龍王廟組氣藏地面集輸系統腐蝕控制措施研究

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

安岳氣田磨溪區塊龍王廟組氣藏是我國迄今為止探明的最大規模單體海相碳酸巖鹽整裝氣藏，氣藏主體構造地層壓力系數為1.64～1.69，地層溫度138.5～145.8℃，為高溫、高壓氣藏，氣藏累計投入生產井54口，開井51口，日產氣2852×104m3，日產水1389m3。氣藏所產天然氣中含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），氣藏的腐蝕環境惡劣[1]，且氣藏周邊人口密集、水系發達、地形復雜，一旦發生因腐蝕導致管線或設備穿孔、開裂泄漏，將對人身安全、生命財產造成極大危害。因此在氣藏開發運行過程中，對腐蝕控制工作的要求高，應實施有針對性、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的本質安全。

1 龍王廟組氣藏集輸系統概況

龍王廟組氣藏采用多井集氣、采氣管線氣液混輸、集氣干線氣液分輸的內部集輸工藝，內部集輸規模約3300萬方/天[2]。氣液混輸的輸送方式在一定程度上簡化了氣田水分離和輸送流程，節約了投資，減少了占地，但由于氣液混合物中含有大量的腐蝕性較強的H2S、CO2、Cl-及氣井酸化壓裂返排酸液等，導致集輸系統存在較高的腐蝕風險[3]。

2 龍王廟組氣藏集輸系統綜合腐蝕控制措施

氣藏根據實際工況，借鑒國內外類似氣藏的防腐技術，采取了一系列內腐蝕、外腐蝕控制措施，并通過開展腐蝕監/檢測工作及時監控集輸系統的總體腐蝕狀況。

2.1 外腐蝕控制措施

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

針對龍王廟氣藏的特點并考慮到選材方便，集輸系統外防腐采取“外防腐層+陰極保護”的聯合保護方案[5]。

2.1.1 外防腐層工藝

（1）場站內管道及設備外防腐層

場站內地面管道、設備采用氟碳涂料進行防腐。站內DN≥50的埋地管道在預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場施工方便的厚膠型聚乙烯膠粘帶特加強級防腐層防腐[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，管線的環焊縫補口和熱煨彎管防腐采用帶配套環氧底漆的熱熔膠型聚乙烯熱收縮帶，補傷采用聚乙烯補傷片。

2.1.2 陰極保護

龍王廟組氣藏采用外加電流進行陰極保護，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金屬，使被保護金屬管道發生陰極極化，實現其電位低于周圍環境[7]。

龍王廟組氣藏目前共建陰極保護站8個，目前管線斷電電位處于-0.85～-1.18V之間，達到設計要求，所有陰保機均投入正常使用狀態。

2.2 內腐蝕控制措施

龍王廟組氣藏集輸系統管道及設備內壁直接與輸送介質接觸，但輸送介質中常混雜有許多腐蝕性雜質，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、流速及交變應力等因素交錯作用下，使得集輸系統內腐蝕環境較外腐蝕更為復雜[8]。龍王廟組氣藏采用“抗硫管材+緩蝕劑加注”的內防腐措施。

2.2.1 抗硫管材選擇

對于在高H2S分壓的濕氣環境下的輸送鋼管，采用母材無焊縫、質量可靠的無縫鋼管，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

根據工程經驗，L360鋼級適用于酸性天然氣環境下的管道輸送，但針對龍王廟組氣藏集輸系統復雜的腐蝕環境，可通過加注緩蝕劑進一步防止電化學腐蝕等內腐蝕現象[10]。龍王廟組氣藏緩蝕劑防腐方案采用“預膜+連續加注”的保護方式，預膜采用成膜性能較好的油溶水分散型緩蝕劑CT2-19A，連續加注用水溶性緩蝕劑CT2-19C[11]。

站內緩蝕劑加注系統設置在二級節流閥之后，通過加注系統將緩蝕劑以霧狀噴入管道內，使緩蝕劑霧滴均勻分散在氣流中，并吸附在管道、設備內壁，起到防腐效果。緩蝕劑連續加注量是根據該井產氣量、產水量和腐蝕監測數據分析結果綜合考慮進行動態調整的。

緩蝕劑預膜是利用清管設備將緩蝕劑段塞帶動在管道內流動，從而使緩蝕劑分子與管道內壁充分接觸，在管道內壁形成一層緩蝕劑薄膜，以防止線路內腐蝕。緩蝕劑預膜采用3mils的成膜厚度，根據管線內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 腐蝕監測

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

2020年超聲波復測管線與設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2020年第二期腐蝕掛片及探針數據，龍王廟組氣藏集輸系統平均腐蝕速率控制在行業控制標準0.076mm/a以下，其中原料氣管線：東站磨溪204井來氣管線等4個監測點掛片腐蝕速率＜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；分離器排污管線監測點：磨溪12井分離器排污管線等四個監測點掛片腐蝕速率＜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標準RP 0775-2005對腐蝕程度的劃分

根據腐蝕監測數據綜合分析，龍王廟組氣藏集輸系統管線及設備的腐蝕程度較低，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對集輸管道的幾何形變和金屬損失進行定位、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 智能檢測數據分析

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據分析發現金屬損失點的預估維修必要性ERF均＞1，表明管道處于受控狀態。

3 結論與建議

龍王廟組氣藏集輸系統采用采取“外防腐層+陰極保護”外防腐措施及“抗硫管材+緩蝕劑”的內防腐措施，根據腐蝕監測數據及智能清管檢測結果表明，系統腐蝕速率控制在標準范圍之內，腐蝕控制方案設計滿足現場腐蝕控制管理要求，較好地實現了集輸系統的安全投運和運行。

隨著開采工程的進行，氣藏集輸系統的腐蝕工況會出現多種新的變化，例如產水量的持續增加等，因此建議開展高產水、高礦化度環境下集輸系統腐蝕規律及控制技術研究。并根據實際工況與腐蝕控制效果，不斷調整與優化防腐措施，特別是在腐蝕監/檢測方面進一步探索新技術，科學利用多種監測手段確保及時掌握管道及設備的腐蝕現狀。