普光氣田緩蝕劑加注參數優化研究

李海鳳，褚文營

（1．西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川 成都610000；2．中國石油化工股份有限公司中原油田普光分公司，四川達州635000）

普光氣田緩蝕劑加注參數優化研究

李海鳳1，2，褚文營2

（1．西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川 成都610000；2．中國石油化工股份有限公司中原油田普光分公司，四川達州635000）

為保證普光氣田安全、高效開發，結合普光氣田高酸性的生產實際，模擬地面集輸系統工況環境，開展了緩蝕劑加注參數優化研究，并分別進行了連續加注緩蝕劑、預膜緩蝕劑和先預膜再連續加注緩蝕劑等評價試驗。試驗結果表明：在未加入緩蝕劑時，試片均勻腐蝕速率為0．68 mm／a，連續加入緩蝕劑后均勻腐蝕速率為0．06 mm／a；液相空白試片腐蝕產物要多于氣相空白試片，并存在局部腐蝕；預膜緩蝕劑與柴油配比為1∶1和1∶1．5調整時，防腐效果影響不大，連續緩蝕劑質量濃度為1 000 mg／L時，預膜緩蝕劑與柴油1∶1配比條件下，緩蝕效果最佳，可達最高值93．44%。優選出最佳的緩蝕劑配比參數后，防腐效果得到了明顯提高，同時，降低了集輸系統腐蝕速率及運行成本以及污水處理的難度。緩蝕劑加注參數優化技術的研究及應用推廣，對普光氣田以及同類型高含硫氣田的防腐工作具有重要意義。

普光氣田 緩蝕劑 參數優化 防腐

普光氣田富含H2S和CO2（體積分數分別為15．16%和8．64%），集輸系統采用了全濕氣加熱保溫混輸技術，防腐工藝采用抗硫管材、緩蝕劑、防腐涂層、陰極保護、腐蝕監測和智能清管的聯合技術。其中，加注緩蝕劑是防腐工藝中的一項重要技術，普光氣田主要采用了連續加注和緩蝕劑預膜及批處理兩種工藝［1］。

1 室內試驗

1．1 試驗條件

緩蝕劑及加注工藝：連續加注緩蝕劑、預膜緩蝕劑及批處理緩蝕劑（預膜后連續加注緩蝕劑）。

試驗用氣體介質：采用工業級高純H2S，CO2和N2氣體。

試片及試件：L360QCS材質，尺寸50 mm×10 mm×3 mm，含Φ6 mm孔。

試驗溶液配比：總礦化度67 854 mg／L，水型CaCl2。

試驗溶液流速：試驗釜動態模擬4．0 m／s。

試驗參數：總壓 10 MPa，H2S分壓 1．5 MPa，CO2分壓1．0 MPa。

試驗周期：168 h（電化學腐蝕評價）、96 h（氫致開裂評價）和720 h（硫化物應力腐蝕開裂評價）。

試驗溫度：50℃。

1．2 評價指標

在氣／液相環境下，比對試片試驗處理前后變化，確定以下三個評價指標［2］：

（1）試片均勻腐蝕速率（采用質量損失法計算）。

均勻腐蝕速率為單位時間試片單位面積上腐蝕后的質量損失，公式為：

式中：Vcorr為腐蝕速率，mm／a；G前為試驗前試樣質量，g；G后為試驗后試樣質量，g；S為試樣的表面積，mm2；ρ為試樣的密度，g／mm3；T為試驗時間，a。

（2）試片點蝕描述。

（3）試片腐蝕產物膜分析。

1．3 評價試驗方法

1．3．1 連續加注緩蝕劑試驗

（1）試片處理并稱質量。

（2）先用高純N2對試驗溶液預除氧2 h，取2．5 L預除氧后的溶液和一定濃度的緩蝕劑（試驗設計方案配制）放入高壓釜，裝好試片后，快速密封高壓釜，用高純N2進行氣密性試驗，確保管路密封良好，再用N2進行二次除氧，經過12 h，溶液氧含量降到10－9量級。

（3）除氧完畢后，關閉N2供氣閥，開啟H2S供氣閥，當分壓達到1．5 MPa，關閉 H2S閥，開啟CO2閥至分壓1．0 MPa，通N2逐漸升壓至試驗總壓10 MPa，并將溫度升至預定值。

（4）取出試片，進行產物分析和試片處理、稱質量。

1．3．2 預膜緩蝕劑試驗

（1）試片處理并稱質量后，用10 mL緩蝕劑和柴油（比例1∶1）的混合液（或按試驗方案配制）浸泡試片10 s后，用N2風干2 min。

（2）先用高純N2對試驗溶液預除氧2 h，取2．5 L放入高壓釜，裝好預膜試片后，快速密封高壓釜，用高純N2進行氣密性試驗，確保管路密封良好，再用N2進行二次除氧，經過12 h，溶液氧含量降到10－9量級。

