某平臺至FPSO 海底管道緩蝕劑評價與應用

陳宏程，龍 云，楊 明

(1.中海石油中國有限公司 深圳分公司 深圳 518067;2.中海油能源發展股份有限公司上海環境工程技術分公司 上海200030.)

隨著國內對原油需求量與日俱增，海上油氣田的開采越來越受重視。南海東部某油田，目前日產原油3 萬多桶。截止到2013 年年底，某油田由三個平臺和一個FPSO(浮式儲油卸油裝置)組成。各個平臺所產原油，通過海底管道輸送到FPSO 上，然后通過FPSO 上的工藝設備處理合格后外輸。海底管道是海上油氣田生產的主要設施，其安全運行一直得到作業者的高度關注。但隨著油田產液量、含水率的上升，腐蝕介質含量的增加，海底管道面臨著越來越大的腐蝕風險。

緩蝕劑因其具有經濟、高效的優點，添加緩蝕劑是海底管道最有效的防腐措施。針對緩蝕劑的技術特點，采用常用的室內評價方法，評價了流速對緩蝕效率的影響。與此同時，在海底管道的出口安裝了電感探針監測系統［1］，對緩蝕劑現場應用的效果進行評價。

1 實驗方法

1.1 工況環境

此次評價的待選型緩蝕劑，使用在平臺至FPSO 的海底管道中。

海管的工況環境:海管壓力0.38 MPa，溫度70 ℃。輸液量為每天8 000 m3左右，水的質量分數為30%，二氧化碳體積分數為15%。

1.2 室內試驗

在室內試驗中，采用高溫高壓釜模擬油田的現場工況，評價流速對海底管道腐蝕的影響，計算平均腐蝕速率。通過對現場工況資料的收集，確定試驗條件，詳見表1。

表1 模擬試驗條件

失質量法是評價腐蝕的一個重要方法，本試驗中具體的平均腐蝕速率計算如下:

式中:g——試樣的失重，g;

γ——材料的密度，g/cm3;

t——實驗時間，d;

S——試樣面積，mm2;

V——平均腐蝕速率，mm/a。

緩蝕效率:I(%)=100 ×(R0-R1)/R0

式中:I 為緩蝕效率，mm/a;R0為未加緩蝕劑時的腐蝕速率，mm/a;R1為添加緩蝕劑后的腐蝕速率，mm/a。

1.3 結果與討論

模擬試驗結果見表2。從表2 結果表明，隨著流速的增加，掛片的腐蝕速率顯著的增加，屬于極嚴重的均勻腐蝕。當添加60 μg/g 緩蝕劑后，掛片的腐蝕速率得到了有效控制。流體流速對腐蝕速率的影響體現到兩個方面:一是流速提高，離子傳質較快，H2CO3和H+等去極化劑更快的擴散到鋼的表面，使陰極反應增強，擴散控制消散。同時金屬表面的Fe2+迅速的離開，增強陽極反應。二是流體流動情況下，流體對鋼表面產生剪切力，剪切力阻礙腐蝕產物膜的形成或破壞已經形成的腐蝕產物膜，增加腐蝕速率，并可能產生局部腐蝕。

表2 模擬試驗結果

從室內試驗結果可知，添加6 μg/g 緩蝕劑可以顯著的降低腐蝕速率。但流速超過2 m/s 時，緩蝕效率降低，腐蝕速率增加。所以，為了保護海底管道，除了往管道中添加緩蝕劑，應對海管的輸液量進行控制，對其流體流速控制在2 m/s 之內。

2 油田現場應用評價

2.1 緩蝕劑現場加注

平臺通過化學藥劑注入系統，向海底管道中注入緩蝕劑。緩蝕劑加注系統包括:化學藥劑儲罐、計量裝置、藥劑泵、單向閥、安全閥等設備，且設備的材質不應與藥劑發生不良反應。緩蝕劑注入方式，見圖1。

圖1 緩蝕劑注入方式示意

緩蝕劑日加注量計算:日加注量=日輸送液量×水質量分數×緩蝕劑質量分數=144 L/d。

2.2 緩蝕劑現場評估

為了對緩蝕劑的現場應用效果進行評估，在海底管道的出口安裝了電感探針系統，現場安裝見圖2。

圖2 Microcor 電感探針現場安裝示意

Microcor 技術是以測量金屬損失為基礎的，是將測試線圈外表面的或合金敏感元件處于特定的相對位置，并給線圈施加一個恒定的交變電流，使得線圈電感對金屬元件的厚度變化非常敏感，從而能測量出由腐蝕引起的目標樣厚度發生的極微小的變化，大大提高檢測的靈敏度。它的優點為靈敏度高，響應時間短，響應0.254 mm/a 的腐蝕速率只需要0.1 h。Microcor 是由Microcor 變送器、Microcor數字記錄器、Microcor 電感探頭和變送器電纜組成，最后用數據下載器(Checkmate DL)下載數據，傳送到計算機上后通過專業軟件進行處理分析。

圖3 為Microcor 電感探針在2013 年9 月～2013 年12 月的在線監測數據。Microcor 系統數據從2013 年9 月29 日至2013 年12 月15 日。本季度系統工作正常，系統數據出現兩次次波動影響，其余時間段內數據穩定，電感探針平均腐蝕速率小于0.025 mm/a，與歷史數據較為吻合。經過查看生產日報，避臺作業是造成系統數據波動原因，腐蝕速率以穩定區域數值為準。(注:避臺時平臺會停產，停注緩蝕劑，往海管注海水和批量處理劑，防止原油凝固在海底管道中。)

圖3 Microcor 在線腐蝕檢測數據

3 結論

(1)室內試驗結果表明，待選緩蝕劑在模擬工況的試驗條件下，緩蝕效率能達到89%，可以有效的減小腐蝕速率。但流速對緩蝕性能有重要的影響，當流速超過2 m/s 時，緩蝕效率明顯的下降。

(2)截止到2013 年年底，海底管道輸液量為每天8 000 m3，換算成流速為1.26 m/s。緩蝕劑現場的加注量為60 μg/g。從海管出口電感探針監測數據，海管的腐蝕得到有效控制，腐蝕速率控制在0.025 mm/a 之內。

(3)因緩蝕劑還具有極強的選擇性特點，即使同一個油田，但隨著油田工況環境的變化，也可能發生緩蝕效率降低的現象。所以，每年要對緩蝕劑進行優化，防止緩蝕效率下降現象的發生。

［1］張煒強，秦立高，李飛.腐蝕監測/檢測技術［J］.腐蝕科學與防護技術，2009，21(5):477-479.