某平臺(tái)至FPSO 海底管道緩蝕劑評(píng)價(jià)與應(yīng)用

陳宏程，龍 云，楊 明

(1.中海石油中國有限公司 深圳分公司 深圳 518067;2.中海油能源發(fā)展股份有限公司上海環(huán)境工程技術(shù)分公司 上海200030.)

隨著國內(nèi)對(duì)原油需求量與日俱增，海上油氣田的開采越來越受重視。南海東部某油田，目前日產(chǎn)原油3 萬多桶。截止到2013 年年底，某油田由三個(gè)平臺(tái)和一個(gè)FPSO(浮式儲(chǔ)油卸油裝置)組成。各個(gè)平臺(tái)所產(chǎn)原油，通過海底管道輸送到FPSO 上，然后通過FPSO 上的工藝設(shè)備處理合格后外輸。海底管道是海上油氣田生產(chǎn)的主要設(shè)施，其安全運(yùn)行一直得到作業(yè)者的高度關(guān)注。但隨著油田產(chǎn)液量、含水率的上升，腐蝕介質(zhì)含量的增加，海底管道面臨著越來越大的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

緩蝕劑因其具有經(jīng)濟(jì)、高效的優(yōu)點(diǎn)，添加緩蝕劑是海底管道最有效的防腐措施。針對(duì)緩蝕劑的技術(shù)特點(diǎn)，采用常用的室內(nèi)評(píng)價(jià)方法，評(píng)價(jià)了流速對(duì)緩蝕效率的影響。與此同時(shí)，在海底管道的出口安裝了電感探針監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［1］，對(duì)緩蝕劑現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 工況環(huán)境

此次評(píng)價(jià)的待選型緩蝕劑，使用在平臺(tái)至FPSO 的海底管道中。

海管的工況環(huán)境:海管壓力0.38 MPa，溫度70 ℃。輸液量為每天8 000 m3左右，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，二氧化碳體積分?jǐn)?shù)為15%。

1.2 室內(nèi)試驗(yàn)

在室內(nèi)試驗(yàn)中，采用高溫高壓釜模擬油田的現(xiàn)場(chǎng)工況，評(píng)價(jià)流速對(duì)海底管道腐蝕的影響，計(jì)算平均腐蝕速率。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況資料的收集，確定試驗(yàn)條件，詳見表1。

表1 模擬試驗(yàn)條件

失質(zhì)量法是評(píng)價(jià)腐蝕的一個(gè)重要方法，本試驗(yàn)中具體的平均腐蝕速率計(jì)算如下:

式中:g——試樣的失重，g;

γ——材料的密度，g/cm3;

t——實(shí)驗(yàn)時(shí)間，d;

S——試樣面積，mm2;

V——平均腐蝕速率，mm/a。

緩蝕效率:I(%)=100 ×(R0-R1)/R0

式中:I 為緩蝕效率，mm/a;R0為未加緩蝕劑時(shí)的腐蝕速率，mm/a;R1為添加緩蝕劑后的腐蝕速率，mm/a。

1.3 結(jié)果與討論

模擬試驗(yàn)結(jié)果見表2。從表2 結(jié)果表明，隨著流速的增加，掛片的腐蝕速率顯著的增加，屬于極嚴(yán)重的均勻腐蝕。當(dāng)添加60 μg/g 緩蝕劑后，掛片的腐蝕速率得到了有效控制。流體流速對(duì)腐蝕速率的影響體現(xiàn)到兩個(gè)方面:一是流速提高，離子傳質(zhì)較快，H2CO3和H+等去極化劑更快的擴(kuò)散到鋼的表面，使陰極反應(yīng)增強(qiáng)，擴(kuò)散控制消散。同時(shí)金屬表面的Fe2+迅速的離開，增強(qiáng)陽極反應(yīng)。二是流體流動(dòng)情況下，流體對(duì)鋼表面產(chǎn)生剪切力，剪切力阻礙腐蝕產(chǎn)物膜的形成或破壞已經(jīng)形成的腐蝕產(chǎn)物膜，增加腐蝕速率，并可能產(chǎn)生局部腐蝕。

表2 模擬試驗(yàn)結(jié)果

從室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果可知，添加6 μg/g 緩蝕劑可以顯著的降低腐蝕速率。但流速超過2 m/s 時(shí)，緩蝕效率降低，腐蝕速率增加。所以，為了保護(hù)海底管道，除了往管道中添加緩蝕劑，應(yīng)對(duì)海管的輸液量進(jìn)行控制，對(duì)其流體流速控制在2 m/s 之內(nèi)。

