龙王庙组气藏地面集输系统腐蚀控制措施研究

唐 诗 马 蠡 蒋 志 沈武冬 张昌会 徐 梅

（中国石油与天然气股份有限公司西南油气田分公司川中油气矿，四川 遂宁 629000）

0 引言

安岳气田磨溪区块龙王庙组气藏是我国迄今为止探明的最大规模单体海相碳酸岩盐整装气藏，气藏主体构造地层压力系数为1.64～1.69，地层温度138.5～145.8℃，为高温、高压气藏，气藏累计投入生产井54口，开井51口，日产气2852×104m3，日产水1389m3。气藏所产天然气中含H2S（5.03～12.48g/m3）、中～低含CO2（20.71～53.44g/m3），气田水中氯离子含量为（2～243455mg/L）、矿化度为（55～365412mg/L），气藏的腐蚀环境恶劣[1]，且气藏周边人口密集、水系发达、地形复杂，一旦发生因腐蚀导致管线或设备穿孔、开裂泄漏，将对人身安全、生命财产造成极大危害。因此在气藏开发运行过程中，对腐蚀控制工作的要求高，应实施有针对性、时效性和可操作性的腐蚀防控工作，以确保龙王庙组气藏集输系统的本质安全。

1 龙王庙组气藏集输系统概况

龙王庙组气藏采用多井集气、采气管线气液混输、集气干线气液分输的内部集输工艺，内部集输规模约3300万方/天[2]。气液混输的输送方式在一定程度上简化了气田水分离和输送流程，节约了投资，减少了占地，但由于气液混合物中含有大量的腐蚀性较强的H2S、CO2、Cl-及气井酸化压裂返排酸液等，导致集输系统存在较高的腐蚀风险[3]。

2 龙王庙组气藏集输系统综合腐蚀控制措施

气藏根据实际工况，借鉴国内外类似气藏的防腐技术，采取了一系列内腐蚀、外腐蚀控制措施，并通过开展腐蚀监/检测工作及时监控集输系统的总体腐蚀状况。

2.1 外腐蚀控制措施

龙王庙组气藏集输系统管线大多数为埋地管线，管线外壁在周围环境中受到土壤腐蚀、细菌腐蚀等，且流散于土壤中的杂散电流会加速管道的电化学腐蚀[4]。

针对龙王庙气藏的特点并考虑到选材方便，集输系统外防腐采取“外防腐层+阴极保护”的联合保护方案[5]。

2.1.1 外防腐层工艺

（1）场站内管道及设备外防腐层

场站内地面管道、设备采用氟碳涂料进行防腐。站内DN≥50的埋地管道在预制条件允许时尽可能采用三层PE外防腐层，其余管径的埋地管道、所有管径的三通和弯头等全部采用现场施工方便的厚胶型聚乙烯胶粘带特加强级防腐层防腐[6]；

（2）场站外管道外防腐层

集气管线及燃料气管线均采用三层PE防腐层，管线的环焊缝补口和热煨弯管防腐采用带配套环氧底漆的热熔胶型聚乙烯热收缩带，补伤采用聚乙烯补伤片。

2.1.2 阴极保护

龙王庙组气藏采用外加电流进行阴极保护，通过外加直流电源以及辅助阳极，迫使电流从土壤中流向被保护金属，使被保护金属管道发生阴极极化，实现其电位低于周围环境[7]。

龙王庙组气藏目前共建阴极保护站8个，目前管线断电电位处于-0.85～-1.18V之间，达到设计要求，所有阴保机均投入正常使用状态。

2.2 内腐蚀控制措施

龙王庙组气藏集输系统管道及设备内壁直接与输送介质接触，但输送介质中常混杂有许多腐蚀性杂质，如高矿化度的水、溶解氧、CO2、H2S和硫酸盐还原菌等，在温度、压力、流速及交变应力等因素交错作用下，使得集输系统内腐蚀环境较外腐蚀更为复杂[8]。龙王庙组气藏采用“抗硫管材+缓蚀剂加注”的内防腐措施。

2.2.1 抗硫管材选择

对于在高H2S分压的湿气环境下的输送钢管，采用母材无焊缝、质量可靠的无缝钢管，以保证管线抗SSC和HIC的能力，龙王庙组气藏的采气管线、集气干线、试采干线均采用L360 QS无缝钢管[9]。

