李永梅

（1.西安石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065；2.斯倫貝謝長和油田工程有限公司，陜西 西安 710000）

天然氣作為清潔能源，國內(nèi)市場需求潛力巨大。YB氣田項目實施后，可確?；ろ椖空Ｉa(chǎn)用氣需要，盡快將YC地區(qū)豐富的天然氣資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢。YB項目天然氣主要組分以甲烷為主，非烴組分中以氮氣和二氧化碳為主，基本不含硫化氫，產(chǎn)水氣井占總產(chǎn)氣井的61.4%，水氣比超過1m3／萬m3的天然氣井占16.0%。YB氣田點多面廣，腐蝕環(huán)境比較復(fù)雜，腐蝕過程的發(fā)生涉及材質(zhì)、介質(zhì)、雜質(zhì)、pH及含氧量、CO2、環(huán)境溫度與壓力、產(chǎn)出水含量及其性質(zhì)、介質(zhì)流速、流態(tài)、結(jié)垢等多種因素。因腐蝕是在多種因素相互交叉影響、共同作用下發(fā)生，從而導(dǎo)致腐蝕實際情況非常復(fù)雜。調(diào)研結(jié)合實際情況，分析CORR11546A在YB氣田實際應(yīng)用，對CORR11546A在酸性氣田中應(yīng)用具有一定指導(dǎo)意義。

1 工況簡介

本氣田在各井場采氣匯管及氣體外輸前集氣管線各集氣站出口加注緩蝕劑。為了解和掌握管線內(nèi)腐蝕的狀況，在各采氣管線進(jìn)集氣站處，匯管之前以及集氣管線出站處安裝內(nèi)腐蝕檢測裝置，加注工藝流程如圖1。

2 腐蝕分析

2.1 氣田組分分析

YB氣田分布較廣，氣體中CO2的摩爾分?jǐn)?shù)在4%～6%，并有少量的O2，屬于典型的CO2腐蝕條件。液相主要為生產(chǎn)水，幾乎不含凝析油，生產(chǎn)水礦化度較高，氯離子含量較高。天然氣井口原料氣主要組分及生產(chǎn)水質(zhì)分析結(jié)果如表1、表2所示：

表1 原料氣組成一覽表

表2 生產(chǎn)水質(zhì)主組分分析結(jié)果表

CO2溶于水后會形成氫離子H+，從而降低溶液pH值，加快腐蝕。同時，CO2一些腐蝕產(chǎn)物（如FeCO3）、垢（CaCO3）等也會引起較嚴(yán)重的局部腐蝕。生產(chǎn)水礦化度較高，相應(yīng)的電導(dǎo)率也較高，水的導(dǎo)電性較強，從而增加了電化學(xué)的反應(yīng)速率，從而導(dǎo)致腐蝕速率加快。生產(chǎn)水中氯離子含量較高，由于氯離子半徑較小，擴散難以受到阻礙，當(dāng)氯離子運動到金屬表面時會吸附在金屬表面，其本身有較高的活性，會與金屬表面的鈍化膜反應(yīng)，從而破壞鈍化膜。當(dāng)鈍化膜被破壞之后，金屬局部就會形成一個原電池，進(jìn)而造成點蝕。同時，應(yīng)力腐蝕裂紋的產(chǎn)生與氯離子關(guān)系密切，一般金屬在含有氧的氯離子腐蝕介質(zhì)中才容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕。結(jié)合該項目，由于天然氣采氣管線和集氣管線在地勢崎嶇的丘陵地帶布設(shè)，避免不了受力形變，再加上氯離子的作用，很容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破壞。

2.2 溫度和壓力分析

從生產(chǎn)井口到集輸管線，再到下游，整個系統(tǒng)溫度在8～30℃，系統(tǒng)壓力在1～4.3MPa，該系統(tǒng)溫度不屬于極端溫度范圍，不屬于高壓范圍，因此無需特殊關(guān)注。

2.3 氣相、液相流速分析

依據(jù)各井場的產(chǎn)氣量、產(chǎn)液量、采氣管線的直徑等參數(shù)計算。各井場到集氣站的采氣管線內(nèi)流體的流態(tài)為均為層流。氣相流速小于4m／s，液相流速小于0.01m／s，管線剪切應(yīng)力小于 1.0Pa。針對介質(zhì)的流速分析，得到如下結(jié)論：1）層流的流態(tài)表明管線內(nèi)液相在管線底部流動，氣相在管線上部流動。2）如果氣井出砂，固體顆粒的流動速度會很慢，直徑大于50μm的顆粒很難被流體攜帶沿采氣管線內(nèi)部移動，系統(tǒng)內(nèi)無法流動的固體顆粒使得生產(chǎn)水在金屬表面的流動和電解質(zhì)的擴散受到限制，沉積物以下pH值發(fā)生變化，形成阻塞電池腐 蝕，進(jìn)而引起垢下腐蝕。3）液相流速慢，為微生物的生長繁殖提供了良好的環(huán)境，易于微生物膜的附著。

3 試驗部分

3.1 CORR11546A緩蝕劑性能

CORR11546A緩蝕劑的性能見表3

表3 CORR11546A性能表

3.2 實驗室試驗

3.2.1 LPR鼓泡實驗

基于水質(zhì)分析結(jié)果，實驗室用0.32%的氯化鈉溶液加30mg／L的冰醋酸GAA代替。LPR鼓泡實驗首先將模擬水樣飽和二氧化碳4 h，之后將試片放入水樣中進(jìn)行2 h的預(yù)腐蝕。之后加入緩蝕劑，并繼續(xù)監(jiān)測腐蝕速率16 h。實驗參數(shù)見表4，結(jié)果見圖2。

