分析壓縮天然氣加氣站地下儲氣井的腐蝕與防護

郇宜濤

1 壓縮天然氣加氣站地下儲氣井概述

壓縮天然氣加氣站地下儲氣井作為儲存壓縮天然氣的裝置，本身對安全性、密封性和壓縮性的要求極高，一旦哪方面的性能稍有不足，都會對壓縮天然氣的安全儲存造成嚴重威脅。為了保證地下儲氣井具有極強的密封性，一般需要使用井底封頭、井口封頭、套管等裝置。在此基礎之上，還需要利用高強度固井水泥來保證井底的穩定性。而井口控制裝置則是用來保證儲氣井安全的重要裝置，其能夠對儲氣井的內部結構設施進行有效控制，從而保證儲氣井的正常使用，還能針對儲氣井的部分簡單問題進行快速修復，是儲氣井中不可或缺的重要部分。地下儲氣井的深度一般在100米到200米之間，既能保證天然氣的正常使用，也能防止地面安全隱患的威脅。另外，地下儲氣井具有的建設成本低、建設周期短、管理維護簡單的優點，故而在我國得以大量應用。

2 壓縮天然氣加氣站地下儲氣井的腐蝕問題

腐蝕是地下儲氣井普遍存在的現象，對儲氣井的安全及正常使用造成了嚴重影響與威脅。當腐蝕現象嚴重時，更會出現天然氣泄露的情況，從而引發安全事故。一般來說，壓縮天然氣地下儲氣井的腐蝕現象都是由腐蝕性介質所引起的，包括溶解氧、CO2、H2S、SRB等。

2.1 溶解氧引發的腐蝕

溶解氧是指溶解在水中的空氣中的分子態氧，其會與地下儲氣井的金屬發生反應，從而使得自身被還原生成OH-，而金屬則被氧化生成相應的金屬陽離子，常見的鐵被氧化生成Fe2+。在OH-和Fe2+生成后，會各自向陽極與陰極擴散，從而形成氧化腐蝕電池。如此一來，地下儲氣井金屬部分的腐蝕現象將會進一步加速，從而使得儲氣井的安全、正常使用受到威脅。一般來說，水中溶解氧的濃度越高，儲氣井的腐食速度也就越快。

2.2 CO2和H2S引發的腐蝕

CO2和H2S都是導致地下儲氣井出現腐蝕現象的主要因素，大多數情況下，CO2和H2S都是共同存在、共同作用的。在CO2和H2S共存情況下，二者濃度不同，會導致腐蝕速度發生相應的變化。由于H2S腐蝕作用下產生的硫化物膜，會對儲氣井形成保護作用，所以在CO2和H2S共存的情況下，后者對腐蝕速度的影響更大。在CO2和H2S共存的情況下，當H2S濃度偏低時，腐蝕速度會受到硫化物膜的影響而降低。而當H2S濃度偏高時，腐蝕速度會因為H2S的腐蝕作用增強而加快。在CO2和H2S共存的情況下，影響腐蝕速度的因素除了H2S濃度外，還包括溫度、CO2分壓及地下井材質。其中，溫度變化會導致介質中CO2和H2S的濃度發生變化而影響腐蝕速度，但同時CO2及H2S和金屬的反應速度會得以反向加強，腐蝕產物膜也會對腐蝕速度造成影響。例如，當溫度升高，CO2和H2S的溶解度降低，但相應的反應速度會加快，腐蝕產物膜也會對腐蝕速度造成影響。因此要明確溫度變化對腐蝕速度的影響，需要根據實際情況加以分析。

2.3 SRB引發的腐蝕

SRB也就是硫酸鹽還原菌，其引發的腐蝕是微生物腐蝕的典型情況。SRB的代謝產物H2S會與金屬發生氧化還原反應，從而造成腐蝕，同時其反應產物FeS也對金屬的腐蝕有著影響，會進一步加以腐蝕強度。SRB腐蝕的主要機理實際上在于氫化酶，它為氧化還原反應提供了足量的氫，從而促進了氧化還原反應的形成與加劇，對儲氣井造成嚴重腐蝕影響。

3 壓縮天然氣加氣站地下儲氣井的腐蝕防護措施

地下儲氣井的腐蝕防護措施非常多，其中最簡單的當屬改善固井方法。一般情況下，地下儲氣井的固定都是通過由上向下灌注水泥漿的方式完成，但這種方法的應用容易出現縫隙及松動現象，從而使得地下水及有害氣體能夠通過縫隙直接與井筒接觸而產生腐蝕。而采用由下向上的固井方法，利用小管從儲氣井底部灌入水泥漿，在水泥漿不斷灌入的過程中，壓力會逐漸增大，從而避免了縫隙的出現。

其次，使用密封脂來輔助密封，從而起到改善鋼管連接處的密封性能的作用，可以很好地防止有害氣體等與套管發生反應，從而防止腐蝕現象發生。另外，對加氣站的壓縮天然氣氣質進行嚴格要求，避免水、硫化氫等的含量超標，是緩解腐蝕現象發生的有效方法。當然，選用抗腐蝕強度更高的鋼材作為套管材料，也能有效降低腐蝕速度。最后，合理運用套管防腐蝕技術來對套管進行強化處理，可以對化學腐蝕起到較好的防護作用，從而在混凝土防護的基礎上進一步提升了腐蝕防護強度。

4 結束語

近年來，我國大力建設壓縮天然氣加氣站地下儲氣井，對我國天然氣能源的推廣使用有著積極意義。然而，地下儲氣井的腐蝕問題卻嚴重影響了儲氣井的正常使用，嚴重時還會引發安全事故，需要采取合理措施加以防護。本文對壓縮天然氣地下儲氣井的腐蝕機理進行了簡單分析，并從固井方法、密封性能、天然氣氣質、套管材料及套管防腐蝕技術等方面，對地下儲氣井的腐蝕防護進行了探討，希望能對我國壓縮天然氣加氣站地下儲氣井的腐蝕防護起到強化作用。