近年來(lái)渤海某油田平臺(tái)上生產(chǎn)水處理系統(tǒng)的管線發(fā)生多次刺漏，尤其是2015年上半年基本上每個(gè)月都會(huì)發(fā)生一次管線的腐蝕刺漏，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。且這些管線刺漏點(diǎn)大都無(wú)法在線隔離補(bǔ)焊，只能采取打卡固定、玻璃膠帶纏繞堵漏等臨時(shí)措施，大大增加了生產(chǎn)水處理系統(tǒng)運(yùn)行的安全、環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。因此，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況，查找管線刺漏原因并提出解決方案及預(yù)防措施意義重大。

    現(xiàn)場(chǎng)油田群中，采取的是在某平臺(tái)上加注緩蝕劑A和防垢劑A，注入濃度均為18×10-6，流經(jīng)13.5Km的海管到達(dá)下游生產(chǎn)水系統(tǒng)中。添加緩蝕劑是油田常用的控制腐蝕的措施，加入微量或少量緩蝕劑可顯著降低金屬材料在該介質(zhì)中的腐蝕速率，還可保持金屬材料原來(lái)的物理機(jī)械性能不變。因此，該平臺(tái)上生產(chǎn)水處理系統(tǒng)腐蝕刺漏的原因需要通過(guò)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，研究該系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)工況下的腐蝕情況，并推測(cè)系統(tǒng)中殘留緩蝕劑A和防垢劑A的緩蝕及防垢效果，以此得到現(xiàn)場(chǎng)藥劑的性能及注入濃度是否滿足性能需求的結(jié)論。

    本研究分別采用高溫高壓釜?jiǎng)討B(tài)模擬評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)裝置以及EDTA滴定法測(cè)定鈣離子，參考一系列行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范分別進(jìn)行緩蝕劑評(píng)價(jià)和防垢劑評(píng)價(jià)。并另外選取緩蝕劑B和防垢劑B作為對(duì)比藥劑，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)在用防腐防垢化學(xué)藥劑性能評(píng)價(jià)。

    1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

    1.1 腐蝕產(chǎn)物分析

    對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水處理系統(tǒng)中腐蝕掛片上取得的腐蝕產(chǎn)物開展X射線衍射（XRD）分析，以此得到主要腐蝕產(chǎn)物種類及含量，并確定現(xiàn)場(chǎng)腐蝕機(jī)理。

    1.2 藥劑性能評(píng)價(jià)

    1.2.1實(shí)驗(yàn)原料

    化學(xué)試劑：Na2SO4、NaCl、NaHCO3、FeCl3?6H2O、KCl、MgCl2?6H2O、無(wú)水CaCl2、濃鹽酸、無(wú)水乙醇、石油醚：以上均為分析純；油田現(xiàn)場(chǎng)在用緩蝕劑A、對(duì)比緩蝕劑B、油田現(xiàn)場(chǎng)在用防垢藥劑A、對(duì)比防垢劑B、EDTA標(biāo)準(zhǔn)液（濃度為0.02mol/L）、NaOH溶液（濃度為2mol/L）、羧酸鈣指示劑（根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)自配）、高純CO2氣瓶、高純N2氣瓶。

    1.2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

    緩蝕劑評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)條件根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況制定，現(xiàn)場(chǎng)水處理系統(tǒng)溫度為65℃，壓力為常壓，CO2含量為4%，H2S含量為200×10-6。首先取現(xiàn)場(chǎng)水樣或按實(shí)驗(yàn)要求配制實(shí)驗(yàn)?zāi)M水樣2L，倒入高溫高壓釜內(nèi)。利用N2對(duì)釜內(nèi)進(jìn)行除氧10min，抽真空合格，按實(shí)驗(yàn)要求向釜內(nèi)通入CO2和N2調(diào)節(jié)釜內(nèi)壓力，并設(shè)置高壓釜控制柜上的實(shí)驗(yàn)溫度及實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速。實(shí)驗(yàn)完成后將已達(dá)到實(shí)驗(yàn)周期的試片取出，觀察、記錄表面腐蝕狀態(tài)及腐蝕產(chǎn)物粘附情況后，按要求進(jìn)行掛片清洗工作，然后用濾紙將試片包好，貯于干燥器中，放置4h后稱量，精確至0.lmg。觀察并記錄試片表面的腐蝕狀況，若有點(diǎn)蝕，記錄單位面積的點(diǎn)蝕個(gè)數(shù)，并用點(diǎn)蝕測(cè)深儀測(cè)量出最深的點(diǎn)蝕深度。

