屈撐囤，焦 琨，薛瑾利

西安石油大學(xué)陜西省油氣田環(huán)境污染控制技術(shù)與儲(chǔ)層保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （陜西 西安 710065）

腐蝕是油氣田生產(chǎn)過(guò)程中非常常見(jiàn)的問(wèn)題[1]，因腐蝕引起的跑、冒、滴、漏甚至大面積泄露引發(fā)的安全事故，不但增加了油氣田的設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)成本，還會(huì)造成廣泛、隨機(jī)、嚴(yán)重的環(huán)境污染[2]。腐蝕測(cè)試方法的可靠性和精準(zhǔn)性研究對(duì)于油氣田的生產(chǎn)開(kāi)發(fā)和設(shè)備維護(hù)、工藝控制，都有著非常重要的意義。目前石油化工行業(yè)所采用的腐蝕測(cè)試方法主要是SY/T 5523-2000《油氣田水分析方法》、SY/T 5329-94《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》和SY/T 5237-2000《油田采出水緩蝕劑性能評(píng)價(jià)方法》等標(biāo)準(zhǔn)所推薦的“常壓靜態(tài)腐蝕速率測(cè)定方法”[3-5]。靜態(tài)腐蝕測(cè)試法在一定程度上也能夠說(shuō)明腐蝕的程度和趨勢(shì)，但是此法不能真實(shí)模擬實(shí)際中流速、細(xì)菌、溶解氧、以及其他影響腐蝕因素的情況和變化[6-8]，因此不能反映出真實(shí)的腐蝕情況。筆者采用自行設(shè)計(jì)的流動(dòng)腐蝕測(cè)試裝置并結(jié)合靜態(tài)試驗(yàn)、大罐掛片等方法，對(duì)陜北某采油廠某注水站腐蝕狀況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)，對(duì)腐蝕后試片進(jìn)行了電鏡掃描分析，探索了一種快速、便捷、可靠的腐蝕狀況測(cè)定方法。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要儀器與試劑

主要儀器：A3鋼腐蝕試片、pH計(jì)、烘箱、溶解氧測(cè)試管、循環(huán)水泵及砂濾裝置、分光光度計(jì)、JSM-5800型電子掃描顯微鏡、自行設(shè)計(jì)的流動(dòng)腐蝕測(cè)試裝置和大罐掛片裝置。

主要試劑：EDTA、硝酸銀、酚酞、氯化銨、石油醚、無(wú)水醋酸鈉、鉻黑T、無(wú)水乙醇、丙酮等，其均為化學(xué)純或分析純?cè)噭?/p>

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

水質(zhì)分析依照SY/T 5523-2000《油氣田水分析方法》規(guī)定進(jìn)行；細(xì)菌含量、pH、腐蝕掛片的處理均按照SY/T 5329-2006《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》規(guī)定進(jìn)行。

腐蝕速率測(cè)定依照標(biāo)準(zhǔn)推薦的失重法進(jìn)行，在保證水質(zhì)穩(wěn)定的情況下，分別采用自行設(shè)計(jì)的裝置在該注水站清水罐、某注水泵外輸口懸掛試片（流動(dòng)腐蝕測(cè)試裝置流速調(diào)節(jié)為0.75m3/h），懸掛周期為7d，每隔24h測(cè)定水溫、pH，并進(jìn)行水質(zhì)分析。同時(shí)，在取樣口取樣，在23.5℃水浴條件下進(jìn)行室內(nèi)靜態(tài)腐蝕速率測(cè)定。連續(xù)進(jìn)行7組實(shí)驗(yàn)，分別測(cè)定腐蝕速率并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)期間水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

某注水泵出口水質(zhì)分析結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1可知，此注水站回注水呈弱酸性，礦化度較高，是典型的CaCl2水型。腐生菌和硫酸鹽還原菌含量穩(wěn)定，平均為2.5×104個(gè)/mL。實(shí)驗(yàn)期間的水質(zhì)監(jiān)測(cè)表明，該站水質(zhì)穩(wěn)定，影響腐蝕速率的各離子含量及細(xì)菌含量波動(dòng)不大，實(shí)驗(yàn)條件基本穩(wěn)定。

2.2 腐蝕測(cè)試結(jié)果

連續(xù)14d分別進(jìn)行了7組 （實(shí)驗(yàn)周期為7d）靜態(tài)、大罐和流動(dòng)腐蝕速率測(cè)定，得出結(jié)果如表2所示。并對(duì)不同測(cè)試方法所測(cè)腐蝕速率的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析（圖 1）。

表1 2013年4月延長(zhǎng)油田某注水站水質(zhì)中離子監(jiān)測(cè)結(jié)果

表2 腐蝕速率監(jiān)測(cè)結(jié)果

從表1與表2可看出,在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)水質(zhì)穩(wěn)定,靜態(tài)腐蝕速率在0.046 9～0.055 2mm/a之間,平均值為0.511 4mm/a；流動(dòng)腐蝕速率在0.512 6～0.529 9mm/a之間，平均值為 0.520 9mm/a；大罐腐蝕速率在0.325 0～0.341 4mm/a之間,平均值為0.331 7mm/a。