2.2.2 缓蚀剂加注

根据工程经验，L360钢级适用于酸性天然气环境下的管道输送，但针对龙王庙组气藏集输系统复杂的腐蚀环境，可通过加注缓蚀剂进一步防止电化学腐蚀等内腐蚀现象[10]。龙王庙组气藏缓蚀剂防腐方案采用“预膜+连续加注”的保护方式，预膜采用成膜性能较好的油溶水分散型缓蚀剂CT2-19A，连续加注用水溶性缓蚀剂CT2-19C[11]。

站内缓蚀剂加注系统设置在二级节流阀之后，通过加注系统将缓蚀剂以雾状喷入管道内，使缓蚀剂雾滴均匀分散在气流中，并吸附在管道、设备内壁，起到防腐效果。缓蚀剂连续加注量是根据该井产气量、产水量和腐蚀监测数据分析结果综合考虑进行动态调整的。

缓蚀剂预膜是利用清管设备将缓蚀剂段塞带动在管道内流动，从而使缓蚀剂分子与管道内壁充分接触，在管道内壁形成一层缓蚀剂薄膜，以防止线路内腐蚀。缓蚀剂预膜采用3mils的成膜厚度，根据管线内表面积和长度来确定缓蚀剂用量，缓蚀剂过盈用量为30%～40%[11]。

2.3 腐蚀监测

为在生产过程中对龙王庙气藏集输系统的腐蚀状况、腐蚀速率等进行有效监测，从而及时调整腐蚀控制方案，预防事故的发生，龙王庙组气藏在投产后进行腐蚀监测，监测手段主要包括：在单井站和集气站原料气管线和分离器排污管线分别设置腐蚀挂片、电阻探针及柔性超声波等腐蚀监测点、缓蚀剂残余浓度分析、场站管道及设备进行超声波测厚、集气站进站管道进行氢通量监测等，形成了在线腐蚀监测为主、无损检测为辅、与配套化学分析相结合的综合监测体系。

2020年超声波复测管线与设备壁厚减薄量总体小于原始壁厚2.5%，整体处于轻度减薄。

根据2020年第二期腐蚀挂片及探针数据，龙王庙组气藏集输系统平均腐蚀速率控制在行业控制标准0.076mm/a以下，其中原料气管线：东站磨溪204井来气管线等4个监测点挂片腐蚀速率＜0.025mm/a＞0.12mm/a，属于中度腐蚀，其余原料气管线挂片腐蚀速率均＞0.025mm/a属于轻度腐蚀；分离器排污管线监测点：磨溪12井分离器排污管线等四个监测点挂片腐蚀速率＜0.025mm/a，＞0.12mm/a，属于中度腐蚀，其余排污管线挂片腐蚀速率均＞0.025mm/a，属于轻度腐蚀。

表1 NACE标准RP 0775-2005对腐蚀程度的划分

根据腐蚀监测数据综合分析，龙王庙组气藏集输系统管线及设备的腐蚀程度较低，说明其采用的腐蚀控制措施起到了良好的防腐效果，与龙王庙组气藏工况适应性较好。

2.4 智能清管检测

为了及时掌握龙王庙组气藏集输管道的腐蚀情况，采用智能清管检测技术对集输管道的几何形变和金属损失进行定位、定性、定量分析。目前共完成龙王庙试采干线、东干线、西干线、西北干线等4条管线的智能清管检测，如表2所示。

表2 智能检测数据分析

龙王庙试采干线、东干线、西北干线及西干线智能清管检测数据分析发现金属损失点的预估维修必要性ERF均＞1，表明管道处于受控状态。

3 结论与建议

龙王庙组气藏集输系统采用采取“外防腐层+阴极保护”外防腐措施及“抗硫管材+缓蚀剂”的内防腐措施，根据腐蚀监测数据及智能清管检测结果表明，系统腐蚀速率控制在标准范围之内，腐蚀控制方案设计满足现场腐蚀控制管理要求，较好地实现了集输系统的安全投运和运行。

随着开采工程的进行，气藏集输系统的腐蚀工况会出现多种新的变化，例如产水量的持续增加等，因此建议开展高产水、高矿化度环境下集输系统腐蚀规律及控制技术研究。并根据实际工况与腐蚀控制效果，不断调整与优化防腐措施，特别是在腐蚀监/检测方面进一步探索新技术，科学利用多种监测手段确保及时掌握管道及设备的腐蚀现状。