    防垢劑評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)首先要按照該油田斜板除油器出口的現(xiàn)場(chǎng)條件和水質(zhì)分析結(jié)果配制模擬水溶液，成垢陽(yáng)離子MgCl2.6H2O、CaCl2、NaCl、KCl配成陽(yáng)離子溶液500mL；成垢陰離子Na2SO4、 NaHCO3配成陰離子溶液500mL，分別放入廣口玻璃瓶中，在恒溫水浴中通CO2 0.5h后塞緊瓶塞減少空氣接觸。按次序量取陽(yáng)離子溶液50ml、一定濃度的待評(píng)防垢劑、陰離子溶液50ml置于100mL具塞比色管中，加塞密封，并分別標(biāo)記為A-0、A-1、A-2，B-0、B-1、B-2、KB。其中A-0、A-1、A-2分別代表防垢劑A添加濃度為0、18×10-6、36×10-6；B-0、B-1、B-2分別代表防垢劑B添加濃度為0、18×10-6、36×10-6；KB為空白溶液。將7個(gè)比色管放入烘箱中，65℃，恒溫24h。從烘箱取出后觀察比色管內(nèi)介質(zhì)結(jié)垢情況并拍照記錄，待溫度降至室溫后過(guò)濾留待滴定。

    1.2.3 實(shí)驗(yàn)條件

    根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果，配制某油田斜板除油器出口模擬水，配方如表1。

表1  渤海某油田模擬生產(chǎn)水水樣配方表

    根據(jù)該油田取樣現(xiàn)場(chǎng)工況，確定實(shí)驗(yàn)條件如表2所示。

    表2 緩蝕劑和防垢劑評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)條件

    2 結(jié)果與討論

    由于本研究中現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的斜板除油器和預(yù)過(guò)濾罐處腐蝕掛片的腐蝕程度都較為嚴(yán)重，表面附著厚厚一層腐蝕產(chǎn)物（或混雜有油泥），因此對(duì)腐蝕產(chǎn)物開展XRD分析，得到腐蝕產(chǎn)物主要為SiO2、CaCO3、MgCO3、FeCO3，未發(fā)現(xiàn)FeS等含硫化合物，由此確定現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中H2S氣體對(duì)腐蝕影響不大，腐蝕機(jī)理主要為CO2腐蝕。

    采用動(dòng)態(tài)高溫高壓釜進(jìn)行腐蝕模擬評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)所用水樣為現(xiàn)場(chǎng)水和模擬水，模擬水配方表如表1所示。經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)后掛片進(jìn)行觀察，并結(jié)合腐蝕實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到均勻腐蝕速率和緩蝕率，參照海油企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/HS2064-2011《海上油氣田生產(chǎn)工藝系統(tǒng)內(nèi)腐蝕控制及效果評(píng)價(jià)要求》對(duì)生產(chǎn)設(shè)備及管道的內(nèi)腐蝕程度進(jìn)行劃分：平均腐蝕速率CR<0.025mm/a的為低度腐蝕，0.025≤CR＜0.125mm/a的為中度腐蝕，0.125≤CR＜0.250mm/a的為高度腐蝕，CR≥0.250mm/a的為嚴(yán)重腐蝕。

    對(duì)現(xiàn)場(chǎng)3處取樣位置（分別為氣浮選器A、氣浮選器B、斜板除油器處）取得水樣進(jìn)行同樣工況條件下的腐蝕對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表3、表4所示。由結(jié)果得知在其他相同工況條件下，由于斜板除油器處水體流速最大，導(dǎo)致腐蝕速率最高，因此后續(xù)的緩蝕劑和防垢劑的評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)圍繞斜板除油器水質(zhì)展開。

    表3 空白條件下氣浮選器A、氣浮選器B、斜板水質(zhì)腐蝕評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

    表4  斜板除油器處水質(zhì)腐蝕評(píng)價(jià)對(duì)比

    根據(jù)表4得到在斜板除油器處無(wú)論是現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)還是模擬水質(zhì)，掛片的腐蝕速率均很高，分別為0.9336mm/a和0.7114mm/a，均達(dá)到了嚴(yán)重腐蝕程度，因此排除了水質(zhì)組分差異的問(wèn)題，推測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管道穿孔的主要原因是現(xiàn)場(chǎng)水緩蝕劑有效成分不足或緩蝕劑性能方面存在問(wèn)題。

