高秋英 渠蒲 賀海洲 魏曉靜 郭遠(yuǎn)明

1中國石油化工股份有限公司西北油田分公司

2中國石油化工集團(tuán)公司碳酸鹽巖縫洞型油藏提高采收率重點實驗室

3中國石油化工股份有限公司中原油田分公司

4長慶油田分公司第三采油廠

西北某油田采出水具有高礦化度及含有H2S、CO2酸性氣體的特點，其污水處理系統(tǒng)腐蝕環(huán)境非常惡劣。采出水中的腐蝕介質(zhì)不僅受油氣井產(chǎn)出液性質(zhì)的影響，還受油、氣、水的集輸處理工藝的影響而不斷發(fā)生變化，使得腐蝕環(huán)境復(fù)雜多樣[1-4]，因此，需要采用適當(dāng)防腐措施減緩腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。通常情況下，對污水系統(tǒng)采用的最有效的防護(hù)措施是投加緩蝕劑[5-6]。為了提升緩蝕劑防護(hù)效果，須對現(xiàn)場緩蝕劑的加注效果進(jìn)行有效評價[7-8]，進(jìn)而對緩蝕劑加注濃度及加注方式進(jìn)行指導(dǎo)與調(diào)整。

1 檢測方法

通過現(xiàn)場調(diào)研，該油田污水系統(tǒng)采用的緩蝕劑以咪唑啉類為主，其對應(yīng)緩蝕劑濃度的定量檢測方法主要有氣相色譜法、電化學(xué)阻抗法、熒光分析法、紅外光譜法、紫外光譜法和顯色法[9-10]。

針對緩蝕劑咪唑啉，通過室內(nèi)實驗對比，選定了顯色-紫外分光光度法[11]檢測現(xiàn)場水相中的緩蝕劑濃度，同時篩選出效果良好的顯色劑和萃取劑，使用紫外分光光度計，建立了緩蝕劑濃度檢測標(biāo)準(zhǔn)曲線（圖1）。

圖1 緩蝕劑濃度檢測標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of corrosion inhibitor concentration detection

為驗證顯色-紫外分光光度法方法的可行性，取該油田某單井井口分離出的未加藥劑的采出水為空白樣，使用污水處理站現(xiàn)場的緩蝕劑分別配置不同濃度的溶液，利用上述方法進(jìn)行緩蝕劑濃度檢測，結(jié)果見表1。

表1 緩蝕劑配制濃度與實測濃度對比Tab.1 Comparison of corrosion inhibitor prepared concentration and measured concentration

從檢測結(jié)果看，平均偏差為2.49%，其中最大正偏差是 緩蝕劑配制濃度為5.00 mg/L 時的8.40%，最大負(fù)偏差是緩蝕劑配制濃度為20.00 mg/L時的-1.55%。從現(xiàn)場應(yīng)用角度看，該精度滿足要求。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 水處理站緩蝕劑濃度分布

利用顯色-紫外分光光度法，對該油田4 座水處理站的主要節(jié)點分別取樣進(jìn)行緩蝕劑濃度檢測，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 水處理站各節(jié)點緩蝕劑濃度Fig.2 Corrosion inhibitor concentration at each node of water treatment station

4 座水處理站的設(shè)備、工藝不完全相同，主要流程節(jié)點為來水處、接收罐、混合沉降罐（一號站流程中該罐前有預(yù)氧化流程）、過濾罐和外輸泵外輸處。

從圖2 中各水處理站緩蝕劑濃度沿流程的變化情況看，一、三號站緩蝕劑濃度先升高后降低，二、四號站緩蝕劑濃度先降低后升高，這與4 座水處理站的工藝有關(guān)。4 座水處理站在站內(nèi)各有一處緩蝕劑補(bǔ)充加注點。一、三號站緩蝕劑加注點在流程前端接收罐進(jìn)口，所以水中緩蝕劑濃度在接收罐處升高，隨后沿流程逐漸降低。二、四號站緩蝕劑加注點在后端外輸部位，所以緩蝕劑濃度在尾端升高。

水處理站的來水中所含的緩蝕劑主要來源于上游原油集輸系統(tǒng)中加注的緩蝕劑溶解于水中后的殘余。原油系統(tǒng)緩蝕劑濃度是按30～60 mg/L 加注的，理論上各水處理站的來水中緩蝕劑濃度應(yīng)該基本一致，但由于各水處理站上游系統(tǒng)綜合含水率差別較大，因此油、水相中分配的緩蝕劑差別也較大，含水率高的介質(zhì)水中緩蝕劑濃度相對較低，含水率低的介質(zhì)水中緩蝕劑濃度較高。目前一號站的原油綜合含水率75%左右，在4 座水處理站中含水率最高，其水中對應(yīng)緩蝕劑濃度最低，為49 mg/L；二號站、四號站原油的綜合含水率27%左右，對應(yīng)的水中緩蝕劑濃度也較高，分別為102 mg/L 和126 mg/L；三號站原油的含水率介于他們之間，綜合含水率40%左右，其水中緩蝕劑濃度為88.8 mg/L。

2.2 來水中緩蝕劑濃度與腐蝕速率關(guān)系

通過對4 座水處理站的來水中緩蝕劑濃度進(jìn)行檢測，并與歷史掛片腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)來水中緩蝕劑濃度與來水的腐蝕速率呈負(fù)相關(guān)（圖3）。

圖3 水處理站來水緩蝕劑殘余濃度與腐蝕速率關(guān)系Fig.3 Relationship between corrosion rate and residual concentration of corrosion inhibitor of inflow water from water treatment station

