某高硫高鹽油田改造工程管道腐蝕及選材分析

周愛徽

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

1 油田概況

油田位于伊拉克境內(nèi)，設(shè)計(jì)規(guī)模為5萬(wàn)桶/d，原油伴生氣中CO25%mol，H2S氣相含量16.21%mol，含水率最高達(dá)63%，產(chǎn)出水中含鹽241 g/L，運(yùn)行溫度在25～65℃。油田投產(chǎn)3年后泄漏嚴(yán)重導(dǎo)致停產(chǎn)，其中集中處理站內(nèi)從進(jìn)站匯管到脫水泵前的原油管線API 5L-PSL2-BNS無(wú)縫鋼管共出現(xiàn)了86處泄漏。

2 管道腐蝕分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)條件

隨著油田不斷開采，油田總產(chǎn)量下降很快，含水率明顯升高，管道經(jīng)常處于半管運(yùn)行狀態(tài)。管道埋深不夠，有很多管道長(zhǎng)期裸露在地面上。圖1為管道長(zhǎng)期裸露在地面的現(xiàn)場(chǎng)照片。

圖1 管道裸露在地面的現(xiàn)場(chǎng)照片

2.2 水樣分析

對(duì)油田終端內(nèi)的原油處理裝置的某個(gè)三相分離器水出口的水樣進(jìn)行分析。根據(jù)《SY/T 0532 -2012油田注入水細(xì)菌分析方法》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求取3個(gè)平行水樣進(jìn)行測(cè)試，采用“生長(zhǎng)指標(biāo)”法確認(rèn)細(xì)菌數(shù)。表1為水樣的測(cè)試菌群量結(jié)果。

表1 水樣的測(cè)試菌群量結(jié)果

通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)水樣中主要含有硫酸鹽還原菌、腐生菌和鐵細(xì)菌。硫酸鹽還原菌含量最高。經(jīng)過(guò)高溫處理后，這三類菌群依然存在。說(shuō)明出油端水中就存在這三類菌群。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水樣加入殺菌劑，水樣明顯變得澄清，說(shuō)明水樣中有害細(xì)菌得到抑制。

2.3 主要介質(zhì)腐蝕分析

現(xiàn)場(chǎng)截取一段管道，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)CO2在相同的pH值下總酸度比鹽酸高，對(duì)油氣管材的腐蝕比鹽酸更嚴(yán)重。圖2為CO2導(dǎo)致的點(diǎn)蝕形貌圖。

圖2 CO2導(dǎo)致的點(diǎn)蝕形貌

同時(shí)發(fā)現(xiàn)H2S除了造成電化學(xué)腐蝕外，還會(huì)引起氫致開裂(HIC)和硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(SSC)，腐蝕產(chǎn)物是FeS。圖3為硫化物應(yīng)力腐蝕開裂形貌圖。

圖3 硫化物應(yīng)力腐蝕開裂形貌圖

鹽中Cl-的一方面會(huì)降低金屬表面鈍化膜的形成或加速鈍化膜的破壞，從而促進(jìn)局部腐蝕損傷；另一方面降低CO2在水中的溶解度，緩解碳鋼腐蝕的作用。微生物腐蝕(MIC) 最具有代表性的SRB， SRB 利用在陰極區(qū)產(chǎn)生的氫將硫酸鹽還原成硫化氫，從而導(dǎo)致金屬腐蝕加速，其腐蝕產(chǎn)物是FeS和Fe2O3。圖4為SRB腐蝕造成的腐蝕形貌圖。

圖4 SRB腐蝕造成的腐蝕形貌圖

2.4 腐蝕產(chǎn)物SEM分析

通過(guò)對(duì)管道腐蝕產(chǎn)物SEM分析發(fā)現(xiàn)蝕坑內(nèi)部呈明顯的蜂窩狀，具有明顯的腐蝕痕跡，蝕坑底部腐蝕產(chǎn)物有明顯的結(jié)晶堆積。圖5為管道腐蝕產(chǎn)物SEM分析圖。

圖5 管道腐蝕產(chǎn)物SEM分析圖

通過(guò)對(duì)管道腐蝕產(chǎn)物元素進(jìn)行分析，蝕坑SEM照片對(duì)應(yīng)的蝕坑腐蝕產(chǎn)物主要元素為Fe、O、S、等，O、S的存在表明腐蝕產(chǎn)物為鐵的氧化物和硫化物。圖6為管道腐蝕產(chǎn)物元素分析圖。

圖6 管道腐蝕產(chǎn)物元素分析圖

2.5 分析結(jié)論

油田產(chǎn)量低于預(yù)期造成管道的低流速導(dǎo)致游離水在管底析出，從而為SRB等細(xì)菌的繁殖創(chuàng)造了有利條件，也為腐蝕的發(fā)生創(chuàng)造了條件。SRB，H2S，CO2以及C1-共存是導(dǎo)致本項(xiàng)目碳鋼管線腐蝕的主要原因。

3 管材比選分析

3.1 石化管材選擇原則

石化管材選擇原則[1]如表2。

表2 石化管材選擇原則

3.2 管材比選方案

3.2.1 方案比選

根據(jù)管道腐蝕分析結(jié)果和石化管材選材原則，對(duì)該高硫高鹽油田改造工程的管道進(jìn)行選材，選取的材料對(duì)比如表3。

表3 方案選材對(duì)比

3.2.2 適應(yīng)性分析

圖7 Alloy 825在含H2S/CO2環(huán)境下的耐腐蝕性

對(duì)推薦采用的采用復(fù)合管(Alloy 825型)進(jìn)行適應(yīng)性分析，Alloy 825合金是一種鈦穩(wěn)定化的Ni-Fe-Cr合金，具有抗氯化物應(yīng)力腐蝕、抗氧化性和抗點(diǎn)腐蝕能力，同時(shí)還具有抗中性和還原性酸和堿的能力。Cr的加入可以使合金表面形成穩(wěn)定的氧化膜；Ni可以增加合金抵抗Cl-應(yīng)力腐蝕開裂的能力；Mo能提高合金的耐點(diǎn)腐蝕和晶間腐蝕能力。圖7是Alloy 825在含H2S/CO2環(huán)境下的耐腐蝕性。

采用ECE 5.0軟件分析：825或825復(fù)合管在該服役工況下使用是低風(fēng)險(xiǎn)的，同時(shí)也滿足NACE MR 0175/ISO 15156-3的要求。滿足項(xiàng)目的服役工況要求。圖8為 Alloy 825的軟件評(píng)估報(bào)告。

圖8 Alloy 825的軟件ECE評(píng)估報(bào)告

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)某高硫高鹽油田管道腐蝕原因進(jìn)行分析，包括現(xiàn)場(chǎng)條件、水樣分析、主要介質(zhì)腐蝕分析、腐蝕產(chǎn)物SEM分析等。得出SRB，H2S，CO2以及C1-共存是導(dǎo)致本項(xiàng)目碳鋼管線腐蝕的主要原因。最后選取一種適合該油田管道材料，通過(guò)對(duì)比選取Alloy 825復(fù)合管將已經(jīng)嚴(yán)重腐蝕的管線進(jìn)行更換。目前已投產(chǎn)2年運(yùn)行良好，油田的正常運(yùn)行。