孫立梅，盧建平，崔 潔，柴德民，岑瑗瑗，劉 超

中國(guó)石化勝利油田分公司勝利采油廠 （山東 東營(yíng) 257051）

現(xiàn)場(chǎng)試片法測(cè)試油田污水腐蝕速率存在的問(wèn)題探討

孫立梅，盧建平，崔 潔，柴德民，岑瑗瑗，劉 超

中國(guó)石化勝利油田分公司勝利采油廠 （山東 東營(yíng) 257051）

以油田聯(lián)合站與注水站污水腐蝕速率為研究對(duì)象，采用現(xiàn)場(chǎng)掛片的方法，考察了附著油泥對(duì)掛片失重及污水腐蝕速率測(cè)定結(jié)果的影響。結(jié)果表明，在所取得的試片中，附著的油泥多，腐蝕速率高，附著的油泥少或無(wú)油泥附著的，腐蝕速率低。標(biāo)準(zhǔn)所采用的方法獲得的腐蝕速率高低受油泥影響。

污水腐蝕；金屬試片；附著油泥；垢下腐蝕；不銹鋼

油田污水腐蝕速率是表征污水腐蝕性的重要參數(shù)。通常認(rèn)為，腐蝕速率值大，則污水腐蝕性強(qiáng)，反之亦然。污水腐蝕性強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致注水井筒腐蝕，管線以及罐體內(nèi)壁穿孔、滲漏等，迫使油田生產(chǎn)單位短時(shí)期頻繁更換管線設(shè)備，直接影響回注水系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，甚至造成重大生產(chǎn)事故。因此，控制污水腐蝕是維持油田穩(wěn)定生產(chǎn)的基礎(chǔ)之一。

目前，各油田將腐蝕速率作為水質(zhì)控制的主要指標(biāo)之一[1]，一般按照 SY/T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》中的方法進(jìn)行測(cè)試，即在聯(lián)合站外輸污水管線上安置試片，一個(gè)月后取出，通過(guò)試片失重前后質(zhì)量差計(jì)算污水腐蝕速率。勝利油田對(duì)外輸污水腐蝕速率的控制指標(biāo)是不能大于0.076 mm/a，在測(cè)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)試片表面附著物對(duì)腐蝕速率有一定影響。

以勝坨油田聯(lián)合站與注水站腐蝕試片為主要研究對(duì)象，考察了影響污水腐蝕速率值的因素，探討了現(xiàn)場(chǎng)試片法測(cè)試污水腐蝕速率存在的問(wèn)題。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 污水腐蝕速率測(cè)試

污水腐蝕速率測(cè)試參照SY/T 5329—2012中平均腐蝕速率測(cè)試方法，在聯(lián)合站與注水系統(tǒng)不同節(jié)點(diǎn)置入試片。按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試片材質(zhì)為A3鋼。為了研究現(xiàn)場(chǎng)污水腐蝕機(jī)理，置入不銹鋼試片做對(duì)比。

1.2 試片附著物獲取方式以及分析方法

按照SY/T 5329—2012中的方法放置試片，定期將試片取出，將附著物迅速刮入潔凈廣口瓶中，獲得附著物（油泥與腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物）質(zhì)量。倒入汽油至浸沒附著物。將廣口瓶置于超聲波振蕩器中，在超聲波作用下，將附著物中的油充分分散到汽油中，不溶于汽油的固體物質(zhì)在沉淀在瓶底部。以普通濾紙將固液分離，固形物于50℃干燥、恒重后，采用日本理學(xué)D/max 1200衍射儀對(duì)固形物進(jìn)行XRD分析；附著物質(zhì)量與固形物質(zhì)量之差為油泥質(zhì)量。固形物以稀鹽酸浸泡，鹽酸不溶物以蒸餾水洗滌，干燥、恒重，鹽酸可溶物質(zhì)的質(zhì)量為腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物的質(zhì)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 現(xiàn)場(chǎng)試片表觀形貌與腐蝕速率

通過(guò)對(duì)勝坨油田7座污水站以及注水站中的試片進(jìn)行2年的跟蹤觀察發(fā)現(xiàn)，腐蝕嚴(yán)重的試片往往表面有較多的油泥，且腐蝕的部位和油泥的存在位置有對(duì)應(yīng)關(guān)系（圖1）。坨三來(lái)水節(jié)點(diǎn)試片，在油泥底部，已經(jīng)腐蝕掉了2 mm。腐蝕輕微的試片上往往無(wú)明顯油泥。如圖2所示，同一掛片器2個(gè)試片，是否覆有油泥，腐蝕速率相差3倍。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試片附著油泥與腐蝕速率