圖1 不同測(cè)試方法腐蝕速率對(duì)比

由圖1可知，3種測(cè)試方法所測(cè)結(jié)果有著較大差距，靜態(tài)腐蝕速率與流動(dòng)腐蝕速率、大罐腐蝕速率有著數(shù)量級(jí)上的差距。靜態(tài)腐蝕速率約為流動(dòng)腐蝕速率的9.9%，約為大罐腐蝕速率的15.5%；大罐腐蝕速率約為流動(dòng)腐蝕速率的63.7%。靜態(tài)腐蝕測(cè)試法所測(cè)結(jié)果與實(shí)際腐蝕結(jié)果有10倍左右的差距，流動(dòng)腐蝕速率是大罐中腐蝕速率的2倍左右。這是由于所采用的流動(dòng)腐蝕測(cè)試裝置能夠模擬管線(xiàn)中流速及各離子含量的實(shí)際變化，能更真實(shí)的反應(yīng)管線(xiàn)中的腐蝕情況?？紤]到流速對(duì)腐蝕的影響，管線(xiàn)中的腐蝕速率還可能更大，腐蝕機(jī)理和情況也更復(fù)雜[9]。

2.3 腐蝕試片電鏡掃描實(shí)驗(yàn)

挑選不同測(cè)試方法腐蝕后試片分別用JSM-5800型電子掃描顯微鏡進(jìn)行微觀形貌檢測(cè)，結(jié)果如圖2所示；并利用X射線(xiàn)能量色散譜分析儀對(duì)腐蝕較為嚴(yán)重的試片表相和體相進(jìn)行成分測(cè)定，結(jié)果如圖3和表3所示。

圖2 腐蝕試片電鏡掃描結(jié)果

由腐蝕試片的電鏡掃描實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖2）進(jìn)行對(duì)比分析可知：靜態(tài)腐蝕試片表面腐蝕痕跡很不明顯，表面偶見(jiàn)很小的局部腐蝕痕跡；大罐腐蝕試片表面呈現(xiàn)較大面積的凹凸?fàn)罡g痕跡，但腐蝕深度較薄,這是因?yàn)榇蠊拗胁粩嘤衼?lái)水和出水，有一定的流動(dòng)速度、離子交互和電化學(xué)作用增強(qiáng)的緣故；流動(dòng)腐蝕試片表面的腐蝕痕跡最為嚴(yán)重，在全面腐蝕的同時(shí)，充滿(mǎn)大量的腐蝕坑，坑深較深，這主要是流動(dòng)腐蝕裝置中水流更快，對(duì)試片表面有一定的沖刷作用，加劇了離子交互和電化學(xué)作用，所以腐蝕更為嚴(yán)重[10-12]。

圖3 腐蝕試片電鏡掃面能譜圖

表3 腐蝕試片EDX檢測(cè)分析結(jié)果

通過(guò)圖3和表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知：處理后的試片表相和體相可能存在 Fe(OH)3；FeCO3、FeSO4、Fe2O3、Fe3O4、、FeO(OH)、Fe3C 等物質(zhì)，其中 O 元素應(yīng)主要來(lái)自于腐蝕產(chǎn)物；C元素應(yīng)主要來(lái)自于腐蝕產(chǎn)物如FeCO3。

3 結(jié)論

1）該站污水屬于弱酸性污水，礦化度為40 000 mg/L左右。

2）靜態(tài)腐蝕速率為0.046 9～0.055 2mm/a，流動(dòng)腐蝕速率為0.512 6～0.529 9mm/a，大罐腐蝕速率為0.325 0～0.341 4mm/a。

3）流動(dòng)腐蝕測(cè)試裝置所測(cè)結(jié)果更接近實(shí)際腐蝕速率，也能反映出均勻腐蝕和局部腐蝕的嚴(yán)重程度。

[1]紀(jì)云嶺，張敬武，張麗.油田腐蝕與防護(hù)技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2009.

[2]屈撐囤，馬云，謝娟.油氣田環(huán)境保護(hù)概論[M].北京：石油工業(yè)出版社，2009.

[3]SY/T 5523-2000油氣田水分析方法[S].

[4]SY/T 5329-94碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法[S].

[5]SY 5237-2000油田采出水緩蝕劑性能評(píng)價(jià)方法[S].

[6]Yoon-Seok Choi,Srdjan Nesic.Determining the corrosive potential of CO2transport pipline in high pCO2-water environments[J].International Journal of Greenhouse Gas control,2011,18(5)：788-797.

[7]李智利.沖蝕與腐蝕運(yùn)行環(huán)境下多相流管道設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),1996,15（4）：48-50.

[8]朱西柱,蔣天昊,李立標(biāo),等.溶解性氣體對(duì)油井腐蝕速度影響分析[J].石油化工應(yīng)用,2011,30（40）：77-80.

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[10]陳長(zhǎng)風(fēng),路民旭,趙國(guó)仙,等.溫度、Cr濃度、Cr元素對(duì) N80鋼 CO2腐蝕電極過(guò)程的影響[J].金屬學(xué)報(bào),2003,39（8）：848-854.

[11]朱景龍,孫成,王佳，等.CO2腐蝕腐蝕及控制研究進(jìn)展[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù),2007,19(5)：350-353.

[12]周衛(wèi)軍，嚴(yán)密林，王成達(dá).N80抗硫油管鋼在含CO2、微量H2S及高濃度Cl-腐蝕介質(zhì)中的腐蝕行為[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2007,19(3)：192-195.