普光气田高含水期集输系统防腐蚀技术研究及应用

吴 敏

（中国石油化工股份有限公司中原油田普光分公司，四川达州635000）

普光气田属典型高含硫化氢天然气田，集输系统选用湿气加热保温混输工艺，因此对防腐蚀技术要求较高，集输系统采用了“抗硫管材+缓蚀剂+阴极保护 +智能清管”立体防腐蚀技术［1］。井口采出的天然气在集气站内经加热、节流、分离、计量后外输，采用“加热保温+注缓蚀剂+水合物抑制剂”工艺经支线进入集气干线，最后输送至总站。站外集输管线外防腐采用“防腐保温层+阴极保护”技术，内防腐采用“缓蚀剂连续加注+缓蚀剂批处理涂膜”技术，从而减缓恶劣工况下介质对设备和管道的腐蚀［2］。气田产出水由投产初期的CaCl2水型逐渐转变为NaHCO3水型。

1 高含水期对腐蚀的影响

（1）气井产出水水型由凝析水转变为地层水，腐蚀速率随之增加。

对气田产出水投产以来变化情况进行统计分析，结果表明：pH值呈逐渐升高的趋势，由酸性变为碱性（pH值由5升高至9）；通过对比气井产出水中各项离子浓度，碳酸氢根离子浓度与pH值变化呈正比，且变化趋势一致，是pH值升高的主要原因。同时通过腐蚀挂片历史监测数据对比分析，随着气井产水量增加，腐蚀速率明显增加，并持续超过0.076 mm／a的控制标准。

（2）高含水期缓蚀剂性能降低，腐蚀速率增大。

随着产出水pH值升高，缓蚀剂缓蚀性能下降。在体积分数为1 000μL／L的条件下，CaCl2水型腐蚀能够得到有效抑制，但NaHCO3水型腐蚀超标。

2 缓蚀剂加注浓度调整

2.1 电化学法模拟试验

采用极化电阻法对腐蚀速率进行评价。利用腐蚀电流与极化曲线在腐蚀电位附近的斜率成反比关系，通过极化电流密度与极化电位，推导出自然腐蚀电流密度方程和Tafel常数，从而拟合曲线求出平均腐蚀速率［3］。

在电化学测试三电极体系中工作电极为L360试样，辅助电极为石墨棒，参比电极为饱和甘汞电极（SCE）。试验在石英玻璃电解池中进行，使用某公司生产的Reference 600型电化学工作站，并用自制可控温不锈钢屏蔽箱进行屏蔽，试验温度为50℃。极化曲线测试范围为-1.0～-0.3 V，扫描速率为2 mV／s。

2.1.1 试验设计

（1）试验方法

通过对不同水型（氯化钙或碳酸氢钠）的溶液进行动电位扫描测试，拟合计算平均腐蚀速率来总结其规律。

（2）试验材料

器材：烧杯、玻璃棒、0.5 mL移液管、50 mL量筒、250 mL量筒、牛角药勺等；

仪器：电化学工作站，pH计；

药剂：氢氧化钠、盐酸等。

（3）试验步骤

①配液：根据气田前期产出水物性，在实验室内配制氯化钙水型模拟溶液（见表1），碳酸氢钠水型采用P103-1井现场产出水，配制成18组溶液（见表2）。

②电极准备：L360QS材质标准电极（面积为1 cm2、厚度大于2 mm）分别用360号、600号和800号砂纸打磨，然后用蒸馏水冲洗，再用无水乙醇擦拭，备用。

③电解池准备：将配好的溶液倒入电解池；连接好相应的电极，且电化学工作站与电脑通过USB接口相连，打开电化学工作站待开路电位稳定后开始测试。

④电化学测试：按仪器操作规程，设置好相关参数后进行动电位扫描。

⑤试验完毕后，清理好现场，再进行拟合计算平均腐蚀速率。

表1 氯化钙水型溶液模拟液配置

表2 电化学正交试验溶液配置

2.1.2 试验结果

（1）氯化钙水型

溶液中缓蚀剂（CI-1204）的体积分数为1 000 μL／L时，在pH值分别为5，6和7的条件下，平均腐蚀速率均低于0.076 mm／a（见图1）。

图1 氯化钙溶液平均腐蚀速率

（2）碳酸氢钠水型

溶液中CI-1204的体积分数为2 000μL／L时，在pH值分别为7，8和9的条件下，平均腐蚀速率均低于0.076 mm／a（见图2）。

图2 碳酸氢钠溶液平均腐蚀速率

2.2 高压釜模拟试验

2.2.1 氯化钙水型

溶液中 CI-1204的体积分数为1 000μL／L时，在pH值分别为5，6和7的条件下，腐蚀速率受控，平均腐蚀速率均低于0.076 mm／a。趋势与电化学结果一致（见图3）。

