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緩蝕劑殘余濃度快速評(píng)價(jià)方法在塔河油田的應(yīng)用

2022-01-19 17:08:06 作者：高秋英，崔瑞雪等來(lái)源：腐蝕與防護(hù) 分享至：

油田采出液成分復(fù)雜，易對(duì)金屬管道產(chǎn)生腐蝕，導(dǎo)致管道失效等事故發(fā)生。因此，油田生產(chǎn)中需要對(duì)管道進(jìn)行保護(hù)，添加緩蝕劑是常用防護(hù)手段之一。

金屬管道腐蝕是由于管道金屬（主要成分是鐵）在電化學(xué)作用下從單質(zhì)狀態(tài)轉(zhuǎn)化成金屬離子溶解于流動(dòng)介質(zhì)中，造成管壁逐漸減薄或發(fā)生破損的過(guò)程。因此，管道內(nèi)流動(dòng)介質(zhì)中總鐵（含量）的變化和管道的腐蝕是存在定量關(guān)系的。即介質(zhì)中總鐵增加量可以反映管道腐蝕的嚴(yán)重程度，總鐵增加量減少說(shuō)明腐蝕減緩。據(jù)此，可以利用管道中的總鐵變化情況來(lái)判斷緩蝕劑加注等腐蝕防護(hù)措施的有效性。

塔河油田原油集輸系統(tǒng)目前采用的防腐蝕方法是在各區(qū)域加注相同濃度緩蝕劑，但防護(hù)效果卻大不相同，部分區(qū)塊存在藥劑加注過(guò)量或欠量的情況。本工作測(cè)量了介質(zhì)中的總鐵變化情況，對(duì)不同井次中緩蝕劑的防護(hù)效果進(jìn)行對(duì)比，以期為實(shí)現(xiàn)緩蝕劑精細(xì)加藥，精準(zhǔn)防護(hù)提供理論支撐。

試驗(yàn)原理與方法

塔河油田現(xiàn)用緩蝕劑為咪唑啉類緩蝕劑，檢測(cè)其含量的方法是利用顯色劑與咪唑啉反應(yīng)形成有色絡(luò)合物，通過(guò)測(cè)量有色物質(zhì)的特定光譜吸收峰值，推算緩蝕劑濃度。本工作主要參考該方法進(jìn)行緩蝕劑殘余濃度測(cè)量。

塔河現(xiàn)場(chǎng)使用的咪唑啉緩蝕劑為棕紅色液體，pH約為7。使用特定的顯色劑顯色后，利用紫外分光光度計(jì)檢測(cè)吸光度，在415nm處出現(xiàn)最大紫外吸收峰，且吸光度與緩蝕劑濃度呈線性關(guān)系。

油田采出液具有強(qiáng)腐蝕性，與管道內(nèi)壁接觸后在復(fù)雜電化學(xué)作用下會(huì)使金屬管道中的鐵單質(zhì)轉(zhuǎn)化為離子狀態(tài)，發(fā)生腐蝕。由于采出液在內(nèi)密閉條件下運(yùn)移，與氧隔離，腐蝕產(chǎn)生的金屬離子主要是二價(jià)亞鐵離子。根據(jù)氫氧化亞鐵的溶度積常數(shù)Ksp及介質(zhì)pH可以估算在特定條件下介質(zhì)中亞鐵離子的最大容許濃度。若現(xiàn)場(chǎng)取樣的總鐵含量小于該數(shù)值，可以認(rèn)為鐵未沉淀凝結(jié)而是以離子狀態(tài)存在的，現(xiàn)場(chǎng)介質(zhì)中檢測(cè)出的新增鐵可以認(rèn)為是管道腐蝕產(chǎn)生的鐵。

塔河油田采出液pH為6.5~7，本工作取pH為7進(jìn)行估算。氫氧化亞鐵Ksp=8.0×10-16，pH=7則[H+]=[OH-]=10-7mol/L，估算亞鐵離子的最大質(zhì)量濃度為6400mg/L，pH較低時(shí)溶液中的亞鐵離子容許濃度更高。通常情況下，采出液中的總鐵離子含量不會(huì)超過(guò)該數(shù)值。因此，認(rèn)為某特定管道腐蝕產(chǎn)生的鐵全部溶解于流動(dòng)介質(zhì)中，即管道進(jìn)口端、出口端的總鐵量發(fā)生變化是該管道腐蝕所造成的。本工作主要根據(jù)管道進(jìn)出口兩端總鐵含量增加值來(lái)判管道斷腐蝕程度，評(píng)估緩蝕劑的緩蝕效果。同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)掛片所得腐蝕數(shù)據(jù)，最終確定緩蝕劑的最佳加注濃度。

