一種緩蝕劑性能評價試驗系統的設計與應用

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(中海石油(中國)有限公司 湛江分公司 潿洲作業公司， 廣東 湛江 524057)

采用緩蝕劑減緩設備或流體輸送管道的腐蝕速率，是石油開采、輸送及化工等領域常用的手段[1]。緩蝕劑的性能、加注體積分數等因素對腐蝕防護效果有重要影響[2]。腐蝕速率受流體性質、組分、流態、溫度及壓力等因素影響[3]，緩蝕劑的效果同樣受到流體特性的影響。但緩蝕劑的效果不易評價，且影響腐蝕速率的因素眾多，如何針對特定的流體性質選擇高效的緩蝕劑是一大難題。為選擇出針對特定流體的高效緩蝕劑及其合理的緩蝕劑加注體積分數，一般會委托科研單位模擬現場工況條件開展流體腐蝕實驗，具體過程為，在模擬流體中添加不同種類和體積分數的緩蝕劑，將腐蝕掛片置于流體中進行腐蝕實驗，一段時間后，將掛片取出并進行腐蝕速率分析，將結果與空白樣(模擬現場工況的流體中不添加緩蝕劑，測試同樣時間的腐蝕掛片)結果進行比對，從而評價出緩蝕劑在不同加注體積分數下的緩蝕效率[4]。油氣開采過程中，地層產出的流體組分非常復雜，溫度和壓力等條件動態變化，室內實驗難以真實模擬出生產過程中流體的實際狀態，勢必嚴重影響實驗效果的準確性[5]。

為了動態、真實地評價出不同種類緩蝕劑在不同體積分數下的緩蝕效果，針對特定流體選出性能高效的緩蝕劑以及最合理的緩蝕劑加注體積分數，研制了一種技術原理簡單、應用成本低、生產現場可直接應用的緩蝕劑性能評價試驗系統[6]。

1 緩蝕劑性能評價試驗系統技術分析

1.1 試驗系統結構及參數

緩蝕劑性能評價試驗系統包括流體分配管、液量調節閥、流量計、微量緩蝕劑加注泵和緩蝕劑性能評價裝置5部分(圖1)。其中，緩蝕劑性能評價裝置由流體進入直管段、緩蝕劑性能評價裝置外殼、流體排出直管段、腐蝕掛片固定螺栓和圓柱形腐蝕掛片組成，見圖2。

1.流體分配管 2.液量調節閥 3.流量計 4.微量緩蝕劑加注泵 5.緩蝕劑性能評價裝置圖1 緩蝕劑性能評價試驗系統組成示圖

1.流體進入直管段 2.緩蝕劑性能評價裝置外殼3.流體排出直管段 4.圓柱形腐蝕掛片 5.腐蝕掛片固定螺栓圖2 緩蝕劑性能評價裝置結構示圖

該緩蝕劑性能評價試驗系統設計體積流量為0.2～2.0 m3/h，流體進入及排出直管段長度不小于5 m，最大承受壓力2 MPa，最高耐溫100 ℃。

1.2 工作原理

將該緩蝕劑性能評價試驗系統連接到需要進行腐蝕防護的流體輸送管道或設備上，流體流入流體分配管[7]，通過液量調節閥和流量計，使進入每套緩蝕劑性能評價裝置的液量相等，流體從緩蝕劑性能評價裝置流出后，排入現場的生產處理系統回收利用。采用2套或多套緩蝕劑性能評價裝置并聯運行，其中1套緩蝕劑性能評價裝置中不加注緩蝕劑，其圓柱形腐蝕掛片作為空白樣掛片。其它緩蝕劑性能評價裝置中，通過微量緩蝕劑加注泵添加不同種類或不同體積分數的緩蝕劑。流體在緩蝕劑性能評價裝置中運動一段時間后(一般不少于1個月)，將圓柱形腐蝕掛片從緩蝕劑性能評價裝置中取出，通過將加注緩蝕劑的圓柱形腐蝕掛片的均勻腐蝕速率和點腐蝕速率與空白樣掛片進行比對，可以計算出各種緩蝕劑在各種藥劑加注體積分數下的緩蝕效果，從而達到緩蝕劑性能評價的目的[8]。此系統既可以比對評價同一藥劑加注體積分數下，不同種類緩蝕劑緩蝕性能的優劣，從而選擇出適應某特定流體特性的高性能緩蝕劑，也可以對比評價同一種緩蝕劑在不同加注體積分數下的緩蝕效果，從而選擇出最合理的緩蝕劑加注體積分數，在最節省費用的前提下達到腐蝕防護效果最佳的目的[9]。

