某平台至FPSO 海底管道缓蚀剂评价与应用

陈宏程，龙 云，杨 明

(1.中海石油中国有限公司 深圳分公司 深圳 518067;2.中海油能源发展股份有限公司上海环境工程技术分公司 上海200030.)

随着国内对原油需求量与日俱增，海上油气田的开采越来越受重视。南海东部某油田，目前日产原油3 万多桶。截止到2013 年年底，某油田由三个平台和一个FPSO(浮式储油卸油装置)组成。各个平台所产原油，通过海底管道输送到FPSO 上，然后通过FPSO 上的工艺设备处理合格后外输。海底管道是海上油气田生产的主要设施，其安全运行一直得到作业者的高度关注。但随着油田产液量、含水率的上升，腐蚀介质含量的增加，海底管道面临着越来越大的腐蚀风险。

缓蚀剂因其具有经济、高效的优点，添加缓蚀剂是海底管道最有效的防腐措施。针对缓蚀剂的技术特点，采用常用的室内评价方法，评价了流速对缓蚀效率的影响。与此同时，在海底管道的出口安装了电感探针监测系统［1］，对缓蚀剂现场应用的效果进行评价。

1 实验方法

1.1 工况环境

此次评价的待选型缓蚀剂，使用在平台至FPSO 的海底管道中。

海管的工况环境:海管压力0.38 MPa，温度70 ℃。输液量为每天8 000 m3左右，水的质量分数为30%，二氧化碳体积分数为15%。

1.2 室内试验

在室内试验中，采用高温高压釜模拟油田的现场工况，评价流速对海底管道腐蚀的影响，计算平均腐蚀速率。通过对现场工况资料的收集，确定试验条件，详见表1。

表1 模拟试验条件

失质量法是评价腐蚀的一个重要方法，本试验中具体的平均腐蚀速率计算如下:

式中:g——试样的失重，g;

γ——材料的密度，g/cm3;

t——实验时间，d;

S——试样面积，mm2;

V——平均腐蚀速率，mm/a。

缓蚀效率:I(%)=100 ×(R0-R1)/R0

式中:I 为缓蚀效率，mm/a;R0为未加缓蚀剂时的腐蚀速率，mm/a;R1为添加缓蚀剂后的腐蚀速率，mm/a。

1.3 结果与讨论

模拟试验结果见表2。从表2 结果表明，随着流速的增加，挂片的腐蚀速率显著的增加，属于极严重的均匀腐蚀。当添加60 μg/g 缓蚀剂后，挂片的腐蚀速率得到了有效控制。流体流速对腐蚀速率的影响体现到两个方面:一是流速提高，离子传质较快，H2CO3和H+等去极化剂更快的扩散到钢的表面，使阴极反应增强，扩散控制消散。同时金属表面的Fe2+迅速的离开，增强阳极反应。二是流体流动情况下，流体对钢表面产生剪切力，剪切力阻碍腐蚀产物膜的形成或破坏已经形成的腐蚀产物膜，增加腐蚀速率，并可能产生局部腐蚀。

表2 模拟试验结果

从室内试验结果可知，添加6 μg/g 缓蚀剂可以显著的降低腐蚀速率。但流速超过2 m/s 时，缓蚀效率降低，腐蚀速率增加。所以，为了保护海底管道，除了往管道中添加缓蚀剂，应对海管的输液量进行控制，对其流体流速控制在2 m/s 之内。

2 油田现场应用评价

2.1 缓蚀剂现场加注

平台通过化学药剂注入系统，向海底管道中注入缓蚀剂。缓蚀剂加注系统包括:化学药剂储罐、计量装置、药剂泵、单向阀、安全阀等设备，且设备的材质不应与药剂发生不良反应。缓蚀剂注入方式，见图1。

图1 缓蚀剂注入方式示意

缓蚀剂日加注量计算:日加注量=日输送液量×水质量分数×缓蚀剂质量分数=144 L/d。

2.2 缓蚀剂现场评估

为了对缓蚀剂的现场应用效果进行评估，在海底管道的出口安装了电感探针系统，现场安装见图2。

图2 Microcor 电感探针现场安装示意

Microcor 技术是以测量金属损失为基础的，是将测试线圈外表面的或合金敏感元件处于特定的相对位置，并给线圈施加一个恒定的交变电流，使得线圈电感对金属元件的厚度变化非常敏感，从而能测量出由腐蚀引起的目标样厚度发生的极微小的变化，大大提高检测的灵敏度。它的优点为灵敏度高，响应时间短，响应0.254 mm/a 的腐蚀速率只需要0.1 h。Microcor 是由Microcor 变送器、Microcor数字记录器、Microcor 电感探头和变送器电缆组成，最后用数据下载器(Checkmate DL)下载数据，传送到计算机上后通过专业软件进行处理分析。

图3 为Microcor 电感探针在2013 年9 月～2013 年12 月的在线监测数据。Microcor 系统数据从2013 年9 月29 日至2013 年12 月15 日。本季度系统工作正常，系统数据出现两次次波动影响，其余时间段内数据稳定，电感探针平均腐蚀速率小于0.025 mm/a，与历史数据较为吻合。经过查看生产日报，避台作业是造成系统数据波动原因，腐蚀速率以稳定区域数值为准。(注:避台时平台会停产，停注缓蚀剂，往海管注海水和批量处理剂，防止原油凝固在海底管道中。)

图3 Microcor 在线腐蚀检测数据

3 结论

(1)室内试验结果表明，待选缓蚀剂在模拟工况的试验条件下，缓蚀效率能达到89%，可以有效的减小腐蚀速率。但流速对缓蚀性能有重要的影响，当流速超过2 m/s 时，缓蚀效率明显的下降。

(2)截止到2013 年年底，海底管道输液量为每天8 000 m3，换算成流速为1.26 m/s。缓蚀剂现场的加注量为60 μg/g。从海管出口电感探针监测数据，海管的腐蚀得到有效控制，腐蚀速率控制在0.025 mm/a 之内。

(3)因缓蚀剂还具有极强的选择性特点，即使同一个油田，但随着油田工况环境的变化，也可能发生缓蚀效率降低的现象。所以，每年要对缓蚀剂进行优化，防止缓蚀效率下降现象的发生。

［1］张炜强，秦立高，李飞.腐蚀监测/检测技术［J］.腐蚀科学与防护技术，2009，21(5):477-479.