现场试片法测试油田污水腐蚀速率存在的问题探讨

孙立梅，卢建平，崔 洁，柴德民，岑瑗瑗，刘 超

中国石化胜利油田分公司胜利采油厂 （山东 东营 257051）

现场试片法测试油田污水腐蚀速率存在的问题探讨

孙立梅，卢建平，崔 洁，柴德民，岑瑗瑗，刘 超

中国石化胜利油田分公司胜利采油厂 （山东 东营 257051）

以油田联合站与注水站污水腐蚀速率为研究对象，采用现场挂片的方法，考察了附着油泥对挂片失重及污水腐蚀速率测定结果的影响。结果表明，在所取得的试片中，附着的油泥多，腐蚀速率高，附着的油泥少或无油泥附着的，腐蚀速率低。标准所采用的方法获得的腐蚀速率高低受油泥影响。

污水腐蚀；金属试片；附着油泥；垢下腐蚀；不锈钢

油田污水腐蚀速率是表征污水腐蚀性的重要参数。通常认为，腐蚀速率值大，则污水腐蚀性强，反之亦然。污水腐蚀性强会导致注水井筒腐蚀，管线以及罐体内壁穿孔、渗漏等，迫使油田生产单位短时期频繁更换管线设备，直接影响回注水系统稳定运行，甚至造成重大生产事故。因此，控制污水腐蚀是维持油田稳定生产的基础之一。

目前，各油田将腐蚀速率作为水质控制的主要指标之一[1]，一般按照 SY/T 5329—2012《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》中的方法进行测试，即在联合站外输污水管线上安置试片，一个月后取出，通过试片失重前后质量差计算污水腐蚀速率。胜利油田对外输污水腐蚀速率的控制指标是不能大于0.076 mm/a，在测试过程中，发现试片表面附着物对腐蚀速率有一定影响。

以胜坨油田联合站与注水站腐蚀试片为主要研究对象，考察了影响污水腐蚀速率值的因素，探讨了现场试片法测试污水腐蚀速率存在的问题。

1 实验部分

1.1 污水腐蚀速率测试

污水腐蚀速率测试参照SY/T 5329—2012中平均腐蚀速率测试方法，在联合站与注水系统不同节点置入试片。按照标准规定，试片材质为A3钢。为了研究现场污水腐蚀机理，置入不锈钢试片做对比。

1.2 试片附着物获取方式以及分析方法

按照SY/T 5329—2012中的方法放置试片，定期将试片取出，将附着物迅速刮入洁净广口瓶中，获得附着物（油泥与腐蚀结垢产物）质量。倒入汽油至浸没附着物。将广口瓶置于超声波振荡器中，在超声波作用下，将附着物中的油充分分散到汽油中，不溶于汽油的固体物质在沉淀在瓶底部。以普通滤纸将固液分离，固形物于50℃干燥、恒重后，采用日本理学D/max 1200衍射仪对固形物进行XRD分析；附着物质量与固形物质量之差为油泥质量。固形物以稀盐酸浸泡，盐酸不溶物以蒸馏水洗涤，干燥、恒重，盐酸可溶物质的质量为腐蚀结垢产物的质量。

2 结果与讨论

2.1 现场试片表观形貌与腐蚀速率

通过对胜坨油田7座污水站以及注水站中的试片进行2年的跟踪观察发现，腐蚀严重的试片往往表面有较多的油泥，且腐蚀的部位和油泥的存在位置有对应关系（图1）。坨三来水节点试片，在油泥底部，已经腐蚀掉了2 mm。腐蚀轻微的试片上往往无明显油泥。如图2所示，同一挂片器2个试片，是否覆有油泥，腐蚀速率相差3倍。

2.2 现场试片附着油泥与腐蚀速率

统计了各试片附着物（油泥与腐蚀结垢产物）质量与腐蚀速率的数值（图3），可见腐蚀速率的变化与试片上附着物质量呈现一定相关性，即附着物多的试片，腐蚀速率高；腐蚀速率低的试片上附着物少。由于腐蚀速率低的试片表面基本没有附着物，因此只对量较多的附着物进行成分含量分析 （表1）。表2是附着物中的无机晶体物质，可见试片上有腐蚀产物 Ca0.1Mg0.33Fe0.57(CO3)与 FeCO3，表明是 CO2产生的腐蚀[2-4]。附着物成分复杂，有来自于油藏的原油、水以及固体悬浮物，总称油泥，还有腐蚀结垢产物。腐蚀结垢的产物应当与腐蚀速率有正相关，而表1数据也表明，腐蚀结垢产物的量与腐蚀速率呈现一定的正相关性，同时，金属腐蚀结垢产物多的样本，油泥也多，结合图3可以得到这样的结论：附着的油泥多，腐蚀速率高，附着的油泥少或无油泥附着的，腐蚀速率低。