2 緩蝕劑性能評價試驗系統技術創新性

緩蝕劑性能評價試驗系統中多套緩蝕劑性能評價裝置并聯運行[10]，設置有液量調節閥和流量計，可以調節進入緩蝕劑性能評價裝置的流體流量，模擬生產系統中的真實流速，使進入每套緩蝕劑性能評價裝置的液量相等、壓力條件相同。由于試驗流體來自現場管道或設備，因此，流體組分、溫度、壓力等條件與現場實際情況完全一致，確保了藥劑評價和篩選結果的準確性。

將緩蝕劑性能評價裝置中的腐蝕掛片由通常使用的條形掛片更改為圓柱形掛片，可以直接觀察腐蝕掛片不同部位的腐蝕情況，便于分析管道內流體分層現象對腐蝕的影響。緩蝕劑性能評價裝置中設置有流體進入直管段和流體排出直管段[11]，可以避免流體流態變化對腐蝕速率造成的影響。

安裝傳統的條形腐蝕掛片需要在管道上安裝取裝掛片基座，用專用工具取裝[12]，較為繁瑣。新設計的緩蝕劑性能評價裝置中，圓柱形腐蝕掛片通過腐蝕掛片固定螺栓固定在緩蝕劑性能評價裝置外殼上，取裝掛片更加方便，同時保證了緩蝕劑性能評價裝置外殼的結構強度。

3 緩蝕劑性能評價試驗系統現場應用情況

應用該緩蝕劑性能評價系統，通過微量緩蝕劑加注泵按相同加注體積分數添加不同種類的緩蝕劑，通過將加注緩蝕劑的圓柱形腐蝕掛片的均勻腐蝕速率和點腐蝕速率與空白樣掛片進行比對[13]，可以計算出各種緩蝕劑在某一藥劑加注體積分數下的緩蝕效果，從而對比各種緩蝕劑在某一藥劑加注體積分數下的效果。同理，若按不同加注體積分數添加同一種類的緩蝕劑，可以計算出該緩蝕劑在各種藥劑加注體積分數下的緩蝕效果，對比某一緩蝕劑在不同藥劑加注體積分數下的緩蝕效果，從而選擇出某一種緩蝕劑最合理的藥劑加注體積分數[14]。當按不同加注體積分數添加不同種類的緩蝕劑時，可以計算出不同種類的緩蝕劑在各自藥劑加注體積分數下的緩蝕效果，達到將不同種類緩蝕劑在不同藥劑加注體積分數下的緩蝕效果進行對比的目的，結合緩蝕劑的單價，可以選擇出性價比最高的緩蝕劑和該藥劑的加注體積分數[15]。

某油田外輸海底管道內檢測時發現腐蝕超標，潿洲作業公司于2018-01啟動了該海底管道緩蝕劑篩選工作，采用緩蝕劑性能評價試驗系統對來自不同單位的4種緩蝕劑進行評價篩選，結果見表1。

表1 某油田外輸海底管道緩蝕劑篩選結果

由表1可見，1#和4#緩蝕劑在40×10-6加注體積分數下即可滿足腐蝕速率小于0.076 mm/a的要求，且緩蝕效率超過85%。2#和3#緩蝕劑在40×10-6加注體積分數下，也可滿足腐蝕速率小于0.076 mm/a的要求，但緩蝕效率低于85%，如要使2#和3#緩蝕劑達到緩蝕效率不低于85%的要求，其加注體積分數需60×10-6。

4 結語

設計的緩蝕劑性能評價試驗系統使用方便，技術原理簡單，與室內模擬實驗相比，可以更加準確、動態地反映現場流體組分、溫度、壓力等條件[16]。利用該系統進行緩蝕劑評價和篩選，其結果更加準確可靠。將緩蝕劑性能評價試驗系統中的傳統條形腐蝕掛片改為圓柱形掛片，既方便了腐蝕掛片的取裝，又能反映出流體分層現象對腐蝕的影響。使用該緩蝕劑性能評價試驗系統時，需定時校準緩蝕劑的注入量，防止緩蝕劑加注量不準確而影響藥劑篩選結果。