王晨宇

【摘要】本文主要針對(duì)高含硫氣田地面集輸系統(tǒng)中H₂S、CO₂等氣體腐蝕管道和管輸流速等問(wèn)題，分析了腐蝕產(chǎn)生機(jī)理和破壞形式。以此為依據(jù)提出各種防腐措施，主要包括：使用緩蝕劑防腐系統(tǒng)，合理選擇設(shè)備、管道材質(zhì)，設(shè)計(jì)合理的流速。各種防腐和在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的綜合應(yīng)用，對(duì)于保障高含硫氣田安全生產(chǎn)和運(yùn)行具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】高含硫氣田 腐蝕速度 緩蝕劑

1 油氣田腐蝕問(wèn)題的影響因素

眾所周知，油氣田腐蝕往往造成重大經(jīng)濟(jì)事故、災(zāi)難性事故和嚴(yán)重的環(huán)境污染。伴隨我國(guó)石油天然氣工業(yè)的開(kāi)發(fā)進(jìn)程加快，含H₂S、CO₂、Cl^-及含水等多種腐蝕介質(zhì)的油氣田相繼出現(xiàn)，腐蝕問(wèn)題成為開(kāi)發(fā)油氣井所關(guān)注的主要問(wèn)題之一。油氣田中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的腐蝕易發(fā)生的部位是石油管線和設(shè)備的腐蝕。它主要分為內(nèi)腐蝕和外腐蝕：外腐蝕主要是管體外部遭受的大氣腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕和地下水腐蝕，以及雜散電流腐蝕和宏觀電池腐蝕等；內(nèi)腐蝕主要是管體內(nèi)部由于把內(nèi)部介質(zhì)所導(dǎo)致的腐蝕，今年來(lái)日趨成為研究的熱點(diǎn)，主要有氧、二氧化碳、硫化氫等。油氣田生產(chǎn)中腐蝕的原因與速度主要有以下幾個(gè)方面：

1.1 溫度和分壓對(duì)腐蝕速度的影響

高含硫氣田的天然氣中大量含有H₂S和CO₂，如果分壓相同的情況下，天然氣溫度與腐蝕速率成正比。有試驗(yàn)表明，當(dāng)溫度低于60℃的時(shí)候，均勻腐蝕，腐蝕速率較?。划?dāng)溫度為60℃～110℃，局部腐蝕，腐蝕速率較大；當(dāng)溫度高于120℃時(shí)，腐蝕速率很低。另外，腐蝕速率取決于CO₂氣體的分壓，分壓影響電化學(xué)反應(yīng)速度快慢。當(dāng)CO₂氣體的分壓高于0.21兆帕?xí)r，發(fā)生腐蝕。

1.2 氣體的腐蝕

1.2.1 硫化氫腐蝕

酸性氣田多采用濕氣集輸工藝，濕原料氣主要含有的H₂S、有機(jī)硫等具有較強(qiáng)的腐蝕性的成份，會(huì)導(dǎo)致管材的嚴(yán)重腐蝕、硫化物應(yīng)力開(kāi)裂（SSC）和氫誘發(fā)裂紋（HIC）等。硫化氫腐蝕的影響因素有以下幾個(gè)：當(dāng)硫化氫的濃度為200-400mg/l時(shí)，腐蝕速率最高；當(dāng)pH小于6時(shí)，腐蝕速率最高；當(dāng)溫度在80℃時(shí)，腐蝕速率增大，當(dāng)溫度達(dá)到120℃左右時(shí)腐蝕速率最小。另外，流體流速越高，腐蝕速率也越高。

1.2.2 CO₂腐蝕

二氧化碳腐蝕主要分為蝕坑、臺(tái)面侵蝕和流動(dòng)誘導(dǎo)局部腐蝕。油井的腐蝕環(huán)境和生產(chǎn)狀況是分不開(kāi)的。一方面，在天然氣開(kāi)采過(guò)程中，酸性氣體溶解度和天然氣中水分的凝析量隨著井深的減少而急劇增加，這加劇了井的上部腐蝕環(huán)境。另一方面，油管上部外壁沒(méi)有針對(duì)性地選擇緩蝕劑，投產(chǎn)前后未及時(shí)和正規(guī)加注緩蝕劑，腐蝕未得到有效控制。國(guó)際研究普遍認(rèn)為：CO₂局部腐蝕有以下三種典型機(jī)理：臺(tái)地狀腐蝕、蝸旋狀腐蝕、點(diǎn)狀腐蝕。腐蝕后經(jīng)常呈現(xiàn)為蜂窩狀和底大口小的燒瓶型點(diǎn)狀腐蝕。

