普光氣田緩蝕劑加注參數(shù)優(yōu)化研究

李海鳳，褚文營(yíng)

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

普光氣田緩蝕劑加注參數(shù)優(yōu)化研究

李海鳳1，2，褚文營(yíng)2

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

為保證普光氣田安全、高效開(kāi)發(fā)，結(jié)合普光氣田高酸性的生產(chǎn)實(shí)際，模擬地面集輸系統(tǒng)工況環(huán)境，開(kāi)展了緩蝕劑加注參數(shù)優(yōu)化研究，并分別進(jìn)行了連續(xù)加注緩蝕劑、預(yù)膜緩蝕劑和先預(yù)膜再連續(xù)加注緩蝕劑等評(píng)價(jià)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：在未加入緩蝕劑時(shí)，試片均勻腐蝕速率為0．68 mm／a，連續(xù)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(chǎn)物要多于氣相空白試片，并存在局部腐蝕；預(yù)膜緩蝕劑與柴油配比為1∶1和1∶1．5調(diào)整時(shí)，防腐效果影響不大，連續(xù)緩蝕劑質(zhì)量濃度為1 000 mg／L時(shí)，預(yù)膜緩蝕劑與柴油1∶1配比條件下，緩蝕效果最佳，可達(dá)最高值93．44%。優(yōu)選出最佳的緩蝕劑配比參數(shù)后，防腐效果得到了明顯提高，同時(shí)，降低了集輸系統(tǒng)腐蝕速率及運(yùn)行成本以及污水處理的難度。緩蝕劑加注參數(shù)優(yōu)化技術(shù)的研究及應(yīng)用推廣，對(duì)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(shù)優(yōu)化 防腐

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

1 室內(nèi)試驗(yàn)

1．1 試驗(yàn)條件

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

試驗(yàn)用氣體介質(zhì)：采用工業(yè)級(jí)高純H2S，CO2和N2氣體。

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

試驗(yàn)溶液配比：總礦化度67 854 mg／L，水型CaCl2。

試驗(yàn)溶液流速：試驗(yàn)釜?jiǎng)討B(tài)模擬4．0 m／s。

試驗(yàn)參數(shù)：總壓 10 MPa，H2S分壓 1．5 MPa，CO2分壓1．0 MPa。

試驗(yàn)周期：168 h（電化學(xué)腐蝕評(píng)價(jià)）、96 h（氫致開(kāi)裂評(píng)價(jià)）和720 h（硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂評(píng)價(jià)）。

試驗(yàn)溫度：50℃。

1．2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

在氣／液相環(huán)境下，比對(duì)試片試驗(yàn)處理前后變化，確定以下三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)［2］：

（1）試片均勻腐蝕速率（采用質(zhì)量損失法計(jì)算）。

均勻腐蝕速率為單位時(shí)間試片單位面積上腐蝕后的質(zhì)量損失，公式為：

式中：Vcorr為腐蝕速率，mm／a；G前為試驗(yàn)前試樣質(zhì)量，g；G后為試驗(yàn)后試樣質(zhì)量，g；S為試樣的表面積，mm2；ρ為試樣的密度，g／mm3；T為試驗(yàn)時(shí)間，a。

（2）試片點(diǎn)蝕描述。

（3）試片腐蝕產(chǎn)物膜分析。

1．3 評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法

1．3．1 連續(xù)加注緩蝕劑試驗(yàn)

（1）試片處理并稱質(zhì)量。

（2）先用高純N2對(duì)試驗(yàn)溶液預(yù)除氧2 h，取2．5 L預(yù)除氧后的溶液和一定濃度的緩蝕劑（試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jìn)行氣密性試驗(yàn)，確保管路密封良好，再用N2進(jìn)行二次除氧，經(jīng)過(guò)12 h，溶液氧含量降到10－9量級(jí)。