（3）除氧完畢后，關閉N2供氣閥，開啟H2S供氣閥，當分壓達到1．5 MPa，關閉 H2S閥，開啟CO2閥至分壓1．0 MPa，通N2逐漸升壓至試驗總壓10 MPa，并將溫度升至預定值。

（4）取出試片，進行產物分析和試片處理、稱質量。

1．3．3 預膜后連續加注緩蝕劑試驗

（1）試片處理并稱質量。

（2）先用高純N2對試驗溶液預除氧2 h，取2．5 L預除氧后的溶液和一定濃度的緩蝕劑（試驗設計方案配制）放入高壓釜，裝好試片后，快速密封高壓釜，用高純N2進行氣密性試驗，確保管路密封良好，再用N2進行二次除氧，經過12 h，溶液氧含量降到10－9量級。

（3）除氧完畢后，關閉N2供氣閥，開啟H2S供氣閥，當分壓達到1．5 MPa，關閉 H2S閥，開啟CO2閥至分壓1．0 MPa，通N2逐漸升壓至試驗總壓10 MPa，并將溫度升至預定值。

（4）取出試片，進行產物分析和試片處理、稱質量。

1．4 評價試驗設計

（1）連續加注緩蝕劑加注工藝優化評價試驗。模擬集輸系統現場工況進行試驗，分析連續加注緩蝕劑質量濃度為300～3 000 mg／L的緩蝕率，確定液相中最佳緩蝕劑的質量濃度分布（見表1）。

表1 連續加注緩蝕劑加注工藝評價試驗mg／L

（2）預膜型＋連續加注緩蝕劑加注工藝優化評價試驗。模擬集輸系統現場工況進行試驗，分析連續加注工業緩蝕劑（300～3 000 mg／L）與最佳預膜緩蝕劑（緩蝕劑與柴油質量比為1∶1和1∶2）在氣、液相不同狀態下的協同緩蝕效果（見表2）。

表2 預膜型＋連續加注緩蝕劑加注工藝mg／L

2 結果與評價

2．1 緩蝕劑緩蝕試驗效果

（1）連續加注緩蝕劑。液相空白試片腐蝕速率為0．685 6 mm／a，試片局部腐蝕較嚴重；連續加注緩蝕劑后，試片緩蝕效果較為明顯，質量濃度在300 mg／L以上時緩蝕劑抑制試片腐蝕速度在0．1 mm／a以下，1 000 mg／L和 3 000 mg／L的緩蝕效果差別不大［3］。試片形貌見圖1，評價結果見表3。

（2）預膜-連續加注緩蝕劑。液相空白試片腐蝕產物比氣相空白試片腐蝕產物更多，且存在局部腐蝕。預膜處理后的試片腐蝕產物明顯減少。

不同比例預膜緩蝕劑評價結果分析：緩蝕劑和柴油質量比為1∶1和1∶2，預膜效果均比較明顯，1∶1和1∶1．5的比例緩蝕效果差別不大，緩蝕劑在預膜介質中的質量分數可以設計為33．3%～50．0%。

兩種緩蝕劑協同作用下評價結果：連續緩蝕劑和預膜緩蝕劑共同存在作用下，試片腐蝕速率控制在0．04～0．07 mm／a，處理后的試片有較好的金屬光澤，1 000 mg／L連續緩蝕劑＋預膜緩蝕劑（配比 1．0∶1．5）時的腐蝕速率最低，當連續緩蝕劑質量濃度提高至3 000 mg／L時，腐蝕速率略有上升，說明連續加注緩蝕劑質量濃度過大時有影響預膜緩蝕劑成膜效果的趨勢［4］。試片形貌見圖2和圖3，1 000 m／L連續緩蝕劑及不同緩蝕劑預膜工藝評價結果見表4。

圖1 連續加注緩蝕劑后的試片形貌

表3 模擬工況條件連續加注緩蝕劑評價結果

圖2 處理前掛片形貌

圖3 處理后掛片形貌

表4 連續加注及緩蝕劑預膜防腐效果

2．2 連續及預膜緩蝕劑的緩蝕率評價

模擬工況條件連續加注緩蝕劑的緩蝕率見表5，連續加注緩蝕劑和緩蝕劑預膜的緩蝕率見表6。由表5至表6可以得出：

（1）連續緩蝕劑質量濃度從300 mg／L增加到 1 000 mg／L，緩蝕率增加 3．2%，從 1 000 mg／L增加到3 000 mg／L時僅增加0．17%，與目前普光氣田連續緩蝕劑的實際加注濃度比較，考慮綜合成本和效果等因素，連續緩蝕劑的最佳質量濃度為 1 000 mg／L左右［5］。