生產(chǎn)油井產(chǎn)出的采出液經(jīng)計(jì)轉(zhuǎn)站（又稱計(jì)量站）計(jì)量及簡(jiǎn)單分離，繼續(xù)輸送至聯(lián)合站進(jìn)行嚴(yán)格的凈化處理，可以得到成品原油。

根據(jù)井場(chǎng)大小和位置，加藥前后取樣點(diǎn)距離一般在200m以內(nèi)，加藥后至進(jìn)站取樣點(diǎn)的距離則可能達(dá)到幾公里甚至更長(zhǎng)。同一時(shí)間在同一條管道前后端不同位置取樣檢測(cè)到的總鐵會(huì)有增加，認(rèn)為這是管道腐蝕后產(chǎn)生的鐵離子進(jìn)入管道內(nèi)液體所造成的。

在塔河油田選取高含水的T-101井，含水低的T-202井及對(duì)應(yīng)管道為對(duì)象進(jìn)行取樣分析。取樣位置分別為單井井口加藥裝置前端、井口加藥后及單井進(jìn)站匯管部位，單條管道沿線各點(diǎn)流經(jīng)介質(zhì)相同，如圖1所示，根據(jù)不同取樣位置的總鐵量，分析管道腐蝕情況。

圖1 取樣分析部位示意圖

緩蝕劑加入量為30，60，90，120mg/L，每個(gè)加注條件下連續(xù)加注30天，每個(gè)加注濃度經(jīng)過(guò)7天穩(wěn)定加注后開(kāi)始取樣，隔天取一次，共取樣三次，按照SYT 5329-2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》檢測(cè)緩蝕劑濃度（也稱為緩蝕劑殘余濃度）和總鐵濃度，取三次測(cè)量結(jié)果的平均值為最終結(jié)果。

試驗(yàn)結(jié)果與討論

1 緩蝕劑殘余濃度及總鐵含量

（a）T-101井

（b）T-202井

圖2 不同緩蝕劑加注條件下單井的緩蝕劑殘余濃度

由圖2可見(jiàn)：總體看上兩口井沿線的緩蝕劑殘余濃度變化趨勢(shì)一致，殘余濃度均隨加注濃度增加而增加。井口加藥前幾乎為零（個(gè)別不為零，主要原因是不同水樣帶有不同程度的顏色，使檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)少許的正偏差），加藥后濃度增加，沿管道運(yùn)移至匯管處，濃度略有降低。30，60，90，120 mg/L加注條件下，T-101井加藥后殘余緩蝕劑濃度的相對(duì)誤差分別是6.9%、-23.9%、-19.8%、-30.6%，T-202井的分別為40.9%、6.2%、-6.2%、-17.1%。加注量為30mg/L 時(shí)，試驗(yàn)周期內(nèi)測(cè)得殘余緩蝕劑濃度略高于設(shè)計(jì)加注濃度，90，120mg/L加注條件下，試驗(yàn)周期內(nèi)檢測(cè)到的緩蝕劑殘余濃度略低于設(shè)計(jì)加注濃度。除了現(xiàn)場(chǎng)取樣存在一定的偶然差別外（例如液量、放空時(shí)間差別等），還有以下兩方面原因，一是濃度低時(shí)水樣本身色度對(duì)結(jié)果影響較大，產(chǎn)生較大的正誤差；二是由于加注裝置本身調(diào)節(jié)流量的開(kāi)度較難準(zhǔn)確控制。實(shí)際操作時(shí)，為保證最低濃度，低濃度加注量往往存在一定的正偏差，高濃度時(shí)則相反。

（a）T-101井

（b）T-202井

圖3 不同緩蝕劑加注條件下單井的總鐵含量

由圖3可見(jiàn)：兩口井的總鐵濃度變化趨勢(shì)一致，井口到加藥后略有升高，沿管道至站內(nèi)匯管處明顯升高。總鐵增加值隨緩蝕劑加注量升高，略有降低。兩口井的總鐵增加絕對(duì)值差別較大，T-101井的增加值為11~16mg/L，T-202的為2~4 mg/L。

2 緩蝕劑消耗與總鐵增加的關(guān)系

為更精確定量對(duì)比殘余濃度與總鐵增加值之間的關(guān)系，結(jié)合緩蝕劑吸附作用原理，分別根據(jù)兩條管道的長(zhǎng)度、管徑，求出管道內(nèi)表面積，根據(jù)表面積和該段管道緩蝕劑殘余濃度改變量計(jì)算出單位面積緩蝕劑的消耗量，再與對(duì)應(yīng)的總鐵增加值對(duì)比，結(jié)果如圖4所示。