統(tǒng)計(jì)了各試片附著物（油泥與腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物）質(zhì)量與腐蝕速率的數(shù)值（圖3），可見腐蝕速率的變化與試片上附著物質(zhì)量呈現(xiàn)一定相關(guān)性，即附著物多的試片，腐蝕速率高；腐蝕速率低的試片上附著物少。由于腐蝕速率低的試片表面基本沒有附著物，因此只對(duì)量較多的附著物進(jìn)行成分含量分析 （表1）。表2是附著物中的無(wú)機(jī)晶體物質(zhì)，可見試片上有腐蝕產(chǎn)物 Ca0.1Mg0.33Fe0.57(CO3)與 FeCO3，表明是 CO2產(chǎn)生的腐蝕[2-4]。附著物成分復(fù)雜，有來(lái)自于油藏的原油、水以及固體懸浮物，總稱油泥，還有腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物。腐蝕結(jié)垢的產(chǎn)物應(yīng)當(dāng)與腐蝕速率有正相關(guān)，而表1數(shù)據(jù)也表明，腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物的量與腐蝕速率呈現(xiàn)一定的正相關(guān)性，同時(shí)，金屬腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物多的樣本，油泥也多，結(jié)合圖3可以得到這樣的結(jié)論：附著的油泥多，腐蝕速率高，附著的油泥少或無(wú)油泥附著的，腐蝕速率低。

圖1 污水中試片的形貌與洗油后形貌

圖3 現(xiàn)場(chǎng)污水中試片附著物的質(zhì)量與腐蝕速率曲線

表1 試片上附著物成分分析

表2 A3鋼試片上附著物中無(wú)機(jī)晶體物質(zhì)

2.3 試片腐蝕與油泥附著的先后順序

試片上的附著物中有油泥與腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物，這些物質(zhì)產(chǎn)生的順序有2種可能：腐蝕結(jié)垢在先，油泥附著在后；或者油泥附著在先，而后發(fā)生油泥下的腐蝕結(jié)垢。在現(xiàn)場(chǎng)掛片器中掛入不銹鋼試片，同A3試片對(duì)比（圖4）。從圖4可見，A3鋼試片腐蝕嚴(yán)重，試片表面有明顯硬質(zhì)垢，存在明顯腐蝕缺口與腐蝕坑；不銹鋼腐蝕輕微，沒有腐蝕產(chǎn)物，但不銹鋼表面仍覆有油泥，說(shuō)明不論A3鋼試片是否發(fā)生腐蝕，油泥都可能會(huì)在試片上附著。某些節(jié)點(diǎn)A3鋼試片，腐蝕結(jié)垢存在，但無(wú)油泥，見圖1（d），因此對(duì)A3鋼來(lái)說(shuō)，可能腐蝕結(jié)垢在先，也可能覆有油泥在先。

2.4 附著油泥加速腐蝕的機(jī)理推斷

試片表面附著物最外層為油泥狀物質(zhì)。就純?cè)投裕旧頉]有腐蝕性，但油泥在金屬表面形成油墻，油墻和金屬試片之間存在相對(duì)靜態(tài)的環(huán)境，在相對(duì)靜態(tài)的環(huán)境里，腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物CaCO3、FeCO3等更容易形成晶體沉淀，而不是形成細(xì)小晶體或無(wú)定型固體隨水流沖走，久而久之形成垢層，在垢下發(fā)生陽(yáng)極的加速溶解，導(dǎo)致腐蝕速率升高[2-5]，這可能是附著油泥對(duì)腐蝕速率影響的本質(zhì)原因。

關(guān)于污水中原油對(duì)金屬腐蝕的影響，普遍認(rèn)為原油具有減緩腐蝕的作用[6-7]。但是，本試驗(yàn)觀察到的結(jié)論卻相反，是基于3個(gè)方面的原因：

1）本試驗(yàn)中金屬試片表面覆有油泥，但并非將金屬表面全部覆蓋，而是保持金屬表面一直與水相連通，水提供了源源不斷的腐蝕物質(zhì)來(lái)源，導(dǎo)致腐蝕反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行；室內(nèi)研究往往采用模擬水或現(xiàn)場(chǎng)水在封閉狀態(tài)下進(jìn)行，腐蝕物質(zhì)在逐漸消耗。

