袁宏強(qiáng)，杜冠樂(lè)，張 穎，戴俊峰，李冬寧，張 濤

(中海油能源發(fā)展股份有限公司油田化學(xué)分公司，天津 300452)

油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，腐蝕問(wèn)題涉及從井下到終端處理廠的整個(gè)流程，是作業(yè)者重點(diǎn)關(guān)注的安全問(wèn)題之一，尤其是在流程短、設(shè)備集中的海上油田，腐蝕更是不能輕視[1]。渤海某油田生產(chǎn)平臺(tái)三相分離器后的氣相管線，出口腐蝕嚴(yán)重，已影響正常生產(chǎn)活動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)管線腐蝕如圖1所示。有圖可看到此處腐蝕以點(diǎn)蝕為主，已發(fā)生較為嚴(yán)重的腐蝕穿孔現(xiàn)象。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)漏點(diǎn)圖片

經(jīng)調(diào)研，現(xiàn)場(chǎng)油氣水三相分離器結(jié)構(gòu)如圖2所示。油氣水混合物高速進(jìn)入分離器，根據(jù)三相密度的不同，油、水進(jìn)入底部沉降，而氣相則從分離器頂部排出。出口氣相中水分含量較高，在彎頭處由于流速、溫度的變化，容易凝結(jié)并析出，而水對(duì)鋼鐵的浸潤(rùn)作用則會(huì)加劇腐蝕速率，因此在轉(zhuǎn)彎處腐蝕嚴(yán)重。本次點(diǎn)蝕穿孔處正處于管道彎頭附近。

圖2 油氣水三相分離器圖示

1 現(xiàn)場(chǎng)氣體性質(zhì)及在用藥劑情況

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)流體性質(zhì)、在用藥劑、現(xiàn)場(chǎng)材質(zhì)等進(jìn)行調(diào)研分析，剛分離出的天然氣呈泡沫狀，含水量較高，取樣分析，檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 分離器天然氣檢測(cè)數(shù)據(jù)

由表1可知，從CO2、H2S分壓對(duì)腐蝕的影響分析，分離器氣相出口H2S分壓為1.17×10-3kPa，根據(jù)國(guó)內(nèi)濕H2S環(huán)境的定義[2]，此處氣體中H2S含量小于0.35 kPa時(shí)，故發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕斷裂的可能性很??；CO2分壓為9.8 kPa，根據(jù)Lohodny-Sarc對(duì)氣井的研究，P CO2<21 kPa時(shí)，發(fā)生CO2腐蝕概率較小[3]。

從溫度對(duì)腐蝕的影響分析，此處溫度在72℃，屬于60～110℃間腐蝕過(guò)渡區(qū)，在這個(gè)區(qū)間CO2腐蝕動(dòng)力學(xué)會(huì)發(fā)生較大變化，水對(duì)鋼鐵表面的浸潤(rùn)作用加劇CO2腐蝕[4]，最終導(dǎo)致局部腐蝕突出。根據(jù)后期現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，發(fā)生的腐蝕為局部點(diǎn)蝕穿孔，與分析吻合。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的氣相緩蝕劑為咪唑啉類緩蝕劑，其成膜性較好，與鋼鐵的相互作用較強(qiáng)，但其沸點(diǎn)較高，該類緩蝕劑的低溫下?lián)]發(fā)性差，有效成分很難分散到氣相。本文合成了嗎啉類氣相緩蝕劑，屬于小分子胺類緩蝕劑，若單獨(dú)使用與鋼鐵的相互作用較弱，成膜性差[5]；但其沸點(diǎn)低，低溫下?lián)]發(fā)性好，氣相中濃度較高。因此，針對(duì)渤海油田氣相管線的流體性質(zhì)，采用不同類型緩蝕劑的復(fù)配，能夠取長(zhǎng)補(bǔ)短，保證藥劑既能溶解在水中保護(hù)液相的鋼管，又可在氣相發(fā)揮較好的緩蝕效果；該復(fù)配后藥劑效果優(yōu)良，成功在現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用。

2 嗎啉類氣相緩蝕劑的制備及性能測(cè)試

2.1 嗎啉類氣相緩蝕劑的合成

本文以嗎啉、環(huán)己胺、甲醛為原料，經(jīng)Mannich反應(yīng)制備N(xiāo),N-仲胺類甲基嗎啉。

圖3 嗎啉類氣相緩蝕劑的合成方程式

合成過(guò)程中，將嗎啉和環(huán)己胺置于3口燒瓶中混合均勻，冰水浴冷卻，攪拌下滴加甲醛溶液，反應(yīng)結(jié)束后靜置分層，取上層溶液減壓蒸餾，即得嗎啉類氣相緩蝕劑。選擇不同的投料摩爾比，可制得單(甲基嗎啉)胺和雙(甲基嗎啉)胺。

