集輸系統(tǒng)硫化氫腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用

長(zhǎng)江大學(xué)

集輸系統(tǒng)硫化氫腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用

王翀長(zhǎng)江大學(xué)

含硫化氫油田地面集輸系統(tǒng)應(yīng)采取必要的硫化氫腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)，明確硫化氫腐蝕速率，為下一步防腐措施的制定提供依據(jù)，進(jìn)一步保證地面集輸系統(tǒng)的安全有效運(yùn)行。濕硫化氫對(duì)碳鋼設(shè)備可以形成兩方面的腐蝕，均勻腐蝕和局部腐蝕。局部腐蝕的形式包括氫鼓泡、氫致開裂、硫化物應(yīng)力腐蝕開裂和應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂。電感腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以測(cè)量金屬腐蝕損失為基礎(chǔ)，通過測(cè)量試片腐蝕減薄引起的交流信號(hào)改變來計(jì)算腐蝕損耗速度。采用電感探針對(duì)集輸管線及設(shè)備的腐蝕狀況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，了解腐蝕趨勢(shì)，評(píng)價(jià)防腐效果。

集輸系統(tǒng)；硫化氫；電化學(xué)反應(yīng)；腐蝕監(jiān)測(cè)

國內(nèi)外的部分油氣田均含有硫化氫氣體，其地面集輸系統(tǒng)中廣泛存在硫化氫腐蝕問題。通過探討硫化氫腐蝕機(jī)理，研究腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)，應(yīng)采取必要的硫化氫腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)，明確硫化氫腐蝕速率，為下一步防腐措施的制定提供依據(jù)，進(jìn)一步保證地面集輸系統(tǒng)的安全有效運(yùn)行。在含硫化氫油氣田的地面集輸系統(tǒng)中廣泛存在硫化氫腐蝕問題，要保證集輸系統(tǒng)的安全有效運(yùn)行，必須采取必要的腐蝕監(jiān)測(cè)和緩蝕技術(shù)[1]。利用各種儀器和分析方法，確定材料在工藝介質(zhì)環(huán)境中的腐蝕速率，及時(shí)判斷腐蝕發(fā)生的程度和腐蝕形態(tài)，對(duì)腐蝕隱患進(jìn)行預(yù)警；預(yù)測(cè)設(shè)備管道使用壽命，制定檢修計(jì)劃；判斷是否需要采取防腐措施，監(jiān)測(cè)腐蝕控制方法的使用效果。

1 油田含硫化氫概況

小洼油田2005年9月發(fā)現(xiàn)第一口含有硫化氫油井（洼3732）以來，治理硫化氫危害始終是安全工作的重點(diǎn)。隨著小洼油田蒸汽驅(qū)的持續(xù)開發(fā)，含有硫化氫的油井?dāng)?shù)量不斷增加。隨著開采時(shí)間的延長(zhǎng)，油井硫化氫含量、二氧化碳含量出現(xiàn)了明顯的上升趨勢(shì)。

小洼油田開井230口，含有硫化氫油井127口，硫化氫含量超標(biāo)116口，生產(chǎn)井硫化氫含量最高達(dá)到15×104mg/m3（洼38432）。根據(jù)油井含硫化氫分布情況來看，主要分布于沙三和東三蒸汽驅(qū)井組，而且汽驅(qū)受效井硫化氫含量高。根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)來看，洼3站、洼5站和洼10站的天然氣中硫化氫含量高。截至目前，由于沙三蒸汽驅(qū)的停注，含硫化氫油井減至90口，其中76口井硫化氫濃度超標(biāo)，硫化氫含量最高達(dá)到22.5×104mg/m3（洼38432）。

2 硫化氫腐蝕機(jī)理

干燥的硫化氫氣體對(duì)金屬材料無腐蝕，只有硫化氫氣體溶解在水中才具有腐蝕性。在油氣開采中，與氧氣及二氧化碳相比硫化氫在水中的溶解度最大[2]。硫化氫氣體一旦溶于水便立即電離而呈酸性，釋放出的氫離子是強(qiáng)去極化劑，極易在陰極奪取電子，促進(jìn)陽極鐵溶解反應(yīng)而導(dǎo)致鋼鐵的全面腐蝕。硫化氫水溶液在呈酸性時(shí)，鐵在硫化氫的水溶液中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)