图1 污水中试片的形貌与洗油后形貌

图3 现场污水中试片附着物的质量与腐蚀速率曲线

表1 试片上附着物成分分析

表2 A3钢试片上附着物中无机晶体物质

2.3 试片腐蚀与油泥附着的先后顺序

试片上的附着物中有油泥与腐蚀结垢产物，这些物质产生的顺序有2种可能：腐蚀结垢在先，油泥附着在后；或者油泥附着在先，而后发生油泥下的腐蚀结垢。在现场挂片器中挂入不锈钢试片，同A3试片对比（图4）。从图4可见，A3钢试片腐蚀严重，试片表面有明显硬质垢，存在明显腐蚀缺口与腐蚀坑；不锈钢腐蚀轻微，没有腐蚀产物，但不锈钢表面仍覆有油泥，说明不论A3钢试片是否发生腐蚀，油泥都可能会在试片上附着。某些节点A3钢试片，腐蚀结垢存在，但无油泥，见图1（d），因此对A3钢来说，可能腐蚀结垢在先，也可能覆有油泥在先。

2.4 附着油泥加速腐蚀的机理推断

试片表面附着物最外层为油泥状物质。就纯原油而言，本身没有腐蚀性，但油泥在金属表面形成油墙，油墙和金属试片之间存在相对静态的环境，在相对静态的环境里，腐蚀结垢产物CaCO3、FeCO3等更容易形成晶体沉淀，而不是形成细小晶体或无定型固体随水流冲走，久而久之形成垢层，在垢下发生阳极的加速溶解，导致腐蚀速率升高[2-5]，这可能是附着油泥对腐蚀速率影响的本质原因。

关于污水中原油对金属腐蚀的影响，普遍认为原油具有减缓腐蚀的作用[6-7]。但是，本试验观察到的结论却相反，是基于3个方面的原因：

1）本试验中金属试片表面覆有油泥，但并非将金属表面全部覆盖，而是保持金属表面一直与水相连通，水提供了源源不断的腐蚀物质来源，导致腐蚀反应持续进行；室内研究往往采用模拟水或现场水在封闭状态下进行，腐蚀物质在逐渐消耗。

2）本试验中金属试片表面所覆油泥，观其状态为流动性差、黏度较高的老化油，而为了分散稳定性，室内模拟实验往往采用模拟乳化油或新鲜低黏度原油，往往很难形成现场试验中的“油墙”。

3）本试验方法为腐蚀失重法，即腐蚀过程持续1个月后金属的损失,室内电化学实验进行的时间很短,一般在1天之内完成,与现场试验测试基础不同。

另外值得说明的是，表1中的结果显示，附着油泥、结垢腐蚀产物与腐蚀速率并非成比例，原因为生产动态条件下腐蚀影响因素很多，油泥对腐蚀速率影响的结论是大量现场试片统计的结果。理论上可以通过在实验室严格统一其他参数而只控制油泥附着来验证这个统计结果，但是，该模拟实验很难实现，原因为室内实验无法还原现场条件。首先是污水自现场取出要曝氧，曝氧后水性水质发生变化；其次室内实验应在密闭状态，很难保证一个月内水样中的原油和腐蚀物质源源不断。

除了现场挂片，现场取出的在线腐蚀检测A3钢金属探头表面也覆有油泥，洗去油泥后，金属表面呈现几个腐蚀坑（图5），与挂片状态相比，也印证了试片得到的结论。

图4 污水系统中的A3钢和不锈钢试片形貌与洗油后表面腐蚀形态比较

图5 在线腐蚀检测探头在现场取出后的状态

3 结论

现行标准中采用现场试片腐蚀失重法测试污水腐蚀速率，在实际应用中所测得的数值受附着油泥的影响。尽管详细机理有待于进一步考证，但初步分析表明，附着的油泥多，腐蚀速率高，附着的油泥少或无油泥附着的，腐蚀速率低，该现象应引起重视。

[1]油气田开发专业标准化委员会.碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法：SY/T 5329—2012[S].北京：石油工业出版社，2012.

[2]朱元良，郭兴蓬.中性介质中碳钢腐蚀沉积膜下局部腐蚀行为[J].中国腐蚀与防护学报，2008,28(5)：271-275.

[3]张学元，邸 超，陈卓元，等.LN209井油管沉积物下方腐蚀行为[J].腐蚀科学与防护术,1999,11(5)：280-283.

[4]卢会霞.中油泥田采油污水腐蚀因素研究[D].西安：西安石油大学，2004.

[5]朱元良.碳钢垢下腐蚀行为与缓蚀机理研究.[D].武汉：华中科技大学，2008.

[6]方绍燕.油田注水系统腐蚀因素的分析[J].油田化学,2015,32(2)：277-281.

[7]张寅龙.吐哈油田管道腐蚀分析与缓蚀剂评价研究[D].成都：西南石油大学,2014.

The effect of sewage sludge in the wastewater of oilfield joint station and water injection station on the corrosion rate of hanging piece of was investigated by field hanging piece.The results show that the more the sludge on the test piece,the higher the corrosion rate,and the corrosion rate is lower when the attached sludge is less or no sludge.The corrosion rate obtained by the method is affected by the sludge.

corrosion of wastewater;metal test piece;adhesion sludge;under-scale corrosion;stainless steel

中国石化胜利油田分公司科技攻关课题“胜坨油田注水系统腐蚀规律与控制技术研究”（编号：YKD1502）。

孙立梅（1972-），女，高级工程师，现从事地面工程技术研究工作。

路 萍

2017-03-11