2）本試驗(yàn)中金屬試片表面所覆油泥，觀其狀態(tài)為流動(dòng)性差、黏度較高的老化油，而為了分散穩(wěn)定性，室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)往往采用模擬乳化油或新鮮低黏度原油，往往很難形成現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中的“油墻”。

3）本試驗(yàn)方法為腐蝕失重法，即腐蝕過(guò)程持續(xù)1個(gè)月后金屬的損失,室內(nèi)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)間很短,一般在1天之內(nèi)完成,與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試基礎(chǔ)不同。

另外值得說(shuō)明的是，表1中的結(jié)果顯示，附著油泥、結(jié)垢腐蝕產(chǎn)物與腐蝕速率并非成比例，原因?yàn)樯a(chǎn)動(dòng)態(tài)條件下腐蝕影響因素很多，油泥對(duì)腐蝕速率影響的結(jié)論是大量現(xiàn)場(chǎng)試片統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。理論上可以通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室嚴(yán)格統(tǒng)一其他參數(shù)而只控制油泥附著來(lái)驗(yàn)證這個(gè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，但是，該模擬實(shí)驗(yàn)很難實(shí)現(xiàn)，原因?yàn)槭覂?nèi)實(shí)驗(yàn)無(wú)法還原現(xiàn)場(chǎng)條件。首先是污水自現(xiàn)場(chǎng)取出要曝氧，曝氧后水性水質(zhì)發(fā)生變化；其次室內(nèi)實(shí)驗(yàn)應(yīng)在密閉狀態(tài)，很難保證一個(gè)月內(nèi)水樣中的原油和腐蝕物質(zhì)源源不斷。

除了現(xiàn)場(chǎng)掛片，現(xiàn)場(chǎng)取出的在線腐蝕檢測(cè)A3鋼金屬探頭表面也覆有油泥，洗去油泥后，金屬表面呈現(xiàn)幾個(gè)腐蝕坑（圖5），與掛片狀態(tài)相比，也印證了試片得到的結(jié)論。

圖4 污水系統(tǒng)中的A3鋼和不銹鋼試片形貌與洗油后表面腐蝕形態(tài)比較

圖5 在線腐蝕檢測(cè)探頭在現(xiàn)場(chǎng)取出后的狀態(tài)

3 結(jié)論

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中采用現(xiàn)場(chǎng)試片腐蝕失重法測(cè)試污水腐蝕速率，在實(shí)際應(yīng)用中所測(cè)得的數(shù)值受附著油泥的影響。盡管詳細(xì)機(jī)理有待于進(jìn)一步考證，但初步分析表明，附著的油泥多，腐蝕速率高，附著的油泥少或無(wú)油泥附著的，腐蝕速率低，該現(xiàn)象應(yīng)引起重視。

[1]油氣田開發(fā)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì).碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法：SY/T 5329—2012[S].北京：石油工業(yè)出版社，2012.

[2]朱元良，郭興蓬.中性介質(zhì)中碳鋼腐蝕沉積膜下局部腐蝕行為[J].中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)，2008,28(5)：271-275.

[3]張學(xué)元，邸 超，陳卓元，等.LN209井油管沉積物下方腐蝕行為[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)術(shù),1999,11(5)：280-283.

[4]盧會(huì)霞.中油泥田采油污水腐蝕因素研究[D].西安：西安石油大學(xué)，2004.

[5]朱元良.碳鋼垢下腐蝕行為與緩蝕機(jī)理研究.[D].武漢：華中科技大學(xué)，2008.

[6]方紹燕.油田注水系統(tǒng)腐蝕因素的分析[J].油田化學(xué),2015,32(2)：277-281.

[7]張寅龍.吐哈油田管道腐蝕分析與緩蝕劑評(píng)價(jià)研究[D].成都：西南石油大學(xué),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

中國(guó)石化勝利油田分公司科技攻關(guān)課題“勝坨油田注水系統(tǒng)腐蝕規(guī)律與控制技術(shù)研究”（編號(hào)：YKD1502）。

孫立梅（1972-），女，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事地面工程技術(shù)研究工作。

路 萍

2017-03-11