馬驥 尚濤濤

摘要：本文針對(duì)紫金壩所轄氣井生產(chǎn)管線泄漏嚴(yán)重問題，開展技術(shù)對(duì)策研究，明確管線腐蝕主要原因?yàn)槎趸紖⑴c的電化學(xué)腐蝕，并對(duì)其影響因素進(jìn)行剖析，制定合理的解決對(duì)策，包括全聚焦相控陣超聲波探傷儀檢測(cè)預(yù)警、添加緩蝕劑以及增加管線壁厚等，取得較好效果，2020年生產(chǎn)管線泄漏僅12次，同比下降23井次，有效降低生產(chǎn)成本，提高氣井生產(chǎn)時(shí)率，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效目的。

關(guān)鍵詞：頁巖氣 ?管線泄漏 ??技術(shù)對(duì)策

1.概況

受物理、化學(xué)等因素影響，紫金壩所轄氣井生產(chǎn)管線腐蝕嚴(yán)重，一旦管道被腐蝕穿孔，平臺(tái)必須關(guān)井，生產(chǎn)中斷。2019年紫金壩全年生產(chǎn)管線泄漏約35次，嚴(yán)重影響了頁巖氣平臺(tái)生產(chǎn)時(shí)率，同時(shí)對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來危害，亟需開展管線泄漏原因剖析，制定合理的解決對(duì)策，實(shí)施頁巖氣井連續(xù)穩(wěn)定高效開發(fā)。

2.管線泄露原因分析

2.1腐蝕定義

金屬材料與周圍環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生電化學(xué)或化學(xué)作用而導(dǎo)致材料的破壞或變質(zhì)，金屬腐蝕發(fā)生在金屬材料與介質(zhì)之間的相界面上，其過程為多相反應(yīng)，按腐蝕機(jī)理可分為物理腐蝕、化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕等三類。

2.2腐蝕機(jī)理

物理腐蝕是指金屬受單純的物理溶解作用所引起的破壞，如高速流體沖擊、砂礫磨損等腐蝕，化學(xué)腐蝕是指金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)作用而引起的破壞，而電化學(xué)腐蝕是由于金屬與電解質(zhì)溶液接觸形成了腐蝕原池。它的腐蝕反應(yīng)歷程分為陽極氧化過程和陰極還原過程，電化學(xué)腐蝕會(huì)加速陽極材料的損耗速率，腐蝕主要產(chǎn)物為碳酸亞鐵，具體化學(xué)反應(yīng)過程如下：

①陽極反應(yīng)： Fe → Fe2+ + 2e

②陰極反應(yīng)：H2O + CO2 → 2H+ + CO32- ?2H+ + ?2e → H2

③陰極產(chǎn)物：Fe + H2CO3 →Fe CO3 + H2

2.3紫金壩氣井管線腐蝕原因

根據(jù)紫金壩多口氣井腐蝕產(chǎn)物分析，部分產(chǎn)物為碳酸亞鐵，由此可以判定腐蝕類型為有二氧化碳參與的電化學(xué)腐蝕，以YS108H19-1為例，具體如表1所示。

2.4電化學(xué)腐蝕主要因素

（1）二氧化碳分壓

CO2分壓是影響腐蝕速率的主要因素，當(dāng)CO2分壓為0.021MPa時(shí)，表腐蝕將要發(fā)生;當(dāng)CO2分壓為0.021-0.21MPa時(shí)，腐蝕將會(huì)比較嚴(yán)重。

（2）地層溫度

當(dāng)?shù)貙訙囟鹊陀?0℃時(shí)，腐蝕速率是由CO2水解生成碳酸的速度和CO2擴(kuò)散至金屬表面的速度共同決定，以均勻腐蝕為主;當(dāng)溫度高于60℃時(shí)，金屬表面有碳酸亞鐵生成，腐蝕速率由穿過阻擋層傳質(zhì)過程決定;當(dāng)溫度在60～110℃時(shí)，腐蝕產(chǎn)物厚而松，結(jié)晶粗大，不均勻，易破損，局部孔蝕嚴(yán)重。當(dāng)溫度高于150℃時(shí)，腐蝕產(chǎn)物細(xì)致、緊密、附著力強(qiáng)，具有保護(hù)性，腐蝕率下降。