2.2.2 碳酸氢钠水型

溶液中 CI-1204的体积分数为1 000μL／L时，在pH值分别为8，9的条件下，腐蚀速率超标，远高于 0.076 mm／a的控制标准（见图4）。

图3 氯化钙条件下腐蚀速率对比

图4 碳酸氢钠条件下腐蚀速率对比

CI-1204缓蚀剂自身pH值为4.0～5.0，其主要组分咪唑啉类在偏碱性NaHCO3水型条件下易水解开环，生成产物为长链烷基酰胺，导致缓蚀剂在金属表面的吸附、覆盖作用减弱，缓蚀性能降低。

2.3 缓蚀剂加注浓度优化

由于水型、pH值改变后，碳酸氢钠水型在缓蚀剂体积分数为1 000μL／L时腐蚀速率严重超标，需要对缓蚀剂加注浓度进行优化［4］，试验选用P103-1井产出水，缓蚀剂选用体积分数分别为2 000，3 000和4 000μL／L三种。

2.3.1 试验设计

试验条件：P103-1产出水1.5 L+CI-1204缓蚀剂体积分数分别为2 000，3 000和4 000μL／L；

挂片：L360QS挂片（液相8片）；

压力：H2S1.5 MPa，CO21 MPa，N25.5 MPa；

时间：168 h；

速度：300 r／min；

温度：40℃。

2.3.2 讨 论

通过模拟现场生产工况，连续加注水溶型缓蚀剂体积分数提高到4 000μL／L，pH值为8和9时，试样的平均腐蚀速率均低于0.076 mm／a标准要求（见图5）。所以水溶型缓蚀剂在碳酸氢钠水环境下最优理论加注体积分数为4 000μL／L。

图5 不同缓蚀剂加注量下腐蚀速率对比

3 缓蚀剂连续加注量理论判断标准

3.1 理论依据

以产出液为基准计算加热炉进口缓蚀剂加注量：

依据产气量、加注浓度18 nL／L计算加热炉进口缓蚀剂加注量：

式中：Q表示日产气量，10 000 m3；I表示液气比，1∶10 000；L表示液相理论缓蚀剂加注浓度，μL／L；L1表示以产出液为基准时缓蚀剂加注量，L；L2表示以产气量为基准时缓蚀剂加注量，L。

3.2 判断标准

（1）CaCl2水型缓蚀剂加注量理论判断

当L1＜L2时，即 I≤0.18时，应以产气量为基准加注缓蚀剂；

当L1＞L2时，即 I＞0.18时，应以产液量为基准加注缓蚀剂。

（2）NaHCO3水型缓蚀剂加注量理论判断

当L1＜L2时，即I≤0.045时，应以产气量为基准加注缓蚀剂；

当L1＞L2时，即I＞0.045时，应以产液量为基准加注缓蚀剂。

4 工艺优化

（1）新增井口分水工艺

产水气井井口新增气水分离工艺，产水全部外输至污水处理站处理，从而降低系统内水量，降低缓蚀剂投加总量，控制液相腐蚀。

（2）去盲端，优化旁通

从工艺上消除不必要的盲端管段和旁通流程，消除积液死区工艺，减少局部腐蚀。

（3）优化积液管段

积液管采用偏心大小头设计，优化变径方式。间歇运行工艺增加吹扫环节，避免积液停留，预防腐蚀发生。

5 结 论

气田高含水期产出水呈现产水量大、pH值高和矿化度高等特点，集输系统腐蚀速率也超过相关标准要求，通过对高含水期集输系统不同水型、不同缓蚀剂浓度条件下腐蚀速率的模拟，建立了缓蚀剂加注判断标准，优化了缓蚀剂加注浓度，有效地控制了内腐蚀速率。

该技术已在普光气田现场试验及应用，局部超标部位腐蚀速率均已低于0.076 mm／a的标准要求，保障了集输系统的安全、平稳运行。