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        酸性氣田緩蝕劑現(xiàn)場效果評價技術(shù)及應(yīng)用

        2022-08-18 10:00:08陳文莫林何益杉陳力力
        石油與天然氣化工 2022年4期
        關(guān)鍵詞:掛片緩蝕劑氣田

        陳文 莫林 何益杉 陳力力

        1.中國石油西南油氣田公司天然氣研究院 2.國家能源高含硫氣藏開采研發(fā)中心 3.中石油集團(tuán)公司高含硫氣藏開采先導(dǎo)試驗基地 4.中國石油西南油氣田公司

        評價緩蝕劑在現(xiàn)場應(yīng)用后的效果一方面可以指導(dǎo)緩蝕劑加量優(yōu)化,降低藥品投放的盲目性,另一方面還可指導(dǎo)和優(yōu)化氣田金屬設(shè)備防腐工作,起到節(jié)能增效的作用。

        目前,針對氣田現(xiàn)場腐蝕的檢測手段有智能清管、檢修期打開觀察、射線探傷檢測等,但存在時間滯后[1-2]、手段單一、可靠性不足等問題[3-7]。本研究結(jié)合腐蝕監(jiān)測/檢測與化學(xué)分析方法建立了緩蝕劑現(xiàn)場效果評價技術(shù),并在龍王廟現(xiàn)場開展了應(yīng)用,指導(dǎo)現(xiàn)場緩蝕劑加注的優(yōu)化。

        1 緩蝕劑現(xiàn)場應(yīng)用效果評價技術(shù)

        酸性氣田開發(fā)通常在投產(chǎn)不久即會添加緩蝕劑以防止腐蝕,因此很難依靠現(xiàn)場腐蝕檢測的方式獲得空白腐蝕數(shù)據(jù),導(dǎo)致難以在現(xiàn)場通過對比添加緩蝕劑前后的腐蝕情況來明確緩蝕劑應(yīng)用效果。緩蝕劑現(xiàn)場應(yīng)用效果評價主要通過對氣田水進(jìn)行分析,結(jié)合現(xiàn)場腐蝕監(jiān)測/檢測數(shù)據(jù)開展定性評價。

        1.1 氣田水分析

        分析氣田水中的緩蝕劑殘余質(zhì)量濃度和鐵離子質(zhì)量濃度,以此判斷管線是否受到緩蝕劑保護(hù)、緩蝕劑用量是否足夠,從而對緩蝕劑防腐效果進(jìn)行初步分析。

        1.1.1緩蝕劑殘余質(zhì)量濃度分析

        將氣田水中測得的緩蝕劑殘余質(zhì)量濃度與推薦的緩蝕劑最低加量進(jìn)行對比,可以判斷緩蝕劑是否足量,以此定性判斷緩蝕劑防腐效果。緩蝕劑質(zhì)量濃度分析需要根據(jù)緩蝕劑分子結(jié)構(gòu)開展,目前關(guān)于不同類型的緩蝕劑殘余質(zhì)量濃度分析方法已經(jīng)有一些研究報道可以借鑒和參考[8-11]。

        在具體分析前需要先建立標(biāo)準(zhǔn)曲線,再利用分析設(shè)備讀取的結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)曲線上對比得出具體數(shù)值。圖1是中國石油西南油氣田龍王廟組氣藏使用的緩蝕劑CT2-19C質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線。從圖1可看出,擬合值相關(guān)系數(shù)在99.9%以上,說明線性關(guān)系較好,具有可信度。需要指出的是,每種緩蝕劑結(jié)構(gòu)不同,同時現(xiàn)場水的成分也不相同,因此某一條標(biāo)準(zhǔn)曲線只適用于其特定的環(huán)境。

        1.1.2鐵離子質(zhì)量濃度分析

        鐵離子質(zhì)量濃度主要用于定性分析緩蝕劑應(yīng)用效果,通過對比加注緩蝕劑前后氣田水中鐵離子質(zhì)量濃度變化情況進(jìn)行判斷。對一些無法取得空白水樣的管線,需要對鐵離子質(zhì)量濃度開展連續(xù)檢測以發(fā)現(xiàn)鐵離子變化趨勢,對比緩蝕劑殘質(zhì)量余濃度變化趨勢,以此說明緩蝕劑加注效果。常用的鐵離子質(zhì)量濃度分析方法有1,10-菲羅啉分光光度法、磺基水楊酸分光光度法、EDTA配位滴定法等。1,10-菲羅啉分光光度法是油田水中鐵含量推薦分析方法之一[12],建議在現(xiàn)場使用該方法進(jìn)行分析。

