龍王廟組氣藏地面集輸系統(tǒng)腐蝕控制措施研究

唐 詩 馬 蠡 蔣 志 沈武冬 張昌會 徐 梅

（中國石油與天然氣股份有限公司西南油氣田分公司川中油氣礦，四川 遂寧 629000）

0 引言

安岳氣田磨溪區(qū)塊龍王廟組氣藏是我國迄今為止探明的最大規(guī)模單體海相碳酸巖鹽整裝氣藏，氣藏主體構(gòu)造地層壓力系數(shù)為1.64～1.69，地層溫度138.5～145.8℃，為高溫、高壓氣藏，氣藏累計(jì)投入生產(chǎn)井54口，開井51口，日產(chǎn)氣2852×104m3，日產(chǎn)水1389m3。氣藏所產(chǎn)天然氣中含H2S（5.03～12.48g/m3）、中～低含CO2（20.71～53.44g/m3），氣田水中氯離子含量為（2～243455mg/L）、礦化度為（55～365412mg/L），氣藏的腐蝕環(huán)境惡劣[1]，且氣藏周邊人口密集、水系發(fā)達(dá)、地形復(fù)雜，一旦發(fā)生因腐蝕導(dǎo)致管線或設(shè)備穿孔、開裂泄漏，將對人身安全、生命財(cái)產(chǎn)造成極大危害。因此在氣藏開發(fā)運(yùn)行過程中，對腐蝕控制工作的要求高，應(yīng)實(shí)施有針對性、時效性和可操作性的腐蝕防控工作，以確保龍王廟組氣藏集輸系統(tǒng)的本質(zhì)安全。

1 龍王廟組氣藏集輸系統(tǒng)概況

龍王廟組氣藏采用多井集氣、采氣管線氣液混輸、集氣干線氣液分輸?shù)膬?nèi)部集輸工藝，內(nèi)部集輸規(guī)模約3300萬方/天[2]。氣液混輸?shù)妮斔头绞皆谝欢ǔ潭壬虾喕藲馓锼蛛x和輸送流程，節(jié)約了投資，減少了占地，但由于氣液混合物中含有大量的腐蝕性較強(qiáng)的H2S、CO2、Cl-及氣井酸化壓裂返排酸液等，導(dǎo)致集輸系統(tǒng)存在較高的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)[3]。

2 龍王廟組氣藏集輸系統(tǒng)綜合腐蝕控制措施

氣藏根據(jù)實(shí)際工況，借鑒國內(nèi)外類似氣藏的防腐技術(shù)，采取了一系列內(nèi)腐蝕、外腐蝕控制措施，并通過開展腐蝕監(jiān)/檢測工作及時監(jiān)控集輸系統(tǒng)的總體腐蝕狀況。

2.1 外腐蝕控制措施

龍王廟組氣藏集輸系統(tǒng)管線大多數(shù)為埋地管線，管線外壁在周圍環(huán)境中受到土壤腐蝕、細(xì)菌腐蝕等，且流散于土壤中的雜散電流會加速管道的電化學(xué)腐蝕[4]。

針對龍王廟氣藏的特點(diǎn)并考慮到選材方便，集輸系統(tǒng)外防腐采取“外防腐層+陰極保護(hù)”的聯(lián)合保護(hù)方案[5]。

2.1.1 外防腐層工藝

（1）場站內(nèi)管道及設(shè)備外防腐層

場站內(nèi)地面管道、設(shè)備采用氟碳涂料進(jìn)行防腐。站內(nèi)DN≥50的埋地管道在預(yù)制條件允許時盡可能采用三層PE外防腐層，其余管徑的埋地管道、所有管徑的三通和彎頭等全部采用現(xiàn)場施工方便的厚膠型聚乙烯膠粘帶特加強(qiáng)級防腐層防腐[6]；