    圖1 模擬水加入現(xiàn)場(chǎng)緩蝕劑A腐蝕評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

    圖1為向模擬水中加入不同濃度的現(xiàn)場(chǎng)緩蝕劑A后的腐蝕評(píng)價(jià)結(jié)果。從圖中可以看出，隨著現(xiàn)場(chǎng)緩蝕劑A的加注以及加注濃度的升高（從18×10-6提高到36×10-6），腐蝕速率分別降至0.4585mm/a和0.3443mm/a。腐蝕速率雖有所下降，但緩蝕效果較差，分別為35.56%和51.60%。由于掛片腐蝕速率仍然較高，屬于嚴(yán)重腐蝕，因此排除緩蝕劑加注濃度不足導(dǎo)致緩蝕率較低的因素，基本確定現(xiàn)場(chǎng)緩蝕劑A性能存在一定問(wèn)題，需要使用對(duì)比藥劑進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。

    圖2 現(xiàn)場(chǎng)水中不同緩蝕劑的腐蝕評(píng)價(jià)

   如圖2為在現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)緩蝕劑A和緩蝕劑B的對(duì)比效果評(píng)價(jià)。加注18×10-6的現(xiàn)場(chǎng)藥緩蝕劑A時(shí)，腐蝕速率為0.2619mm/a，緩蝕率僅為71.94%，屬于嚴(yán)重腐蝕；而加注18×10-6的緩蝕劑B后，腐蝕速率大幅下降，腐蝕速率降至0.0871mm/a，為中度腐蝕，緩蝕率達(dá)到90.67%。驗(yàn)證了現(xiàn)場(chǎng)緩蝕劑A的性能存在問(wèn)題。

    為了確定現(xiàn)場(chǎng)水樣中防垢劑的含量與種類是否符合現(xiàn)場(chǎng)防垢需求，選取現(xiàn)場(chǎng)所用防垢劑A和對(duì)比防垢劑B進(jìn)行防垢劑評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，防垢率計(jì)算結(jié)果如表5所示。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)加注現(xiàn)場(chǎng)防垢劑A 18×10-6的情況下，防垢率為23.3%，即使將防垢劑濃度提高一倍至36×10-6時(shí)，防垢率也僅為56.7%；而對(duì)比相同條件下的防垢劑B，發(fā)現(xiàn)防垢劑B的防垢效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于現(xiàn)場(chǎng)防垢劑A，可以判斷現(xiàn)場(chǎng)防垢劑存在一定的性能問(wèn)題，而并非防垢濃度加注不足。

表5 防垢劑A與防垢劑B的防垢率

    3 結(jié)語(yǔ)

    通過(guò)對(duì)某油田水處理管線的腐蝕產(chǎn)物的某RD表征結(jié)果可知，管道內(nèi)的腐蝕產(chǎn)物主要為SiO2、CaCO3、MgCO3、FeCO3，未發(fā)現(xiàn)FeS等H2S腐蝕產(chǎn)物，說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)的腐蝕形式以CO2腐蝕為主。

    通過(guò)動(dòng)態(tài)高溫高壓釜實(shí)驗(yàn)對(duì)緩蝕劑性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，隨著現(xiàn)場(chǎng)藥劑的加注以及加注量從18×10-6升高到36×10-6，腐蝕速率分別降至0.4585mm/a和0.2619mm/a，緩蝕率僅為35.56%和51.60%，仍然屬于嚴(yán)重腐蝕，因此造成現(xiàn)場(chǎng)刺漏的主要原因是現(xiàn)場(chǎng)藥劑性能本身存在問(wèn)題，無(wú)法滿足平臺(tái)設(shè)備、管線的防腐、防垢需求。

    針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)腐蝕產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)CaCO3、MgCO3等結(jié)垢產(chǎn)物，通過(guò)EDTA鈣離子滴定法防垢劑性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)濃度防垢劑A防垢率僅為23.3%，將濃度增加一倍至36×10-6后防垢率也僅提高到56.7%，對(duì)比防垢劑B則防垢率分別提升至73.4%和86.7%，因此得出現(xiàn)場(chǎng)防垢劑性能不足，存在垢下腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，建議現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化防腐防垢藥劑，改善腐蝕刺漏現(xiàn)狀。

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責(zé)任編輯：王元

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