（3）除氧完畢后，關(guān)閉N2供氣閥，開(kāi)啟H2S供氣閥，當(dāng)分壓達(dá)到1．5 MPa，關(guān)閉 H2S閥，開(kāi)啟CO2閥至分壓1．0 MPa，通N2逐漸升壓至試驗(yàn)總壓10 MPa，并將溫度升至預(yù)定值。

（4）取出試片，進(jìn)行產(chǎn)物分析和試片處理、稱質(zhì)量。

1．3．2 預(yù)膜緩蝕劑試驗(yàn)

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

（2）先用高純N2對(duì)試驗(yàn)溶液預(yù)除氧2 h，取2．5 L放入高壓釜，裝好預(yù)膜試片后，快速密封高壓釜，用高純N2進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，確保管路密封良好，再用N2進(jìn)行二次除氧，經(jīng)過(guò)12 h，溶液氧含量降到10－9量級(jí)。

（3）除氧完畢后，關(guān)閉N2供氣閥，開(kāi)啟H2S供氣閥，當(dāng)分壓達(dá)到1．5 MPa，關(guān)閉 H2S閥，開(kāi)啟CO2閥至分壓1．0 MPa，通N2逐漸升壓至試驗(yàn)總壓10 MPa，并將溫度升至預(yù)定值。

（4）取出試片，進(jìn)行產(chǎn)物分析和試片處理、稱質(zhì)量。

1．3．3 預(yù)膜后連續(xù)加注緩蝕劑試驗(yàn)

（1）試片處理并稱質(zhì)量。

（2）先用高純N2對(duì)試驗(yàn)溶液預(yù)除氧2 h，取2．5 L預(yù)除氧后的溶液和一定濃度的緩蝕劑（試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jìn)行氣密性試驗(yàn)，確保管路密封良好，再用N2進(jìn)行二次除氧，經(jīng)過(guò)12 h，溶液氧含量降到10－9量級(jí)。

（3）除氧完畢后，關(guān)閉N2供氣閥，開(kāi)啟H2S供氣閥，當(dāng)分壓達(dá)到1．5 MPa，關(guān)閉 H2S閥，開(kāi)啟CO2閥至分壓1．0 MPa，通N2逐漸升壓至試驗(yàn)總壓10 MPa，并將溫度升至預(yù)定值。

（4）取出試片，進(jìn)行產(chǎn)物分析和試片處理、稱質(zhì)量。

1．4 評(píng)價(jià)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）連續(xù)加注緩蝕劑加注工藝優(yōu)化評(píng)價(jià)試驗(yàn)。模擬集輸系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行試驗(yàn)，分析連續(xù)加注緩蝕劑質(zhì)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(zhì)量濃度分布（見(jiàn)表1）。

表1 連續(xù)加注緩蝕劑加注工藝評(píng)價(jià)試驗(yàn)mg／L

（2）預(yù)膜型＋連續(xù)加注緩蝕劑加注工藝優(yōu)化評(píng)價(jià)試驗(yàn)。模擬集輸系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行試驗(yàn)，分析連續(xù)加注工業(yè)緩蝕劑（300～3 000 mg／L）與最佳預(yù)膜緩蝕劑（緩蝕劑與柴油質(zhì)量比為1∶1和1∶2）在氣、液相不同狀態(tài)下的協(xié)同緩蝕效果（見(jiàn)表2）。

表2 預(yù)膜型＋連續(xù)加注緩蝕劑加注工藝mg／L

2 結(jié)果與評(píng)價(jià)

2．1 緩蝕劑緩蝕試驗(yàn)效果

（1）連續(xù)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(yán)重；連續(xù)加注緩蝕劑后，試片緩蝕效果較為明顯，質(zhì)量濃度在300 mg／L以上時(shí)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(jiàn)圖1，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。

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

不同比例預(yù)膜緩蝕劑評(píng)價(jià)結(jié)果分析：緩蝕劑和柴油質(zhì)量比為1∶1和1∶2，預(yù)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(yù)膜介質(zhì)中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以設(shè)計(jì)為33．3%～50．0%。