硫化氫離解產(chǎn)物HS-和S2-吸附在金屬的表面，形成吸附復(fù)合物離子Fe(HS)-。吸附的HS-和S2-使金屬的電位移向負(fù)值，促進(jìn)陰極放氫的加速，而氫原子為強(qiáng)去極化劑，易在陰極得到電子，同時(shí)使鐵原子間金屬鍵的強(qiáng)度削弱，進(jìn)一步促進(jìn)陽極溶解而使鋼鐵腐蝕[3]。

濕硫化氫對(duì)碳鋼設(shè)備可以形成兩方面的腐蝕，均勻腐蝕和局部腐蝕。局部腐蝕的形式包括氫鼓泡、氫致開裂、硫化物應(yīng)力腐蝕開裂和應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂。

3 腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)

3.1測(cè)量原理

采用電感應(yīng)腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)，主要原理是當(dāng)把交流信號(hào)加至線圈兩端時(shí)，在線圈周圍會(huì)產(chǎn)生電感應(yīng)磁場(chǎng)，而置于其中的金屬導(dǎo)磁材料會(huì)影響磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而間接影響線圈電感量。金屬式樣的厚度及材質(zhì)不同，對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度影響也不同，進(jìn)而使線圈電感量發(fā)生變化。把金屬試片置于測(cè)試線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，當(dāng)金屬試片腐蝕變薄時(shí)，會(huì)影響測(cè)試線圈的等效電感和感抗。通過檢測(cè)電感變化量，推算金屬試片的腐蝕量。進(jìn)而形成激勵(lì)信號(hào)及反饋信號(hào),通過探針的信號(hào)接口與儀器相連。

3.2腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

電感腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以測(cè)量金屬腐蝕損失為基礎(chǔ)，通過測(cè)量試片腐蝕減薄引起的交流信號(hào)改變來計(jì)算腐蝕損耗速度。該系統(tǒng)具有測(cè)量靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性強(qiáng)、適用性廣等特點(diǎn)。目前在國內(nèi)得到廣泛而成功的應(yīng)用，在相同原理的情況下，測(cè)量試片可以制作成各種不同形狀（管狀、片狀）以適應(yīng)于不同的應(yīng)用。

3.3系統(tǒng)功能

腐蝕在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由電感探針數(shù)據(jù)采集器、高壓電感探針、高壓帶壓拆裝裝置、電感探針數(shù)據(jù)記錄器、電感探針及腐蝕監(jiān)測(cè)軟件組成，安裝方法如圖1所示。采用電感探針對(duì)集輸管線及設(shè)備的腐蝕狀況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，了解腐蝕趨勢(shì)，評(píng)價(jià)防腐效果。監(jiān)測(cè)儀器性能見表1。

表1 監(jiān)測(cè)儀器性能指標(biāo)

圖1 腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝示意圖

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在小洼油田井口、單井進(jìn)站管線、采油站油氣分離緩沖罐及外輸管線上實(shí)施硫化氫腐蝕技術(shù)，檢測(cè)周期30d。通過檢測(cè)，確定了腐蝕速率，詳見表2。結(jié)果表明，監(jiān)測(cè)的位置均存在不同程度的腐蝕，其中采油站油氣分離緩沖罐腐蝕較為嚴(yán)重，應(yīng)考慮采取相應(yīng)的防腐緩蝕措施。

表2 硫化氫腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

（1）含硫化氫油田地面集輸系統(tǒng)應(yīng)采取必要的硫化氫腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)，明確硫化氫腐蝕速率，為下一步防腐措施的制定提供依據(jù)，進(jìn)一步保證地面集輸系統(tǒng)的安全有效運(yùn)行。

（2）針對(duì)含硫化氫油田地面集輸系統(tǒng)，應(yīng)加大腐蝕監(jiān)測(cè)力度，采取相應(yīng)的防腐緩蝕措施，盡快研究出一種新的完整的評(píng)價(jià)體系。

[1]鄭偉，帥健，馬強(qiáng)．高含硫氣田鉆井作業(yè)HSE管理體系探索[C]．中國石油學(xué)會(huì)第五屆青年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集．北京：石油工業(yè)出版社，2007．

[2]馬強(qiáng)．小洼油田硫化氫產(chǎn)生機(jī)理及治理措施[J]．特種油氣藏，2010，17（增）：118-120．

[3]馬強(qiáng)．稠油熱采油田毒害氣體產(chǎn)生機(jī)理與防治[M]．沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2011．（欄目主持焦曉梅）

更正

《油氣田地面工程》2015年第1期第46頁文章作者李洪林的工作單位應(yīng)為：遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院。在此向作者表示歉意。

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.2.030