        1.2 腐蝕監(jiān)測/檢測

        腐蝕監(jiān)測/檢測包括壁厚測試、腐蝕探針、腐蝕掛片等。為了保證得到的結(jié)果可靠,通常需要多種方法聯(lián)合使用,得到的數(shù)據(jù)可以直接用于分析現(xiàn)場腐蝕狀況或腐蝕速率。其與氣田水中的緩蝕劑殘余質(zhì)量濃度分析結(jié)果相結(jié)合,可以用于評價緩蝕劑現(xiàn)場防腐效果。

        1.2.1壁厚測試

        目前壁厚測試手段的大多基于超聲波技術(shù),通過定量測試管線設(shè)備壁厚情況,評價緩蝕劑防護(hù)效果。常見的測試手段見表1。

        表1 常見壁厚測試手段序號腐蝕監(jiān)測/檢測數(shù)據(jù)類型1定點超聲波壁厚量2高精度在線腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)壁厚量3智能A/B/C型內(nèi)腐蝕掃描成像內(nèi)壁形貌圖像、壁厚

        現(xiàn)場通常使用手持式超聲波測厚儀開展測量。在室內(nèi)選用某廠家的商品超聲波測厚儀,校準(zhǔn)后選用標(biāo)準(zhǔn)試塊(10.00 mm、7.00 mm、3.00 mm、1.00 mm)進(jìn)行測厚。該儀器分辨率為0.01 mm,分別進(jìn)行連續(xù)3次測試,結(jié)果見表2。

        表2 其他腐蝕監(jiān)測/檢測手段標(biāo)準(zhǔn)試塊/mm第一次測厚/mm第二次測厚/mm第三次測厚/mm10.00 10.0010.0010.017.00 7.007.007.003.00 3.003.012.991.00 1.001.011.01

        從表2可看出,測試結(jié)果相對誤差最高為0.67%,說明方法可靠性較好。考慮到現(xiàn)場管線在生產(chǎn)過程中原始壁厚并不能完全等同于設(shè)計壁厚,因此該設(shè)備用作評價緩蝕劑防護(hù)效果時不應(yīng)使用原始設(shè)計壁厚減去單次測量壁厚進(jìn)行計算,而應(yīng)采用兩個檢測周期之間定點測量得到的差值進(jìn)行計算。

        1.2.2腐蝕探針

        腐蝕探針通常通過記錄腐蝕過程中電信號的變化,轉(zhuǎn)化為腐蝕速率進(jìn)行記錄。常見的有電阻探針、電感探針等(見表3)。

        表3 常見腐蝕探針序號腐蝕監(jiān)測/檢測數(shù)據(jù)類型1電阻探針腐蝕速率2電感探針內(nèi)部整體狀況,缺陷定位

        現(xiàn)場最常安裝的探針是電阻探針,選擇某廠電阻探針在室內(nèi)開展了緩蝕劑加注前后的對比,結(jié)果見圖2。

        從圖2可看出,電阻探針放入腐蝕液后主要有3個階段:電阻探針剛置入腐蝕液,此時探針表面處于活化狀態(tài),探針本體金屬損失量處于最高水平;隨著探針在腐蝕液中的時間增加,腐蝕速率逐漸降低,趨于穩(wěn)定;當(dāng)注入緩蝕劑后,腐蝕速率呈斷崖式降低,最終趨于平穩(wěn)。這說明,探針作為評價緩蝕劑的手段具有相當(dāng)?shù)撵`敏性。

        圖3所示為某氣田現(xiàn)場探針監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果。

        從圖3可看出,由于電化學(xué)探針反應(yīng)靈敏,在現(xiàn)場生產(chǎn)中,探針表面環(huán)境、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)稍有變化時即可對監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生明顯影響。因此,用于評價緩蝕劑應(yīng)用效果時需要結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)情況、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行合理分析,且應(yīng)從整體結(jié)果的角度進(jìn)行評價,而不是截取某個特例的點進(jìn)行分析評價。

        1.2.3腐蝕掛片

        通過定量測試腐蝕掛片失重情況計算管線設(shè)備腐蝕速率是目前應(yīng)用最為廣泛和基礎(chǔ)的方法??偟恼f來,腐蝕掛片結(jié)果直觀準(zhǔn)確,用于評價緩蝕劑應(yīng)用效果更具有說服力。但在應(yīng)用過程中,不能只關(guān)注整體失重情況,還應(yīng)關(guān)注是否有局部腐蝕發(fā)生。