（2）預膜緩蝕劑與柴油質量比在1∶1和1∶2范圍內變化，對緩蝕率的影響并不明顯，連續緩蝕劑質量濃度為1 000 mg／L時，預膜緩蝕劑與柴油配比1∶1時緩蝕率最高為93．44%，質量比1∶1．5時緩蝕率最高為92．74%，評價試驗表明，預膜緩蝕劑與柴油質量比為1∶1或1∶1．5時不影響預膜的防腐效果［6］。

表5 不同濃度連續加注緩蝕劑的緩蝕率

表6 連續緩蝕劑＋不同緩蝕劑預膜的緩蝕率 %

3 結 論

（1）連續加注緩蝕劑緩蝕效果：在未加入緩蝕劑時試片均勻腐蝕速率為0．68 mm／a，連續加注緩蝕劑后均勻腐蝕速率為0．06 mm／a，加入有效質量濃度1 000 mg／L左右的緩蝕劑時的緩蝕效果最明顯。

（2）預膜-連續加注緩蝕劑緩蝕效果：液相空白試片腐蝕產物要多于氣相空白試片，并存在局部腐蝕，說明液相腐蝕比氣相腐蝕嚴重。預膜處理后試片腐蝕產物明顯減少，說明預膜緩蝕劑的緩蝕效果較好。

（3）緩蝕劑和柴油質量比在1∶1和1∶2時，預膜效果均比較明顯，質量比1∶1和1∶1．5時緩蝕效果差別小，緩蝕劑在預膜介質中濃度可以設計為33．3%～50%。

（4）連續緩蝕劑和預膜緩蝕劑共同存在的狀態下，質量濃度1 000 mg／L時的連續緩蝕劑＋預膜緩蝕劑按1∶1．5比例混合時的腐蝕速率最低，緩蝕效果最好。

（5）連續及預膜緩蝕劑的緩蝕率分析結果表明，預膜緩蝕劑與柴油質量比在1∶1和1∶1．5時，防腐效果影響不大，連續緩蝕劑質量濃度為1 000 mg／L時，預膜緩蝕劑與柴油1∶1配比條件下，緩蝕效果最佳，可達最高93．44%。

［1］ 盧綺敏．石油工業中的腐蝕與防護［M］．北京：化學工業出版社，2001：91-93．

［2］ 禇文營，李海鳳，何偉，等．高酸性氣田集管道緩蝕劑批處理技術［J］．油氣田地面工程，2013，32（3）：40-41．

［3］ 何生厚．高含硫化氫和二氧化碳天然氣開發工程技術［M］．北京：中國石化出版社，2008：100-102．

［4］ 何生厚，曹耀峰．普光高酸性氣田開發［M］．北京：中國石化出版社，2010：23-26．

［5］ 竇建芝，劉冬梅，馮思洋．氣田緩蝕劑的應用與效益分析［J］．油氣田地面工程，2014，33（9）：31-32．

［6］ 黃雪松，安思彤，陳長風．普光氣田集輸管材腐蝕評價及緩蝕劑加藥工藝優化［J］．天然氣工業，2011，31（9）：120-123．

Parameters Optimization of Corrosion Inhibitor Filling into Puguang Gas Field

Li Haifeng1，2，Chu Wenying2
（1．Petroleum Engineering College of Southwest Petroleum University，Chengdu 610000，China；2．SINOPEC Guguang Company of Zhongyuan Oil Field，Dazhou 635000，China）

In order to ensure the safe and efficient development of Puguang gas field，parameters optimization of corrosion inhibitor filling was carried out， combining with production practice， simulation environment of ground gathering and transportation system．Several evaluations with different filling methods were conducted（continuous filling，pre-filming and continuous filling after pre-filming）．The results showed that corrosion rates of test piece were 0．68 mm／a and 0．06 mm／a before and after adding inhibitor continuously；corrosion of test piece was more serious in liquid phase than that in gas phase，and local corrosion was discovered in liquid phase；corrosion protection had little effect when the ratio of pre-filming inhibitor and diesel oil was in the range of 1∶1～1∶1．5；inhibition effect with the highest value of 93．44%was obtained under the ratio of 1∶1 when inhibitor concentration was 1 000 mg／L．Anti-corrosion effect was improved obviously under the optimal parameter．Meanwhile，corrosion rate and operation cost of the system as well as the difficulty of wastewater treatment were reduced．The research and application of inhibitor filling parameters optimization has great importance to the corrosion protection of Puguang gas field and the same type of high sulfur gas fields．

puguang gas field，corrosion inhibitor，parameter optimization，corrosion protection

2017-04-13；修改稿收到日期：2017-08-17。

李海鳳，工程師，在讀碩士研究生，現于中國石油化工股份有限公司中原油田普光分公司從事腐蝕與防護工作。通訊作者：褚文營，E-mail：jack0777＠163．com

（編輯 張向陽）