（3）流速

流速是二氧化碳腐蝕的一個(gè)重要影響因素，當(dāng)?shù)土魉俚陀?.32m/s時(shí)，腐蝕速率將隨著流速的增大而加速;當(dāng)流速高于0.32m/s時(shí)，腐蝕速率完全由電荷傳遞所控制，此時(shí)流速的變化已不重要，溫度的影響變成主要影響因素。

3 治理對(duì)策研究

3.1利用全聚焦相控陣超聲波探傷儀進(jìn)行檢測(cè)預(yù)警

相控陣超聲波探傷儀是集成常規(guī)超聲波探傷技術(shù)和相控陣科技為一體，利用二維矩陣探頭、實(shí)時(shí)TFM成像技術(shù)快速對(duì)焊口、彎頭、腐蝕情況進(jìn)行檢測(cè)。

3.2添加緩蝕劑

（1）緩蝕機(jī)理

緩蝕劑是一種以適當(dāng)?shù)臐舛群托问酱嬖谟诃h(huán)境介質(zhì)中，可通過在金屬表面或表面附近的作用，對(duì)金屬表面起到防護(hù)作用的物質(zhì)。緩蝕劑也是油氣田生產(chǎn)當(dāng)中避免內(nèi)管道腐蝕的最主要手段。

（2）緩蝕劑類型

常用的緩蝕劑均是吸附膜型有機(jī)緩蝕劑，如RX204A、RX201緩蝕劑等，均具有較強(qiáng)抗二氧化碳緩蝕能力。緩蝕劑吸附膜后會(huì)對(duì)金屬表面產(chǎn)生兩種影響，一是緩蝕劑通過吸附改變了金屬表面的電荷狀態(tài)，使金屬表面的能量狀態(tài)趨于穩(wěn)定，腐蝕反應(yīng)的所需活化能增加，腐蝕難以進(jìn)行、;二是被吸附的分子中非極性基團(tuán)在金屬表面形成一層疏水性的保護(hù)膜，從分子級(jí)別上隔絕腐蝕性物質(zhì)與金屬表面接觸。

（3）加注工藝

緩蝕劑在油氣田開采中使用兩種注入工藝方式：間歇注入方式和連續(xù)注入方式。針對(duì)氣井的不同類型，目前較成熟的工藝主要有通過罐（管）式加注裝置、流體計(jì)量泵和車載泵。

3.2更換加厚管件

腐蝕嚴(yán)重的部位更換為加厚彎頭和三通更換加厚管件（壁厚10.5mm）。

4 實(shí)施效果

在上述研究成果指導(dǎo)下，2020年紫金壩全年生產(chǎn)管線泄漏僅12次，相比2019年，減少23井次，大幅度提高氣井生產(chǎn)時(shí)率，節(jié)省管線修復(fù)成本，降低管線泄漏風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)施降本增效目的。

5 結(jié)論

（1）紫金壩所轄氣井生產(chǎn)管線泄漏嚴(yán)重，影響氣井生產(chǎn)時(shí)率，污染環(huán)境。

（2）在腐蝕機(jī)理分析基礎(chǔ)上，明確紫金壩生產(chǎn)平臺(tái)管線腐蝕主要原因?yàn)槎趸紖⑴c的電化學(xué)腐蝕，并對(duì)其影響因素進(jìn)行剖析。

（3）制定合理的解決對(duì)策，包括全聚焦相控陣超聲波探傷儀檢測(cè)預(yù)警、添加緩蝕劑以及增加管線壁厚等，取得較好效果。

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作者簡(jiǎn)介：馬驥，男，1988年2月出生甘肅，漢族，2018年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)，現(xiàn)于中國(guó)石油天然氣股份有限公司浙江油田分公司從事天然氣開采工作。

中國(guó)石油天然氣股份有限公司浙江油田分公司西南采氣廠