        1.2.4其他

        隨著技術(shù)的發(fā)展,一些新的技術(shù)也進(jìn)行了應(yīng)用(見表4)。有報道表明,氫通量測試技術(shù)可以用于含硫氣田緩蝕劑效果跟蹤評價[6]。

        表4 其他腐蝕監(jiān)測/檢測手段序號腐蝕監(jiān)測/檢測數(shù)據(jù)類型1氫通量測試氫分子數(shù)量2電指紋監(jiān)測(FSM)內(nèi)壁形貌圖像3漏磁檢測內(nèi)部整體狀況,缺陷定位4電磁探傷檢測內(nèi)部整體狀況,缺陷定位5X射線探傷內(nèi)壁形貌圖像

        在這些技術(shù)中,氫通量測試技術(shù)更便捷靈敏,可以通過檢測氫分子數(shù)量來定性說明緩蝕劑是否起到效果。但是,就最終緩蝕劑防腐效果而言,仍然需要結(jié)合壁厚測試、腐蝕掛片、缺陷檢測等一系列檢測手段予以證明。

        1.3 緩蝕劑現(xiàn)場應(yīng)用效果評價技術(shù)

        結(jié)合氣田現(xiàn)場常見工藝和設(shè)備安裝情況,推薦的緩蝕劑現(xiàn)場應(yīng)用效果評價技術(shù)組成見表5。

        表5 緩蝕劑現(xiàn)場應(yīng)用效果評價技術(shù)內(nèi)容手段目的水分析緩蝕劑殘余質(zhì)量濃度分析明確氣田水中是否含有緩蝕劑,評價緩蝕劑濃度是否滿足控制要求,判斷緩蝕劑應(yīng)用情況鐵離子質(zhì)量濃度分析對比同管線或同區(qū)域加注緩蝕劑前后鐵離子的濃度,分析緩蝕劑應(yīng)用效果腐蝕監(jiān)測檢測腐蝕探針監(jiān)測腐蝕速率,明確緩蝕劑應(yīng)用后對腐蝕速率的控制效果腐蝕掛片計算腐蝕速率,觀察表面形貌,明確緩蝕劑應(yīng)用效果測厚檢測通過壁厚損失確認(rèn)緩蝕劑應(yīng)用效果氫通量測試對比含硫氣田管線設(shè)備緩蝕劑成膜前后滲氫量的變化,定性分析緩蝕劑應(yīng)用效果

        緩蝕劑現(xiàn)場應(yīng)用效果評價技術(shù)由多種手段組合而成,在具體應(yīng)用中不應(yīng)依靠某一單獨手段進(jìn)行評價,應(yīng)綜合水分析和腐蝕監(jiān)測/檢測結(jié)果開展評價,才能得到真實準(zhǔn)確的結(jié)果。

        2 在龍王廟某原料氣管線的應(yīng)用

        龍王廟組氣藏是典型的高產(chǎn)含硫氣田,該原料氣管線系統(tǒng)采用了碳鋼+緩蝕劑的防腐方案,管線材質(zhì)為L360NCS,設(shè)計壁厚12.5 mm,緩蝕劑加注工藝為預(yù)膜+連續(xù)加注工藝。

        2.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集

        在龍王廟組氣藏現(xiàn)場開展緩蝕劑防腐后,根據(jù)建立的緩蝕劑現(xiàn)場應(yīng)用效果評價技術(shù)對原料氣管線A開展了緩蝕劑應(yīng)用效果評價。

        2.1.1水分析

        在該管線末端連續(xù)取氣田水30天,經(jīng)分析緩蝕劑殘余質(zhì)量濃度為513~833 mg/L,高于室內(nèi)推薦的緩蝕劑加注質(zhì)量濃度,說明管線整體處于緩蝕劑保護(hù)之中。

        對水中鐵離子質(zhì)量濃度進(jìn)行了分析,并與同區(qū)塊相鄰兩條加注緩蝕劑前的管線B和管線C水樣進(jìn)行對比,結(jié)果見圖4。

        從圖4可知,加注緩蝕劑管線的鐵離子質(zhì)量濃度遠(yuǎn)低于未加注緩蝕劑的管線。結(jié)合該分析結(jié)果,說明管線處于緩蝕劑保護(hù)之中,加注緩蝕劑后有明顯效果。

