腐蝕速率的影響

利用CMB-4510A型腐蝕速度測量儀與高溫高壓掛片腐蝕儀進行溫度對腐蝕速度的影響實驗。在壓力設定為2.5MPa，轉速設定為300檔，pH值設定為7，不同溫度(30、40、50、60和70℃等)的自配水腐蝕速率，實驗結果如圖2所示。

圖2 腐蝕速率隨溫度的變化關系曲線

從圖2中可以看出，在30℃～70℃的溫度范圍內，腐蝕速率隨溫度的升高而快加。理論分析認為，腐蝕是一種化學反應，通常隨溫度升高，氧的擴散過程和電極反應速度加快，腐蝕加劇，擴散速度增大，電解液電阻下降，陰極過程和陽極過程均被加速。而且溫度對鈍化膜也有影響，往往在一個溫度生成的膜在另一溫度便會溶解，高溫下鈍化變的困難，腐蝕則加劇[6]。實驗結果與理論分析結果相一致。

1.4 流速對腐蝕速率的影響

利用CMB-4510A型腐蝕速度測量儀與高溫高壓掛片腐蝕儀進行流速對腐蝕速度的影響實驗。在溫度設定55℃，壓力為2.5 MPa，pH值為7，不同轉速(100、200、300、400、500等)的自配水腐蝕速率，實驗結果如圖3所示。

圖3 腐蝕速率隨轉速的變化關系曲線

從圖3中可以看出轉速在100檔時，腐蝕速率為3.5mm/a，隨轉速增加腐蝕速率急劇增加，這是因為當金屬表面沒有腐蝕產物膜覆蓋時，流速會使CO2腐蝕速率明顯的增加。流速增大，使介質中的去極化劑能更快擴散到電極表面，陰極去極化增強，同時產生的Fe2+迅速地離開腐蝕金屬表面，這些作用使得腐蝕速率增大。

1.5 pH值對腐蝕速率的影響

用CMB-4510A腐蝕速度測量儀測定靜態條件下pH值對腐蝕速率的影響規律，在壓力設定為2.5 MPa，轉速設定為300檔，溫度設定55℃，不同pH值下的腐蝕速率大小，實驗結果如圖4所示。

圖4 腐蝕速率隨pH值的變化關系曲線

從圖4中可以看出在酸性環境下，酸性越強則腐蝕速率越大，在pH值為3.5時，腐蝕速率高達17mm/a。隨pH值升高腐蝕速率明顯下降，可以看到當pH值為6時，腐蝕速率已經降到3mm/a左右，此時再調節pH值，腐蝕速率變化則不太明顯。

2 防腐劑的篩選

為驗證電化學法的可靠性，同時采用了電化學法和掛片法對A、B、C、D四種防腐劑的防腐效果進行評價。

2.1 電化學方法

實驗所用的水樣是直接從勝利油田坨三站采集的水樣。采用電化學方法，用CMB-4510A腐蝕速率測量儀，在動態55±1℃，評價四種防腐劑的防腐效果，實驗結果如圖5所示。

圖5 電化學法測得防腐劑對腐蝕速率的影響

從圖5中可以看出，在濃度為20mg/L時，防腐劑B、C效果明顯優于防腐劑A的效果，當防腐劑濃度≤30mg/L時，三防腐劑都有較好的防腐效果，達到現場應用要求。而D的防腐效果不是很理想，隨著它濃度的增大腐蝕速率先減小，但是當濃度超過一定值以后，腐蝕速率反而隨著濃度的增大而增大。

2.2 掛片法

為了提高室內實驗的可靠性和驗證電化學方法的準確性，使用掛片進行了實驗。實驗所使用的水樣是直接從勝采坨三站采集回來的水樣，實驗溫度控制在55℃。采用靜態掛片法測量防腐劑的防腐效果，實驗結果如圖6所示。

圖6 掛片法測得防腐劑對腐蝕速率的影響

從圖6中可以看出，雖然和電化學法比較存在一定誤差，但總體上腐蝕速率是隨著防腐劑濃度的增大而降低，這與電化學方法測得的規律是基本一致的。間接證明了電化學法的可靠性，為油田緩蝕劑的選用提供了一種方便、快捷的評價方法。

3 現場應用效果

根據上述試驗結果，考慮實際應用中的性價比，采用防腐劑A進行現場試驗，投放方式為油套環空周期加藥法。

3.1 加藥方案設計

(1)藥劑用量：單井防腐劑A加藥濃度為30mg/L，每兩天加一次，按實際單井產水量計算每次加藥劑量。

(2)潤濕管壁：使用15L濃度為15mg/L的防腐劑A和2%有機防膨劑HTD的混合溶液預沖洗潤濕管壁。

(3)環空加藥：將防腐劑A配成15L溶液，從環空緩緩倒入。

(4)沖洗掛壁：采用15L濃度為15mg/L的防腐劑A沖洗掛壁。

3.2 應用效果評價

2007年6月對勝利油田兩口腐蝕較嚴重的勝1-A井和勝1-B井開展了油套環空投加緩蝕劑防腐試驗，并將井口改加旁通，旁通兩頭由閘門控制，中間放置掛片。日常油井產液走旁通，取放掛片時(1次/20 d)改走主干道，關旁通上、下游閘門，以實現實時檢測產液腐蝕狀況，試驗結果表明，勝1-A井和勝1-B井的緩蝕率分別為95.7%和95.8%，試驗期間，兩口防腐井共創經濟收益123.23萬元，達到防腐效果，提高了經濟效益。

4 結論

(1)采用電化學法評價了壓力、溫度、流速、pH值等因素對腐蝕的影響，試驗結果表明，腐蝕速率隨壓力的增加、溫度的升高、流速的增大而增加；pH值小于7.0時腐蝕速率隨pH值的增大而減小，pH值大于7.0時，腐蝕速率受pH值影響不大。

(2)針對勝利油田管道腐蝕問題，采用電化學法和掛片法評價了四種防腐劑A、B、C、D的防腐效果，結果表明，防腐劑A、B、C的防腐效果都不錯。

(3)從經濟效益分析，選用防腐劑A進行現場試驗，結果表明，投加防腐劑后有效抑制了腐蝕，有利于提高油田經濟效益。

[1]中國腐蝕與防護學會編寫. 金屬防腐蝕手冊. 第一版. 上海: 科學技術出版社, 1989: 1-2.

[2]張學元, 雷良才. 二氧化碳腐蝕與控制. 北京: 化學工業出版社,2000, 1-5.

[3]哈利伯頓公司著[美], 侯高文、李玉堂譯, 蔣舜錚校. 油田二氧化碳使用手冊, 東營: 石油大學出版社, 1989: 1-10.

[4]王文.勝利油田集輸管道腐蝕控制技術應用現狀[J]. 石油工程建設,2001,12(6):11-12.

[5]柳言國.勝利油田防腐蝕技術評價中試系統[J].腐蝕與防護,2007,1(1):45-46.

[6]《油氣田腐蝕與保護技術手冊》編委會. 油氣田腐蝕與保護技術手冊. 第一版. 北京: 石油工業出版社, 1999: 50-51.