表4 鼓泡實驗參數(shù)

圖2 鼓泡實驗結(jié)果

由圖2看出，緩蝕劑 CORR11546A在100mg／kg下能夠達(dá)到很好的緩蝕效果，腐蝕率由原來的2.64mm／a降到 0.030mm／a。腐蝕防護率達(dá)到98.86%。

3.2.2 動態(tài)高溫高壓反應(yīng)釜實驗

按照YB項目現(xiàn)場實際狀況，井口加注采用批處理加注方式，因此實驗?zāi)M批處理加注高壓反應(yīng)釜實驗。首先試片經(jīng)過600目沙礫紙打磨，清潔并稱重。之后將試片浸泡在緩蝕劑CORR11546A的溶液中5 min，然后取出試片，自然風(fēng)干后移入聚四氟乙烯的夾持器中，固定在反應(yīng)釜內(nèi)的桿狀物上。之后反應(yīng)釜內(nèi)加入2 L的未飽和二氧化碳的模擬水樣。之后向反應(yīng)釜內(nèi)通入二氧化碳和氮氣，并將反應(yīng)釜加熱到測試溫度，之后試片開始旋轉(zhuǎn)，并持續(xù)一定時間。實驗結(jié)束后，取出試片清洗、干燥并稱重，之后計算平均腐蝕率。實驗參數(shù)見表5。

表5 動態(tài)反應(yīng)釜實驗參數(shù)

實驗結(jié)果見表6。

表6 動態(tài)反應(yīng)釜實驗結(jié)果

結(jié)果顯示CORR11546A在緩蝕劑溶液中預(yù)先經(jīng)過成膜處理后，可以達(dá)到良好的腐蝕防護，氣相的平均腐蝕率為 0.006mm／a，液相的平均腐蝕率為0.0471mm／a，低于 0.076mm／a的要求。

3.2 現(xiàn)場試驗

為驗證推薦的緩蝕劑CORR11546A的起泡性能和腐蝕控制性能，最終選取在YB005（產(chǎn)水?。┖蚘365（產(chǎn)水大）兩條采氣管線進(jìn)行實驗，最終確定腐蝕控制效果。

3.2.1 起泡試驗

起泡試驗用以評估在生產(chǎn)井常規(guī)注泡排劑作業(yè)條件下緩蝕劑對生產(chǎn)水起泡性能影響。實驗方法：在現(xiàn)場去水樣后，同時向兩個平行的量筒中通氣，比較空白與投加緩蝕劑后的起泡傾向。

起泡性評價分3組試驗：第一組比較空白水樣與投加 500mg／kgCORR11546A的起泡速度和消泡速度；第二組比較空白水樣與投加 1000mg／kg CORR11546A的起泡速度和消泡速度；第三組比較空白水樣與投加2000mg／kg CORR11546A的起泡速度和消泡速度。

由圖3、圖4看出，緩蝕劑CORR11546A幾乎不會增加生產(chǎn)水的起泡傾向，消泡時間最大達(dá)到7.96s。

圖3 生產(chǎn)水起泡性實驗結(jié)果

圖4 生產(chǎn)水消泡性實驗結(jié)果

3.2.2 緩蝕性能試驗

根據(jù)工藝流程，采取間歇批處理加注方式，選擇關(guān)鍵部位安裝內(nèi)腐蝕監(jiān)測裝置，通過金屬掛片損耗量確定整個試驗周期內(nèi)的腐蝕速度、腐蝕類型（點蝕或其它局部腐蝕）等參數(shù)。選取YB005和Y365采氣管線進(jìn)站處安裝的CC掛片進(jìn)行分析，其監(jiān)測位置在底部，介質(zhì)為氣液兩相。結(jié)果見表7、圖5、圖6。

表7 腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)表

圖5 YB005掛片形貌

圖6 Y365掛片形貌

從表7可看出，添加緩蝕劑后，緩蝕速率有所降低，腐蝕防護率可達(dá)85%，該緩蝕劑可達(dá)到較好效果。

4 結(jié)論

1）CORR11546A在實驗條件下可以達(dá)到很好的腐蝕防護效果，鼓泡實驗、高壓反應(yīng)釜實驗測得的腐蝕率都低于0.076mm／a。

2）現(xiàn)場兩條采氣管線腐蝕掛片試驗表明：CORR11546A起泡性不嚴(yán)重，消泡時間較快，在YB氣田天然氣管線緩蝕效果較好，點蝕得到有效控制，腐蝕速率也降低，腐蝕防護率較高，可達(dá)85%。

3）無論從實驗室實驗還是現(xiàn)場試驗，相比于含水量大的管道中，掛片有相對較高的腐蝕速率，這也說明管道中游離水的存在，對天然氣管線的腐蝕有著較高的影響，如果天然氣管道中不存水或水量非常小，腐蝕速率應(yīng)比較低。

4）根據(jù)工藝流程，設(shè)計加藥方案，監(jiān)測分析腐蝕情況賀緩蝕效果，可防止改善CO2長期腐蝕，使管道內(nèi)腐蝕控制得到有效控制。