2 油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用評(píng)價(jià)

2.1 緩蝕劑現(xiàn)場(chǎng)加注

平臺(tái)通過化學(xué)藥劑注入系統(tǒng)，向海底管道中注入緩蝕劑。緩蝕劑加注系統(tǒng)包括:化學(xué)藥劑儲(chǔ)罐、計(jì)量裝置、藥劑泵、單向閥、安全閥等設(shè)備，且設(shè)備的材質(zhì)不應(yīng)與藥劑發(fā)生不良反應(yīng)。緩蝕劑注入方式，見圖1。

圖1 緩蝕劑注入方式示意

緩蝕劑日加注量計(jì)算:日加注量=日輸送液量×水質(zhì)量分?jǐn)?shù)×緩蝕劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)=144 L/d。

2.2 緩蝕劑現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估

為了對(duì)緩蝕劑的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)估，在海底管道的出口安裝了電感探針系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)安裝見圖2。

圖2 Microcor 電感探針現(xiàn)場(chǎng)安裝示意

Microcor 技術(shù)是以測(cè)量金屬損失為基礎(chǔ)的，是將測(cè)試線圈外表面的或合金敏感元件處于特定的相對(duì)位置，并給線圈施加一個(gè)恒定的交變電流，使得線圈電感對(duì)金屬元件的厚度變化非常敏感，從而能測(cè)量出由腐蝕引起的目標(biāo)樣厚度發(fā)生的極微小的變化，大大提高檢測(cè)的靈敏度。它的優(yōu)點(diǎn)為靈敏度高，響應(yīng)時(shí)間短，響應(yīng)0.254 mm/a 的腐蝕速率只需要0.1 h。Microcor 是由Microcor 變送器、Microcor數(shù)字記錄器、Microcor 電感探頭和變送器電纜組成，最后用數(shù)據(jù)下載器(Checkmate DL)下載數(shù)據(jù)，傳送到計(jì)算機(jī)上后通過專業(yè)軟件進(jìn)行處理分析。

圖3 為Microcor 電感探針在2013 年9 月～2013 年12 月的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。Microcor 系統(tǒng)數(shù)據(jù)從2013 年9 月29 日至2013 年12 月15 日。本季度系統(tǒng)工作正常，系統(tǒng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)兩次次波動(dòng)影響，其余時(shí)間段內(nèi)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，電感探針平均腐蝕速率小于0.025 mm/a，與歷史數(shù)據(jù)較為吻合。經(jīng)過查看生產(chǎn)日?qǐng)?bào)，避臺(tái)作業(yè)是造成系統(tǒng)數(shù)據(jù)波動(dòng)原因，腐蝕速率以穩(wěn)定區(qū)域數(shù)值為準(zhǔn)。(注:避臺(tái)時(shí)平臺(tái)會(huì)停產(chǎn)，停注緩蝕劑，往海管注海水和批量處理劑，防止原油凝固在海底管道中。)

圖3 Microcor 在線腐蝕檢測(cè)數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

(1)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，待選緩蝕劑在模擬工況的試驗(yàn)條件下，緩蝕效率能達(dá)到89%，可以有效的減小腐蝕速率。但流速對(duì)緩蝕性能有重要的影響，當(dāng)流速超過2 m/s 時(shí)，緩蝕效率明顯的下降。

(2)截止到2013 年年底，海底管道輸液量為每天8 000 m3，換算成流速為1.26 m/s。緩蝕劑現(xiàn)場(chǎng)的加注量為60 μg/g。從海管出口電感探針監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，海管的腐蝕得到有效控制，腐蝕速率控制在0.025 mm/a 之內(nèi)。

(3)因緩蝕劑還具有極強(qiáng)的選擇性特點(diǎn)，即使同一個(gè)油田，但隨著油田工況環(huán)境的變化，也可能發(fā)生緩蝕效率降低的現(xiàn)象。所以，每年要對(duì)緩蝕劑進(jìn)行優(yōu)化，防止緩蝕效率下降現(xiàn)象的發(fā)生。

［1］張煒強(qiáng)，秦立高，李飛.腐蝕監(jiān)測(cè)/檢測(cè)技術(shù)［J］.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2009，21(5):477-479.