（2）場站外管道外防腐層

集氣管線及燃料氣管線均采用三層PE防腐層，管線的環(huán)焊縫補(bǔ)口和熱煨彎管防腐采用帶配套環(huán)氧底漆的熱熔膠型聚乙烯熱收縮帶，補(bǔ)傷采用聚乙烯補(bǔ)傷片。

2.1.2 陰極保護(hù)

龍王廟組氣藏采用外加電流進(jìn)行陰極保護(hù)，通過外加直流電源以及輔助陽極，迫使電流從土壤中流向被保護(hù)金屬，使被保護(hù)金屬管道發(fā)生陰極極化，實(shí)現(xiàn)其電位低于周圍環(huán)境[7]。

龍王廟組氣藏目前共建陰極保護(hù)站8個，目前管線斷電電位處于-0.85～-1.18V之間，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，所有陰保機(jī)均投入正常使用狀態(tài)。

2.2 內(nèi)腐蝕控制措施

龍王廟組氣藏集輸系統(tǒng)管道及設(shè)備內(nèi)壁直接與輸送介質(zhì)接觸，但輸送介質(zhì)中常混雜有許多腐蝕性雜質(zhì)，如高礦化度的水、溶解氧、CO2、H2S和硫酸鹽還原菌等，在溫度、壓力、流速及交變應(yīng)力等因素交錯作用下，使得集輸系統(tǒng)內(nèi)腐蝕環(huán)境較外腐蝕更為復(fù)雜[8]。龍王廟組氣藏采用“抗硫管材+緩蝕劑加注”的內(nèi)防腐措施。

2.2.1 抗硫管材選擇

對于在高H2S分壓的濕氣環(huán)境下的輸送鋼管，采用母材無焊縫、質(zhì)量可靠的無縫鋼管，以保證管線抗SSC和HIC的能力，龍王廟組氣藏的采氣管線、集氣干線、試采干線均采用L360 QS無縫鋼管[9]。

2.2.2 緩蝕劑加注

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，L360鋼級適用于酸性天然氣環(huán)境下的管道輸送，但針對龍王廟組氣藏集輸系統(tǒng)復(fù)雜的腐蝕環(huán)境，可通過加注緩蝕劑進(jìn)一步防止電化學(xué)腐蝕等內(nèi)腐蝕現(xiàn)象[10]。龍王廟組氣藏緩蝕劑防腐方案采用“預(yù)膜+連續(xù)加注”的保護(hù)方式，預(yù)膜采用成膜性能較好的油溶水分散型緩蝕劑CT2-19A，連續(xù)加注用水溶性緩蝕劑CT2-19C[11]。

站內(nèi)緩蝕劑加注系統(tǒng)設(shè)置在二級節(jié)流閥之后，通過加注系統(tǒng)將緩蝕劑以霧狀噴入管道內(nèi)，使緩蝕劑霧滴均勻分散在氣流中，并吸附在管道、設(shè)備內(nèi)壁，起到防腐效果。緩蝕劑連續(xù)加注量是根據(jù)該井產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量和腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果綜合考慮進(jìn)行動態(tài)調(diào)整的。

緩蝕劑預(yù)膜是利用清管設(shè)備將緩蝕劑段塞帶動在管道內(nèi)流動，從而使緩蝕劑分子與管道內(nèi)壁充分接觸，在管道內(nèi)壁形成一層緩蝕劑薄膜，以防止線路內(nèi)腐蝕。緩蝕劑預(yù)膜采用3mils的成膜厚度，根據(jù)管線內(nèi)表面積和長度來確定緩蝕劑用量，緩蝕劑過盈用量為30%～40%[11]。