        2.1.2現(xiàn)場腐蝕監(jiān)測/檢測

        分別使用定點超聲波測厚、電阻探針、腐蝕掛片、氫通量測試對現(xiàn)場腐蝕數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集,并結(jié)合水分析結(jié)果對緩蝕劑現(xiàn)場應(yīng)用效果進(jìn)行了評價。

        2.1.2.1 超聲波測厚

        采用定點、定設(shè)備、定人員的原則在現(xiàn)場開展了超聲波測厚,間隔時間為3個月,結(jié)果見表6。

        表6 超聲波測厚結(jié)果樣次壁厚/mm壁厚損失/mm壁厚損失率/%112.46212.440.020.16

        根據(jù)SY/T 0087.2-2020《鋼質(zhì)管道及儲罐腐蝕評價標(biāo)準(zhǔn) 第2部分:埋地鋼質(zhì)管道內(nèi)腐蝕直接評價》腐蝕減薄等級劃分,表明該管線整體處于輕度減薄,說明緩蝕劑防腐效果較好。

        2.1.2.2 電阻探針及腐蝕掛片

        在該管線末端設(shè)置了腐蝕掛片和電阻探針,運(yùn)行3個月后,對數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集分析,結(jié)果見表7。

        表7 腐蝕速率計算結(jié)果計算方式腐蝕速率/(mm·a-1)腐蝕掛片計算結(jié)果0.002 3電阻探針計算結(jié)果0.000 1

        從表7可看出,腐蝕速率整體很低。

        2.1.2.3 氫通量測試

        由于該管線設(shè)置的緩蝕劑加注方案為預(yù)膜+連續(xù)加注,因此在緩蝕劑預(yù)膜前后進(jìn)行了氫通量測試,結(jié)果見圖5。

        從圖5可知:對比緩蝕劑預(yù)膜前后,可以看出緩蝕劑預(yù)膜后滲氫量明顯降低,說明緩蝕劑有效抑制了腐蝕發(fā)生;隨著運(yùn)行時間的延長,緩蝕劑膜破裂失效,腐蝕再次加劇,因此滲氫量再次升高。

        2.2 緩蝕劑現(xiàn)場效果評價

        基于建立的評價技術(shù)體系,結(jié)合收集到的數(shù)據(jù),對緩蝕劑現(xiàn)場效果進(jìn)行了評價,結(jié)果見表8。

        表8 緩蝕劑現(xiàn)場應(yīng)用效果評價內(nèi)容項目現(xiàn)場數(shù)據(jù)指標(biāo)評價結(jié)果水分析ρ(緩蝕劑殘余)/(mg·L-1)513~833≥200具備良好效果ρ(鐵離子)/(mg·L-1)7.8<33.5(低于加注緩蝕劑前)效果明顯腐蝕監(jiān)測檢測腐蝕速率(電阻探針)/(mm·a-1)0.000 1<0.1①防腐效果好腐蝕速率(腐蝕掛片)/(mm·a-1)0.002 3<0.10①防腐效果好測厚損失/%0.16<10防腐效果好氫通量(測試)/(pL·cm-2·S-1)最低降至0<7(低于加注緩蝕劑前)效果明顯評價結(jié)論緩蝕劑在該管線應(yīng)用效果優(yōu)異,可以控制整體腐蝕速率處于輕度腐蝕區(qū)間 注:①設(shè)置的控制目標(biāo),低于0.1 mm/a。

        從表8可看出,利用這些方法評價的結(jié)果具備一致性,說明建立的評價體系具備可信性。同時,評價結(jié)果顯示緩蝕劑現(xiàn)場應(yīng)用效果優(yōu)異,可以有效控制該管線的整體腐蝕。

        3 結(jié)論

        (1) 通過實內(nèi)實驗對氣田水分析、超聲波測厚、電化學(xué)探針等方法進(jìn)行了分析,結(jié)果表明這些方法具備可靠性,可以用于緩蝕劑效果評價。

        (2) 建立的酸性氣田緩蝕劑現(xiàn)場效果評價技術(shù)體系應(yīng)以緩蝕劑殘余質(zhì)量濃度分析、鐵離子質(zhì)量濃度分析、腐蝕探針、腐蝕掛片、壁厚測試等為基礎(chǔ),并相互補(bǔ)充驗證。

        (3) 在龍王廟組氣藏某原料氣管線開展的現(xiàn)場應(yīng)用表明,利用該技術(shù)可以評價緩蝕劑現(xiàn)場應(yīng)用效果。

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