1.3 管輸流速設(shè)計(jì)不當(dāng)加劇管內(nèi)腐蝕

當(dāng)管輸流速較快時(shí)，腐蝕速度會(huì)加劇，對(duì)各種設(shè)備的腐蝕破壞就會(huì)變得嚴(yán)重。而當(dāng)管輸流速過(guò)慢時(shí)，管道低部液體滯留，導(dǎo)致水線腐蝕、垢下腐蝕局部腐蝕破壞。

2 防腐蝕措施

2.1 緩蝕劑防腐系統(tǒng)

要想安全開(kāi)發(fā)高酸性氣田就必須防止硫化氫的腐蝕和泄漏。目前，高酸性氣田大多采用“緩蝕劑+碳鋼”的方案，選擇優(yōu)質(zhì)的緩蝕劑和具有抗硫化氫開(kāi)裂能力的鋼材。雖然國(guó)內(nèi)逐步開(kāi)發(fā)了適用于高H₂S、CO₂條件下的緩蝕劑，并應(yīng)用于一些油田，取得了初步成效。目前，腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展顯著，已具備了在油氣田生產(chǎn)領(lǐng)域深度推廣應(yīng)用的客觀條件，未來(lái)可以開(kāi)展井下腐蝕監(jiān)測(cè)、井口緩腐蝕評(píng)價(jià)、地面集輸系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測(cè)以及油田腐蝕綜合管理平臺(tái)等等工作。

2.2 合理選擇設(shè)備、管道材質(zhì)

天然氣集輸管道輸送壓力較高，為了輸送安全，輸氣管道必須具有較高的韌性和良好的焊接性。對(duì)于高含H₂S氣體管道采用的鋼管和管件應(yīng)具有良好的抗硫化物應(yīng)力開(kāi)裂、抗氫致開(kāi)裂性能和良好的焊接性能。

3 氣田防腐技術(shù)發(fā)展方向

（1）繼續(xù)開(kāi)展針對(duì)性的腐蝕機(jī)理研究。應(yīng)重點(diǎn)對(duì)井下和地面集輸管道、設(shè)備中元素硫的腐蝕機(jī)理及防護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究，包括相應(yīng)的集輸工藝技術(shù)的研究。

（2）耐蝕材料的開(kāi)發(fā)。一方面繼續(xù)做好特高含硫酸性氣田防腐材料的選材工作；另一方面，各科研單位也要加大力度，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)耐蝕材料，既提高耐蝕性能又降低成本。另外，為防止集氣管內(nèi)水合物的形成，可以采用加熱工藝，井場(chǎng)或集氣站設(shè)置水套爐，集氣管線按距離分配加熱器，這種方法在投資和成本上都比較經(jīng)濟(jì)。

（3）腐蝕監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的建立。建立一個(gè)較為完整的腐蝕監(jiān)控系統(tǒng)。建議采用包括非電子和電子在線監(jiān)測(cè)，如掛片試樣、氫探針、電阻探針（EFR），用以測(cè)定總體腐蝕。對(duì)地面設(shè)施和管道采用超聲波檢測(cè)管壁厚和坑蝕。若有條件從國(guó)外引進(jìn)智能清管器，可對(duì)金屬管道壁厚作有效檢測(cè)。另外，集氣管線采用清管工藝技術(shù)清除垢物，配合緩蝕劑處理工藝。根據(jù)集氣管線投產(chǎn)時(shí)間、積液、垢物積聚和腐蝕情況制定清管周期和程序。

（4）制定可行的腐蝕控制方案。按《天然氣地面設(shè)施抗硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂金屬材料要求》SY/TO 0599—1997 標(biāo)準(zhǔn)選用抗硫材料。管道建議采用低碳鋼：20號(hào)鋼、X52，嚴(yán)格控制材料化學(xué)成分，碳當(dāng)量不得超過(guò)0.43%。嚴(yán)格控制硬度和強(qiáng)度值，管道焊接區(qū)域做回火處理。

（5）目前國(guó)內(nèi)外對(duì)緩蝕劑在高流速情況下的緩蝕理論及合理利用的研究還十分缺乏?？梢岳昧孔踊瘜W(xué)與現(xiàn)代表面分析技術(shù)、電化學(xué)測(cè)試新技術(shù)、原位測(cè)量技術(shù)如現(xiàn)場(chǎng)紅外、激光拉曼光譜測(cè)試技術(shù)結(jié)合，更有利于緩蝕劑作用機(jī)理的研究。重視緩蝕劑復(fù)配技術(shù)，開(kāi)發(fā)出適用于氣、液、固多相腐蝕體系的緩蝕劑。

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