高壓地下儲氣井外腐蝕機理及防護措施研究

張釗

摘 要：高壓地下儲氣井作為CNG加氣站的設備，具有以下一些特點，綜合來說就是，儲氣量大、操作管理方便、加氣速度快、運營時所需要的管理服務費用低、占地總面積相對較小等，高壓儲氣井現在已經成為我國內部加氣站的最基本儲氣方式。該文針對目前國內CNG加氣站高壓地下儲氣井不斷腐蝕的實際情況，探討CNG儲氣井外腐蝕的腐蝕機理和具體的防范措施，為進一步推廣CNG汽車的應用提供了技術支持和安全保障。

關鍵詞：高壓地下儲氣井 外腐蝕機理 腐蝕防護措施

中圖分類號：TU996 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）09（a）-0057-02

近年來，隨著我國能源需求量的日益增大和環境保護的要求卻來越嚴格，汽車量的不斷增加，更多的人在尋找清潔可替代能源，所以天然氣由于其自身是清潔能源的固有的特點成為了汽車燃料的主力，促進替代原始燃料得到了飛速發展。目前CNG的儲氣方式可以分為三大類，主要是儲氣罐、大型儲氣罐和地下儲氣井，其中地下儲氣井是CNG加氣站最基礎最常用的儲氣方式。

1 高壓地下儲氣井概況

高壓地下儲氣井顧名思義是在地下的，它是利用特殊的工藝技術將CNG，利用石油、天然氣為媒介儲備在地下幾百米深處，這樣做就直接將在地面放置該設備所能產生的任何隱患排除在外，并且由于是完全在地下，也不會妨礙地上土地的有效利用，大大減少了土地占用面積。減少了整個工程的成本造價，縮短了整個工程的工期。但是有利有弊，由于地下的種種因素，導致了地下的儲氣井管道存在腐蝕問題，具體腐蝕情況嚴重程度不盡相同，但是對地下儲氣井造成腐蝕最嚴重的是硫化物氣體和二氧化碳。因此，為了使運行時不產生系統損壞，減少腐蝕所帶來的傷害，就必須有針對性地對妨害地下設備的有害氣體比如硫化氫氣體和二氧化碳氣體單獨進行防治，分析了不同原因造成儲氣井腐蝕并針對相關損毀原因提出了相應的處理措施。

2 關于地下儲氣井腐蝕情況的研究

由于地下儲氣井放置的條件和位置不同、存放在地下位置的通透性不同及其他種種因素造成的條件影響不同，使得地下儲氣井的腐蝕程度有很多不同，有的會產生非常嚴重的腐蝕，有的腐蝕程度較差一些，還有的就是腐蝕程度不夠嚴重，但是當產生腐蝕情況時并沒有及時地發現或沒有及時地采取相關措施導致腐蝕面積慢慢擴大，越來越嚴重，最終產生的腐蝕情況極其嚴重，所以不僅要分析腐蝕產生的原因，更要及時進行檢查，隨時發現隨時采取相關措施進行處理，將危害降至最低。以下詳細列舉地下儲氣井產生腐蝕的種種情況。

2.1 由于溶解氧的影響產生的腐蝕

在pH為7或者接近于7的水溶液中，如果金屬產生了一系列腐蝕，這些腐蝕則都屬于化學中所講述的電化學范疇，我們把管道的表面看作化學元素鐵單質，那么在這個電池的陽極是鐵單質而鐵單質由于受到了相關介質的作用而產生了腐蝕，那么整體電子轉移的過程是鐵單質失去了電子，而形成了含有兩個正化合價的鐵離子，每個鐵單質失去的電子數量為兩個，電子從整個電池的陽極轉移至陰極。同樣在電池的陰極是由溶解氧充當，溶解氧被還原，即在電池的陰極溶解氧得到了從陽極轉移過來的電子，每個氧氣分子得到4個電子，最終形成兩個帶有負二價單位的氧離子。以上是從化學角度詳細地描述了溶解氧造成的地下儲氣井腐蝕原因，所以具體地下儲氣井的腐蝕程度還和溶解氧的濃度、擴散速度都有一系列的關系。

