大牛地氣田采出水處理系統腐蝕分析

韓杰林 周 軍 劉岳龍 萬 偉 彭思洲 盧智廣 劉詩桃

（1. 中石化華北油氣分公司采氣一廠，陜西 榆林 719000；2. 西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川 成都 610500；3. 中石化華北油氣分公司石油工程技術研究院，河南 鄭州 457001）

0 引言

大牛地氣田地處陜蒙交接的毛烏素沙漠南部，冬季最低氣溫可達-30～40℃。為防止集輸管線內形成水合物造成管道堵塞[1]，因此，采用井口注醇的方式抑制水合物的形成。由于井口注入的甲醇，在集氣站內通過天然氣站場分離，與氣井產出的地層水一起進入氣田污水系統，最終形成含甲醇采出水[2]。

大牛地氣田含醇采出水水型以CaCl2型為主，該含醇采出水水質具有“四高一低”的顯著特點：高礦化度、高濁度、高含鐵量、高腐蝕性、低pH值，屬于易結垢[3]、腐蝕性強的采出水體系，會引起垢層下嚴重腐蝕。此外，天然氣中含CO2且部分采出水采用汽車拉運，導致含醇采出水中溶解有CO2和O2，增強了采出水的腐蝕性。

本文通過結合現場水質成分分析結果，進行結垢模擬研究，基于模擬結果開展現場掛片實驗，研究不同水質條件下的腐蝕狀況，明確大牛地氣田采出水處理系統腐蝕程度。

1 采出水處理系統工藝流程

采出水處理工藝流程如圖1所示。大牛地氣田各集氣站產生的含油含醇采出水采用管輸或油罐車拉運至凈化廠，卸車至卸車池。污水在卸車池內經沉淀、浮船式一級除油處理轉水至接收水罐，進行撬裝除硫作為預處理原料液儲存。原料液經甲醇再生裝置處理，甲醇產品進產品甲醇儲罐，裝車拉運個集氣站回用[4]。回收的凝析油裝車外運銷售。脫甲醇廢水回注地層，甲醇污水預處理產生的污泥經脫水處理，泥餅焚燒處理。

圖1 采出水處理工藝流程示意圖

2 采出水結垢模擬

OLl ScaleChem軟件用以預測石油天然氣生產、采出水處理過程中的結垢問題，該軟件內置的OLI水模型考慮了化學物質的物種形成，可以準確預測化學物質之間的反應、固體形成、pH和離子組成，本研究采用OLI水模型進行原料水、塔底水、回注水的結垢模擬。

原料水、塔底水、回注水其結垢量隨溫度變化情況如圖2所示。如圖2可見，預處理前水、塔底水、回注水結垢量隨溫度的上升均呈增加趨勢，其中，原料水水結垢量從38mg/L增加到52mg/L，塔底水結垢量從62mg/L增加到76mg/L，回注水結垢量從62mg/L增加到70mg/L。

圖2 不同水質結垢量隨溫度的變化

3 現場掛片實驗

由于含醇采出水成分復雜，不同工藝流程下其腐蝕性成分的量差別較大，但均含有大量侵蝕性離子，如Cl-、HCO3-等，造成管線刺漏頻發，設備腐蝕穿孔等安全事故。為進一步明確站場內生產管線設備的腐蝕情況，通過安裝腐蝕掛片實現定點監測，為后期生產管線防腐工作提供數據支撐。

3.1 實驗方案

現場腐蝕掛片材質采用20#鋼，密度為7.85g/cm3，掛片規格為40×13×2mm。現場掛片取片后首先在蒸餾水中用脫脂擦清洗，再用蒸餾水沖洗15秒，然后在無水乙醇中用脫脂棉擦洗兩遍，其次將掛片放置在干燥濾紙上，冷風吹干并用濾紙包好，置于干燥器中，24h后稱重待用[5]。現場掛片實驗情況如表2所示，每組實驗掛片數量為4片。

表2 現場腐蝕掛片安裝情況

3.2 現場腐蝕掛片表面表征

現場腐蝕掛片光學照片如圖3所示。由圖3可見，掛片表面附著少量的黑色物質，與掛片表面貼合緊密，不易脫落。其中，流動介質為原料水和回注水的實驗掛片結構完整，表面光滑平整，存在一定腐蝕痕跡；流動介質為塔底水的實驗掛片存在掛片丟失現象，且剩余掛片結構完整度較低，掛片表面附著有黑褐色腐蝕產物，腐蝕痕跡較明顯。由此可推測，流動介質為塔底水的管線腐蝕程度較嚴重。

圖3 現場腐蝕掛片光學照片

3.3 現場腐蝕掛片失重率測試

腐蝕速率計算公式如式（1）所示。

式中，CR為現場腐蝕掛片均勻腐蝕速率；W0為現場腐蝕掛片腐蝕前的重量平均值，g；Wcorr為現場腐蝕掛片腐蝕后的重量平均值，g；ρ為碳鋼的密度，g/cm3；S為試樣的總面積，m2；T為實驗掛片監測時間，h。

實驗掛片均勻腐蝕速率計算結果如圖4所示。如圖4可見，除四站進料管線處實驗掛片腐蝕速率低于行業標準0.076mm/a外，其余位置掛片均勻腐蝕速率均遠高于行業標準，其中，二站塔底泵出口管線處實驗掛片均勻腐蝕速率為1.7649mm/a，屬于重度腐蝕。結合水質溫度來看，隨著水質溫度升高，實驗掛片均勻腐蝕速率存在明顯上升趨勢。

圖4 腐蝕速率與溫度曲線

4 結語

（1）通過結合現場水質成分分析結果，進行結垢模擬研究，結果表明：原料水、塔底水、回注水均存在明顯結垢趨勢，不同水質下結垢量隨溫度升高而增大，其中塔底水結垢量最大，高達76mg/L。

（2）開展現場掛片實驗，研究不同水質條件下的腐蝕狀況，結果表明：流動介質為塔底水、回注水的管線腐蝕程度嚴重，實驗掛片均勻腐蝕速率均遠高于行業標準0.076mm/a，屬于大牛地氣田采出水處理系統下一步腐蝕防治的重點目標。