集輸系統硫化氫腐蝕監測技術研究與應用

長江大學

集輸系統硫化氫腐蝕監測技術研究與應用

王翀長江大學

含硫化氫油田地面集輸系統應采取必要的硫化氫腐蝕監測技術，明確硫化氫腐蝕速率，為下一步防腐措施的制定提供依據，進一步保證地面集輸系統的安全有效運行。濕硫化氫對碳鋼設備可以形成兩方面的腐蝕，均勻腐蝕和局部腐蝕。局部腐蝕的形式包括氫鼓泡、氫致開裂、硫化物應力腐蝕開裂和應力導向氫致開裂。電感腐蝕監測系統是以測量金屬腐蝕損失為基礎，通過測量試片腐蝕減薄引起的交流信號改變來計算腐蝕損耗速度。采用電感探針對集輸管線及設備的腐蝕狀況進行在線監測，通過計算機進行數據處理，了解腐蝕趨勢，評價防腐效果。

集輸系統；硫化氫；電化學反應；腐蝕監測

國內外的部分油氣田均含有硫化氫氣體，其地面集輸系統中廣泛存在硫化氫腐蝕問題。通過探討硫化氫腐蝕機理，研究腐蝕監測技術，應采取必要的硫化氫腐蝕監測技術，明確硫化氫腐蝕速率，為下一步防腐措施的制定提供依據，進一步保證地面集輸系統的安全有效運行。在含硫化氫油氣田的地面集輸系統中廣泛存在硫化氫腐蝕問題，要保證集輸系統的安全有效運行，必須采取必要的腐蝕監測和緩蝕技術[1]。利用各種儀器和分析方法，確定材料在工藝介質環境中的腐蝕速率，及時判斷腐蝕發生的程度和腐蝕形態，對腐蝕隱患進行預警；預測設備管道使用壽命，制定檢修計劃；判斷是否需要采取防腐措施，監測腐蝕控制方法的使用效果。

1 油田含硫化氫概況

小洼油田2005年9月發現第一口含有硫化氫油井（洼3732）以來，治理硫化氫危害始終是安全工作的重點。隨著小洼油田蒸汽驅的持續開發，含有硫化氫的油井數量不斷增加。隨著開采時間的延長，油井硫化氫含量、二氧化碳含量出現了明顯的上升趨勢。

小洼油田開井230口，含有硫化氫油井127口，硫化氫含量超標116口，生產井硫化氫含量最高達到15×104mg/m3（洼38432）。根據油井含硫化氫分布情況來看，主要分布于沙三和東三蒸汽驅井組，而且汽驅受效井硫化氫含量高。根據檢測數據來看，洼3站、洼5站和洼10站的天然氣中硫化氫含量高。截至目前，由于沙三蒸汽驅的停注，含硫化氫油井減至90口，其中76口井硫化氫濃度超標，硫化氫含量最高達到22.5×104mg/m3（洼38432）。

2 硫化氫腐蝕機理

干燥的硫化氫氣體對金屬材料無腐蝕，只有硫化氫氣體溶解在水中才具有腐蝕性。在油氣開采中，與氧氣及二氧化碳相比硫化氫在水中的溶解度最大[2]。硫化氫氣體一旦溶于水便立即電離而呈酸性，釋放出的氫離子是強去極化劑，極易在陰極奪取電子，促進陽極鐵溶解反應而導致鋼鐵的全面腐蝕。硫化氫水溶液在呈酸性時，鐵在硫化氫的水溶液中發生電化學反應

硫化氫離解產物HS-和S2-吸附在金屬的表面，形成吸附復合物離子Fe(HS)-。吸附的HS-和S2-使金屬的電位移向負值，促進陰極放氫的加速，而氫原子為強去極化劑，易在陰極得到電子，同時使鐵原子間金屬鍵的強度削弱，進一步促進陽極溶解而使鋼鐵腐蝕[3]。

濕硫化氫對碳鋼設備可以形成兩方面的腐蝕，均勻腐蝕和局部腐蝕。局部腐蝕的形式包括氫鼓泡、氫致開裂、硫化物應力腐蝕開裂和應力導向氫致開裂。

3 腐蝕監測技術

3.1測量原理

采用電感應腐蝕監測技術，主要原理是當把交流信號加至線圈兩端時，在線圈周圍會產生電感應磁場，而置于其中的金屬導磁材料會影響磁場強度，從而間接影響線圈電感量。金屬式樣的厚度及材質不同，對磁場強度影響也不同，進而使線圈電感量發生變化。把金屬試片置于測試線圈所產生的磁場中，當金屬試片腐蝕變薄時，會影響測試線圈的等效電感和感抗。通過檢測電感變化量，推算金屬試片的腐蝕量。進而形成激勵信號及反饋信號,通過探針的信號接口與儀器相連。

3.2腐蝕監測系統

電感腐蝕監測系統是以測量金屬腐蝕損失為基礎，通過測量試片腐蝕減薄引起的交流信號改變來計算腐蝕損耗速度。該系統具有測量靈敏度高、響應快、抗干擾性強、適用性廣等特點。目前在國內得到廣泛而成功的應用，在相同原理的情況下，測量試片可以制作成各種不同形狀（管狀、片狀）以適應于不同的應用。

3.3系統功能

腐蝕在線監測系統由電感探針數據采集器、高壓電感探針、高壓帶壓拆裝裝置、電感探針數據記錄器、電感探針及腐蝕監測軟件組成，安裝方法如圖1所示。采用電感探針對集輸管線及設備的腐蝕狀況進行在線監測，通過計算機進行數據處理，了解腐蝕趨勢，評價防腐效果。監測儀器性能見表1。

表1 監測儀器性能指標

圖1 腐蝕監測系統安裝示意圖

4 現場應用

在小洼油田井口、單井進站管線、采油站油氣分離緩沖罐及外輸管線上實施硫化氫腐蝕技術，檢測周期30d。通過檢測，確定了腐蝕速率，詳見表2。結果表明，監測的位置均存在不同程度的腐蝕，其中采油站油氣分離緩沖罐腐蝕較為嚴重，應考慮采取相應的防腐緩蝕措施。

表2 硫化氫腐蝕監測數據

5 結語

（1）含硫化氫油田地面集輸系統應采取必要的硫化氫腐蝕監測技術，明確硫化氫腐蝕速率，為下一步防腐措施的制定提供依據，進一步保證地面集輸系統的安全有效運行。

（2）針對含硫化氫油田地面集輸系統，應加大腐蝕監測力度，采取相應的防腐緩蝕措施，盡快研究出一種新的完整的評價體系。

[1]鄭偉，帥健，馬強．高含硫氣田鉆井作業HSE管理體系探索[C]．中國石油學會第五屆青年學術年會論文集．北京：石油工業出版社，2007．

[2]馬強．小洼油田硫化氫產生機理及治理措施[J]．特種油氣藏，2010，17（增）：118-120．

[3]馬強．稠油熱采油田毒害氣體產生機理與防治[M]．沈陽：遼寧科學技術出版社，2011．（欄目主持焦曉梅）

更正

《油氣田地面工程》2015年第1期第46頁文章作者李洪林的工作單位應為：遼寧石化職業技術學院。在此向作者表示歉意。

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.2.030