2.2 二氧化碳和硫化氫氣體腐蝕的原理以及腐蝕影響因素

2.2.1 二氧化碳和硫化氫氣體腐蝕的原理

通常，在地下的環境之中，二氧化碳和硫化氫氣體本來就是共存的，同樣，由于二氧化碳和硫化氫氣體的共存，也導致了地下儲氣井設備的不同情況的腐蝕。通常當兩種氣體共存時由于存在比例不同又會產生不一樣的腐蝕情況。

當硫化氫氣體對地下儲氣井管道產生了腐蝕之后，在管道的外層自然就形成了一層硫化物，而且這種硫化物偏偏就充當了一種保護膜作用，所以在對儲氣井管道產生腐蝕的情況下，硫化氫氣體充當了一種具有主動性的氣體，所以當有大量二氧化碳氣體存在的時候，在整個氣態環境中又摻雜著少量的硫化氫氣體，這樣反而會降低儲氣井管道的腐蝕速率。但是有一種情況需要格外注意，那就是當兩種氣體混合、硫化氫氣體大量存在時，就會使得儲氣井大大提高其腐蝕速率。

2.2.2 二氧化碳和硫化氫氣體腐蝕的影響因素

在地下，二氧化碳氣體和硫化氫氣體共存的環境中，對地下儲氣井腐蝕影響因素有很多，包括地下的溫度變化、充當媒介的成分組成等，例如地下溫度的變化影響，由于二氧化碳氣體和硫化氫氣體的溶解度隨著溫度的升高而越來越低，但是化學反應的速率會隨著溫度的升高而增快，所以當溫度升高時，需要看溫度對兩種氣體溶解度和反應速率的具體影響配合，即反應速率可增加也可降低。

3 CNG儲氣井的具體防腐蝕措施

3.1 將固井的傳統方法進行改善

傳統的固井方法存在很多弊端，具體的操作方法是把儲氣井的井筒直接放入井下面后，從井的上端直接把水泥灌進去，現在的改進工作是，將傳統的固井方法調整為把水泥漿從下到上灌進去，然后不改變傳統方法進行粘連，這樣做的好處是減小空隙，使得粘連更結實，當水泥慢慢凝結以后，由于壓力的相關作用，使得井筒和井壁真正合二為一，變得非常牢固，這樣就避免了有害氣體鉆進空隙，再加上外層的一層厚厚的水泥層的共同保護，大大減少了腐蝕率。

3.2 改善密封性能

在管子的連接處由于操作技能和材料本身的性質，再加上不是傳統的自然連接就會變得異常脆弱，非常容易出現問題，依據SY/T6535-2020中的相關規定，在套管之間起連接作用的螺紋應當使用專用套管密封脂作為必要的輔助材料進行密封，但是對套管專用密封樹脂的最大承壓能力沒有確切的分析，所以在這一領域還不是非常成熟，但是這對于儲氣井的井外防腐又是非常重要的，所以有必要進行探討和研究，找出確切的實證分析樹脂的具體效果，以更好地使用儲氣井。

3.3 改善氣質

通過對很多加氣站進行相關的調查，發現在這些加氣站中普遍存在一個問題，就是氣質不符合國家的相關標準要求，這部分的比例大約占70%～80%左右，這里面的具體情況不一，大部分又是由于含水量過高或者是有害氣體嚴重超標，這樣不僅會影響儲氣井的實際使用壽命，更為嚴重的是會產生重大安全事故，所以必須對儲氣井的氣質進行改善，保障儲氣井的氣質就是保障安全。

3.4 套管就是防腐處理

此外，對地下儲氣井的防腐蝕處理，就是對套管直接進行防腐處理，這樣做能夠有效地制止化學作用產生的腐蝕，真正有效地杜絕，而且易操作、易控制、易發現問題、易改善。

4 結語

當前，CNG地下儲氣井以其獨特的特點，越來越受重視，但是也存在很多問題，所以就應該積極發現問題，然后具體進行改進，根據CNG地下儲氣井的具體現狀，進一步完善不足，使其更好地促進新能源的使用，為改善城市空氣質量，提高公民的健康指數做出更大的貢獻。

參考文獻

[1] 付壽剛.高壓儲氣井在壓縮天然氣供氣站的應用[J].煤氣與熱力，2004，24（5）：251-253.

[2] 馬寧.CNG地下儲氣井腐蝕與防護措施[J].化工時刊，2011（6）：56-59.