2.2 嗎啉類緩蝕劑及復(fù)配物的實(shí)驗(yàn)室緩蝕性能探究

為了考察所合成的緩蝕劑性能，在實(shí)驗(yàn)室選擇動(dòng)態(tài)失重法評(píng)價(jià)所合成緩蝕劑的緩釋性能。室內(nèi)試驗(yàn)條件為：70℃，0.1 MPaCO2+0.9 MPaN2，轉(zhuǎn)速451 r/min。加藥濃度為10 mg/L(相對(duì)氣相)。室內(nèi)試驗(yàn)分別考察了單一緩蝕劑與復(fù)配后緩蝕劑的緩釋效果。

2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)緩蝕劑與嗎啉類緩蝕劑室內(nèi)緩蝕效果測(cè)試

表2 緩蝕劑室內(nèi)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)

從表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，現(xiàn)場(chǎng)咪唑啉氣相緩蝕劑和嗎啉氣相緩蝕劑均有一定的緩釋效果，現(xiàn)場(chǎng)腐蝕速率都符合石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)工況，嗎啉類氣相緩蝕劑具有更好的緩釋效果。

2.2.2 嗎啉類緩蝕劑與咪唑啉類緩蝕劑、硫脲復(fù)配后的緩蝕效果

表3 復(fù)配后室內(nèi)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)

將合成的氣相緩蝕劑與在用氣相緩蝕劑、硫脲增效劑按照不同比例復(fù)配，驗(yàn)證不同配比氣相緩蝕劑的室內(nèi)應(yīng)用效果。復(fù)配后緩釋效果見(jiàn)表3。

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)可知：復(fù)配后，除YFHG-06與嗎啉氣相緩蝕劑效果相當(dāng)外，其余幾種緩釋效果較單一緩釋劑均有較大提升，分析原因可能是咪唑啉衍生物沸點(diǎn)較高，且其形成的吸附膜有空隙，加入小分子嗎啉衍生物后降低藥劑沸點(diǎn)，并與其產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。YFHG-01、YFHG-02均具有較好的緩釋效果，推薦YFHG-01開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

3 氣相緩蝕劑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及應(yīng)用

選擇效果較好的YFHG-01開(kāi)展氣相緩蝕劑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，通過(guò)在氣相出口處掛腐蝕掛片，開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)氣相緩蝕劑評(píng)級(jí)工作。試驗(yàn)周期為一個(gè)月，加注濃度為10 mg/L。表4為試驗(yàn)期間現(xiàn)場(chǎng)工況。

表4 試驗(yàn)期間現(xiàn)場(chǎng)工況

由表4可知，試驗(yàn)期間現(xiàn)場(chǎng)壓力、溫度、產(chǎn)氣量均保持穩(wěn)定，故試驗(yàn)期間藥劑加注濃度維持穩(wěn)定值。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)一個(gè)月后，現(xiàn)場(chǎng)掛片狀態(tài)如下。圖4分別為V-2140/2340出口掛片狀態(tài)。

圖4 氣相出口掛片

試驗(yàn)結(jié)束后，取出掛片，立即用水沖洗試片表面沉積物，并用醫(yī)用紗布擦干。將擦干的試片放入酸去膜液中浸泡5 min，同時(shí)用鑷子夾少量脫脂棉拭去掛片表面腐蝕產(chǎn)物。從去膜液中取出掛片，用清水沖去表面殘酸，并迅速用醫(yī)用紗布擦干，放入無(wú)水乙醇中浸泡約5 min，取出用冷風(fēng)吹干，放在干燥器30 min后稱量，并計(jì)算腐蝕速率。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)期間，最終檢測(cè)數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 試驗(yàn)期間平均腐蝕速率

對(duì)試驗(yàn)期間掛片檢測(cè)數(shù)據(jù)可知， YFHG-01現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好，與在用氣相緩蝕劑相比具有較大程度提升，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)需要。

4 結(jié)論

(1)1.0×10-5加注濃度條件下，單一緩蝕劑加注時(shí)，在用氣相緩蝕劑和實(shí)驗(yàn)嗎啉氣相緩蝕劑均低于0.076 mm/a，滿足石

(2)復(fù)配氣相緩蝕劑現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果優(yōu)于單一緩蝕劑加注效果，按照合適比例復(fù)配成的氣相緩蝕劑YFHG-01室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)緩釋效果均達(dá)90%以上，可極大降低現(xiàn)場(chǎng)管線腐蝕，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)需要。