從緩蝕劑濃度的檢測結(jié)果和歷史腐蝕數(shù)據(jù)看，檢測濃度在88.8 mg/L 以上的二、三、四號站，其對應(yīng)平均腐蝕速率均小于0.025 mm/a，屬于NACE標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的輕度腐蝕；緩蝕劑檢測濃度低的一號站，其平均腐蝕速率遠(yuǎn)高于0.025 mm/a，達(dá)到中度腐蝕。據(jù)此，該油田污水系統(tǒng)中的緩蝕劑濃度應(yīng)控制在88.8 mg/L（取整數(shù)為90 mg/L）以上，以達(dá)到良好的防腐效果。

2.3 緩蝕劑加注優(yōu)化

外輸部位通過補(bǔ)加緩蝕劑，使得緩蝕劑總體濃度較來水中升高，但通過4 座水處理站外輸水歷史腐蝕速率對比發(fā)現(xiàn)，外輸水腐蝕速率大多比來水腐蝕速率高，且與水中緩蝕劑濃度沒有明確的對應(yīng)關(guān)系。

從圖4 中4 座水處理站外輸水中緩蝕劑濃度與對應(yīng)點的腐蝕速率的數(shù)據(jù)看，兩者間沒有一致性的對應(yīng)關(guān)系，但從總體數(shù)據(jù)看，4 座水處理站中除四號站外輸水的腐蝕速率為輕度腐蝕外，其余三個站外輸水的腐蝕速率均為嚴(yán)重腐蝕，尤其二號站外輸水腐蝕速率最高，達(dá)到極嚴(yán)重腐蝕范圍（1.013 3 mm/a）。通過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，外輸水腐蝕速率高的主要原因是流程中氧的引入，其來源包括由于來水水量不穩(wěn)等原因造成預(yù)氧化工藝控制不穩(wěn)定，以及處理過程中引入部分含氧高的污水而引起的溶解氧升高。

圖4 水處理站外輸水緩蝕劑濃度與腐蝕速率關(guān)系Fig.4 Relationship between corrosion inhibitor concentration and corrosion rate of water transported outside water treatment station

一號站電化學(xué)預(yù)氧化設(shè)備異常，改為藥劑氧化除鐵。由于來水處計量泵運行不穩(wěn)定，氧化性藥劑的加量無法準(zhǔn)確調(diào)整，為保證氧化效果，通常加藥略微過量，造成溶解氧增加；二號站污水系統(tǒng)除接受正常產(chǎn)出水外，每天還接收酸油分離水200 m3以上，該水含硫，腐蝕性較強(qiáng)，且酸油分離水是在半敞開體系中處理，容易引入溶解氧，據(jù)現(xiàn)場跟蹤測試，該水含氧濃度在0.1～0.35 mg/L，遠(yuǎn)高于SY/T 5329—2012 推薦的高礦化度水含氧不高于0.05 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)；三號站來水含硫，凈化處理前先進(jìn)行氧化除硫，氧化劑的加入也會引起溶解氧升高。針對以上情況，采取不同的除氧措施：一號站加注除氧劑；二號站對來水工藝進(jìn)行了相應(yīng)改造，降低溶解氧；三號站優(yōu)化了除硫藥劑，并進(jìn)行除氧劑加注。

加注除氧劑措施實施后，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)外輸水腐蝕速率明顯降低。在此基礎(chǔ)上，又對4 座污水處理站的緩蝕劑加注量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，從前期加注60～90 mg/L 優(yōu)化為一號站加注50 mg/L，二、三、四號站僅加注基礎(chǔ)濃度30 mg/L。目前，按優(yōu)化后濃度加注，外輸水腐蝕速率均明顯低于0.025 mm/a（表2），滿足輕度腐蝕的要求。

表2 藥劑優(yōu)化前后參數(shù)對比Tab.2 Comparison of parameters before and after drug optimization

2.4 優(yōu)化加注經(jīng)濟(jì)性分析

將“緩蝕劑濃度檢測與腐蝕監(jiān)測分析方法”推廣至4 座污水處理站應(yīng)用，實施后18 個月，減少緩蝕劑用量1 281 L/d，年緩蝕劑加注量下降30%，減少藥劑費用近83.5 萬元，同時減少藥劑加注管理費49.8 萬元，減少監(jiān)測費用23.76 萬元，累計降本增效157.06 萬元。

緩蝕劑優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用后，能有效控制腐蝕通率，延長管道和設(shè)備服役壽命，對于部分站內(nèi)腐蝕但尚未穿孔的金屬管道，如果采用更換或修復(fù)技術(shù)，成本需要數(shù)十萬元乃至上百萬元，若采用緩蝕劑防護(hù)技術(shù)，其節(jié)約的費用將十分可觀。

3 結(jié)論

顯色-紫外分光光度法緩蝕劑濃度檢測適用于西北某油田污水處理系統(tǒng)緩蝕劑現(xiàn)場檢測。結(jié)合現(xiàn)場腐蝕速率分析，緩蝕劑濃度檢測對緩蝕劑加注效果的評價和對緩蝕劑加注優(yōu)化有積極的指導(dǎo)意義，降本增效效果明顯；通常情況下，污水系統(tǒng)緩蝕劑濃度達(dá)到90 mg/L 即可達(dá)到良好的防腐效果；正常水處理流程中，緩蝕劑加注濃度與腐蝕速率呈負(fù)相關(guān)；水處理流程中，有含氧升高的情況時需考慮優(yōu)化工藝消除外來溶解氧，或采用加注除氧劑等工藝降低水中溶解氧。