（a）T-101井

（b）T-202井

圖4 單井沿線單位面積緩蝕劑濃度消耗與總鐵增加值關(guān)系

T-101井的緩蝕劑消耗量為0.0036~0.0106mg/（L·m2），T-202井為0.0043~0.0079mg/（L·m2），緩蝕劑加注量增大消耗量增大。總鐵增加值隨緩蝕劑消耗量的增加而降低，即緩蝕劑消耗量與總鐵增加值呈負(fù)相關(guān)，但兩者并非定量的等比關(guān)系。

結(jié)果說(shuō)明，緩蝕劑濃度增加，管道表面吸附量大，對(duì)腐蝕的抑制作用也較大。但成倍增長(zhǎng)的緩蝕劑濃度并不能等比例減少總鐵的量。

3 防護(hù)效果及經(jīng)濟(jì)性

為比較緩蝕劑殘余濃度對(duì)總鐵的抑制程度，將緩蝕劑加注量為30mg/L條件下的緩蝕劑殘余濃度和對(duì)應(yīng)的總鐵增加相對(duì)值設(shè)定為100，比較其他條件下殘余濃度相應(yīng)變化時(shí)對(duì)應(yīng)總鐵相對(duì)變化值，根據(jù)兩者的變化，對(duì)比緩蝕劑濃度對(duì)總鐵增加的抑制情況。

（a）T-101井

（b）T-202井

圖5 不同加注條件下緩蝕劑殘余濃度和總鐵濃度的相對(duì)變化情況

由圖5可見(jiàn)：總鐵相對(duì)值的變化降幅最大的是T-202井在90mg/L緩蝕劑加注條件下的，降幅為33.71%，而此條件下對(duì)應(yīng)的緩蝕劑殘余濃度相對(duì)值則從100增至200.25，增幅100.25%。

另外還可見(jiàn)：當(dāng)緩蝕劑加注量為30mg/L時(shí)，對(duì)總鐵的抑制率較高。但在選擇緩蝕劑最終加注量時(shí)，除了要考慮對(duì)總鐵抑制率外，還要考慮是否滿足腐蝕防護(hù)的其他要求。根據(jù)西北分公司規(guī)定，要求油系統(tǒng)腐蝕速率≤0.025mm/a。

T-101和T-202井的相關(guān)腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖6所示。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置，數(shù)據(jù)均采自單井進(jìn)站處。

圖6 管線在不同緩蝕劑加注條件下的腐蝕速率監(jiān)測(cè)結(jié)果

由圖6可見(jiàn)，在T-101井中，當(dāng)緩蝕劑加注量為30mg/L時(shí)，管線的腐蝕速率超過(guò)0.025mm/a，其余加注量條件下的腐蝕速率均符合要求。因此，T-101井的緩蝕劑最佳加注量為60mg/L，T-202井的為30mg/L。

緩蝕劑加注優(yōu)化后經(jīng)濟(jì)效益明顯。以含水較高的T-101井為例，緩蝕劑加注量從30mg/L調(diào)整為60mg/L。以緩蝕劑單價(jià)1.1萬(wàn)元/t，液量50m3/d計(jì)，每年成本0.602萬(wàn)元，而管道腐蝕速率由0.0301mm/a降至0.0151mm/a，服役期限延長(zhǎng)一倍。管道更換成本動(dòng)輒數(shù)十萬(wàn)上百萬(wàn)，以每年幾千元的藥劑成本減少幾十萬(wàn)的管道更換成本，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀；優(yōu)化緩蝕劑加注還減少了管道刺漏對(duì)正常生產(chǎn)的影響，在明顯提升經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，降低了由于刺漏造成的對(duì)環(huán)境的影響，社會(huì)效益明顯。

結(jié) 論

1 使用緩蝕劑管道內(nèi)的總鐵增加有一定的抑制作用，緩蝕劑加入量與管道首末端總鐵增加值呈負(fù)相關(guān)。

2 根據(jù)原油系統(tǒng)腐蝕速率要求，T-101井緩蝕劑最佳加注量為60mg/L，T-202井的緩蝕劑最佳加注量為30mg/L。緩蝕劑濃度過(guò)低無(wú)法保證防腐蝕效果，緩蝕劑濃度過(guò)高，可進(jìn)一步減少系統(tǒng)中總鐵，但經(jīng)濟(jì)性降低。

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