高含硫氣田防腐技術淺談

王晨宇

【摘要】本文主要針對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題，分析了腐蝕產生機理和破壞形式。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)，合理選擇設備、管道材質，設計合理的流速。各種防腐和在線監(jiān)測技術的綜合應用，對于保障高含硫氣田安全生產和運行具有重要意義。

【關鍵詞】高含硫氣田 腐蝕速度 緩蝕劑

1 油氣田腐蝕問題的影響因素

眾所周知，油氣田腐蝕往往造成重大經濟事故、災難性事故和嚴重的環(huán)境污染。伴隨我國石油天然氣工業(yè)的開發(fā)進程加快，含H₂S、CO₂、Cl^-及含水等多種腐蝕介質的油氣田相繼出現(xiàn)，腐蝕問題成為開發(fā)油氣井所關注的主要問題之一。油氣田中應重點關注的腐蝕易發(fā)生的部位是石油管線和設備的腐蝕。它主要分為內腐蝕和外腐蝕：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；內腐蝕主要是管體內部由于把內部介質所導致的腐蝕，今年來日趨成為研究的熱點，主要有氧、二氧化碳、硫化氫等。油氣田生產中腐蝕的原因與速度主要有以下幾個方面：

1.1 溫度和分壓對腐蝕速度的影響

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。有試驗表明，當溫度低于60℃的時候，均勻腐蝕，腐蝕速率較??；當溫度為60℃～110℃，局部腐蝕，腐蝕速率較大；當溫度高于120℃時，腐蝕速率很低。另外，腐蝕速率取決于CO₂氣體的分壓，分壓影響電化學反應速度快慢。當CO₂氣體的分壓高于0.21兆帕時，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、有機硫等具有較強的腐蝕性的成份，會導致管材的嚴重腐蝕、硫化物應力開裂（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：當硫化氫的濃度為200-400mg/l時，腐蝕速率最高；當pH小于6時，腐蝕速率最高；當溫度在80℃時，腐蝕速率增大，當溫度達到120℃左右時腐蝕速率最小。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、臺面侵蝕和流動誘導局部腐蝕。油井的腐蝕環(huán)境和生產狀況是分不開的。一方面，在天然氣開采過程中，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，油管上部外壁沒有針對性地選擇緩蝕劑，投產前后未及時和正規(guī)加注緩蝕劑，腐蝕未得到有效控制。國際研究普遍認為：CO₂局部腐蝕有以下三種典型機理：臺地狀腐蝕、蝸旋狀腐蝕、點狀腐蝕。腐蝕后經常呈現(xiàn)為蜂窩狀和底大口小的燒瓶型點狀腐蝕。

1.3 管輸流速設計不當加劇管內腐蝕

當管輸流速較快時，腐蝕速度會加劇，對各種設備的腐蝕破壞就會變得嚴重。而當管輸流速過慢時，管道低部液體滯留，導致水線腐蝕、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)質的緩蝕劑和具有抗硫化氫開裂能力的鋼材。雖然國內逐步開發(fā)了適用于高H₂S、CO₂條件下的緩蝕劑，并應用于一些油田，取得了初步成效。目前，腐蝕監(jiān)測技術發(fā)展顯著，已具備了在油氣田生產領域深度推廣應用的客觀條件，未來可以開展井下腐蝕監(jiān)測、井口緩腐蝕評價、地面集輸系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測以及油田腐蝕綜合管理平臺等等工作。

2.2 合理選擇設備、管道材質

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。對于高含H₂S氣體管道采用的鋼管和管件應具有良好的抗硫化物應力開裂、抗氫致開裂性能和良好的焊接性能。

3 氣田防腐技術發(fā)展方向

（1）繼續(xù)開展針對性的腐蝕機理研究。應重點對井下和地面集輸管道、設備中元素硫的腐蝕機理及防護技術進行研究，包括相應的集輸工藝技術的研究。

（2）耐蝕材料的開發(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，進一步開發(fā)耐蝕材料，既提高耐蝕性能又降低成本。另外，為防止集氣管內水合物的形成，可以采用加熱工藝，井場或集氣站設置水套爐，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濟。

（3）腐蝕監(jiān)測網絡的建立。建立一個較為完整的腐蝕監(jiān)控系統(tǒng)。建議采用包括非電子和電子在線監(jiān)測，如掛片試樣、氫探針、電阻探針（EFR），用以測定總體腐蝕。對地面設施和管道采用超聲波檢測管壁厚和坑蝕。若有條件從國外引進智能清管器，可對金屬管道壁厚作有效檢測。另外，集氣管線采用清管工藝技術清除垢物，配合緩蝕劑處理工藝。根據(jù)集氣管線投產時間、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《天然氣地面設施抗硫化物應力腐蝕開裂金屬材料要求》SY/TO 0599—1997 標準選用抗硫材料。管道建議采用低碳鋼：20號鋼、X52，嚴格控制材料化學成分，碳當量不得超過0.43%。嚴格控制硬度和強度值，管道焊接區(qū)域做回火處理。

（5）目前國內外對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與現(xiàn)代表面分析技術、電化學測試新技術、原位測量技術如現(xiàn)場紅外、激光拉曼光譜測試技術結合，更有利于緩蝕劑作用機理的研究。重視緩蝕劑復配技術，開發(fā)出適用于氣、液、固多相腐蝕體系的緩蝕劑。

參考文獻

[1] 廖仕孟.高含硫氣田地面集輸建設的實踐和認識[ J ] .天然氣工業(yè)，2008，28（4）：5-8

[2] 邊云燕，郭成華.高含硫氣田地面集輸工藝技術的新發(fā)展[J].天然氣與石油，2006，24（ 5 ）