2.3 腐蝕監(jiān)測

為在生產(chǎn)過程中對龍王廟氣藏集輸系統(tǒng)的腐蝕狀況、腐蝕速率等進(jìn)行有效監(jiān)測，從而及時調(diào)整腐蝕控制方案，預(yù)防事故的發(fā)生，龍王廟組氣藏在投產(chǎn)后進(jìn)行腐蝕監(jiān)測，監(jiān)測手段主要包括：在單井站和集氣站原料氣管線和分離器排污管線分別設(shè)置腐蝕掛片、電阻探針及柔性超聲波等腐蝕監(jiān)測點(diǎn)、緩蝕劑殘余濃度分析、場站管道及設(shè)備進(jìn)行超聲波測厚、集氣站進(jìn)站管道進(jìn)行氫通量監(jiān)測等，形成了在線腐蝕監(jiān)測為主、無損檢測為輔、與配套化學(xué)分析相結(jié)合的綜合監(jiān)測體系。

2020年超聲波復(fù)測管線與設(shè)備壁厚減薄量總體小于原始壁厚2.5%，整體處于輕度減薄。

根據(jù)2020年第二期腐蝕掛片及探針數(shù)據(jù)，龍王廟組氣藏集輸系統(tǒng)平均腐蝕速率控制在行業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)0.076mm/a以下，其中原料氣管線：東站磨溪204井來氣管線等4個監(jiān)測點(diǎn)掛片腐蝕速率＜0.025mm/a＞0.12mm/a，屬于中度腐蝕，其余原料氣管線掛片腐蝕速率均＞0.025mm/a屬于輕度腐蝕；分離器排污管線監(jiān)測點(diǎn)：磨溪12井分離器排污管線等四個監(jiān)測點(diǎn)掛片腐蝕速率＜0.025mm/a，＞0.12mm/a，屬于中度腐蝕，其余排污管線掛片腐蝕速率均＞0.025mm/a，屬于輕度腐蝕。

表1 NACE標(biāo)準(zhǔn)RP 0775-2005對腐蝕程度的劃分

根據(jù)腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析，龍王廟組氣藏集輸系統(tǒng)管線及設(shè)備的腐蝕程度較低，說明其采用的腐蝕控制措施起到了良好的防腐效果，與龍王廟組氣藏工況適應(yīng)性較好。

2.4 智能清管檢測

為了及時掌握龍王廟組氣藏集輸管道的腐蝕情況，采用智能清管檢測技術(shù)對集輸管道的幾何形變和金屬損失進(jìn)行定位、定性、定量分析。目前共完成龍王廟試采干線、東干線、西干線、西北干線等4條管線的智能清管檢測，如表2所示。

表2 智能檢測數(shù)據(jù)分析

龍王廟試采干線、東干線、西北干線及西干線智能清管檢測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)金屬損失點(diǎn)的預(yù)估維修必要性ERF均＞1，表明管道處于受控狀態(tài)。

3 結(jié)論與建議

龍王廟組氣藏集輸系統(tǒng)采用采取“外防腐層+陰極保護(hù)”外防腐措施及“抗硫管材+緩蝕劑”的內(nèi)防腐措施，根據(jù)腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)及智能清管檢測結(jié)果表明，系統(tǒng)腐蝕速率控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，腐蝕控制方案設(shè)計(jì)滿足現(xiàn)場腐蝕控制管理要求，較好地實(shí)現(xiàn)了集輸系統(tǒng)的安全投運(yùn)和運(yùn)行。

隨著開采工程的進(jìn)行，氣藏集輸系統(tǒng)的腐蝕工況會出現(xiàn)多種新的變化，例如產(chǎn)水量的持續(xù)增加等，因此建議開展高產(chǎn)水、高礦化度環(huán)境下集輸系統(tǒng)腐蝕規(guī)律及控制技術(shù)研究。并根據(jù)實(shí)際工況與腐蝕控制效果，不斷調(diào)整與優(yōu)化防腐措施，特別是在腐蝕監(jiān)/檢測方面進(jìn)一步探索新技術(shù)，科學(xué)利用多種監(jiān)測手段確保及時掌握管道及設(shè)備的腐蝕現(xiàn)狀。