兩種緩蝕劑協(xié)同作用下評(píng)價(jià)結(jié)果：連續(xù)緩蝕劑和預(yù)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(xù)緩蝕劑＋預(yù)膜緩蝕劑（配比 1．0∶1．5）時(shí)的腐蝕速率最低，當(dāng)連續(xù)緩蝕劑質(zhì)量濃度提高至3 000 mg／L時(shí)，腐蝕速率略有上升，說(shuō)明連續(xù)加注緩蝕劑質(zhì)量濃度過(guò)大時(shí)有影響預(yù)膜緩蝕劑成膜效果的趨勢(shì)［4］。試片形貌見(jiàn)圖2和圖3，1 000 m／L連續(xù)緩蝕劑及不同緩蝕劑預(yù)膜工藝評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表4。

圖1 連續(xù)加注緩蝕劑后的試片形貌

表3 模擬工況條件連續(xù)加注緩蝕劑評(píng)價(jià)結(jié)果

圖2 處理前掛片形貌

圖3 處理后掛片形貌

表4 連續(xù)加注及緩蝕劑預(yù)膜防腐效果

2．2 連續(xù)及預(yù)膜緩蝕劑的緩蝕率評(píng)價(jià)

模擬工況條件連續(xù)加注緩蝕劑的緩蝕率見(jiàn)表5，連續(xù)加注緩蝕劑和緩蝕劑預(yù)膜的緩蝕率見(jiàn)表6。由表5至表6可以得出：

（1）連續(xù)緩蝕劑質(zhì)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(shí)僅增加0．17%，與目前普光氣田連續(xù)緩蝕劑的實(shí)際加注濃度比較，考慮綜合成本和效果等因素，連續(xù)緩蝕劑的最佳質(zhì)量濃度為 1 000 mg／L左右［5］。

（2）預(yù)膜緩蝕劑與柴油質(zhì)量比在1∶1和1∶2范圍內(nèi)變化，對(duì)緩蝕率的影響并不明顯，連續(xù)緩蝕劑質(zhì)量濃度為1 000 mg／L時(shí)，預(yù)膜緩蝕劑與柴油配比1∶1時(shí)緩蝕率最高為93．44%，質(zhì)量比1∶1．5時(shí)緩蝕率最高為92．74%，評(píng)價(jià)試驗(yàn)表明，預(yù)膜緩蝕劑與柴油質(zhì)量比為1∶1或1∶1．5時(shí)不影響預(yù)膜的防腐效果［6］。

表5 不同濃度連續(xù)加注緩蝕劑的緩蝕率

表6 連續(xù)緩蝕劑＋不同緩蝕劑預(yù)膜的緩蝕率 %

3 結(jié) 論

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

（2）預(yù)膜-連續(xù)加注緩蝕劑緩蝕效果：液相空白試片腐蝕產(chǎn)物要多于氣相空白試片，并存在局部腐蝕，說(shuō)明液相腐蝕比氣相腐蝕嚴(yán)重。預(yù)膜處理后試片腐蝕產(chǎn)物明顯減少，說(shuō)明預(yù)膜緩蝕劑的緩蝕效果較好。

（3）緩蝕劑和柴油質(zhì)量比在1∶1和1∶2時(shí)，預(yù)膜效果均比較明顯，質(zhì)量比1∶1和1∶1．5時(shí)緩蝕效果差別小，緩蝕劑在預(yù)膜介質(zhì)中濃度可以設(shè)計(jì)為33．3%～50%。

（4）連續(xù)緩蝕劑和預(yù)膜緩蝕劑共同存在的狀態(tài)下，質(zhì)量濃度1 000 mg／L時(shí)的連續(xù)緩蝕劑＋預(yù)膜緩蝕劑按1∶1．5比例混合時(shí)的腐蝕速率最低，緩蝕效果最好。

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

［1］ 盧綺敏．石油工業(yè)中的腐蝕與防護(hù)［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001：91-93．

［2］ 禇文營(yíng)，李海鳳，何偉，等．高酸性氣田集管道緩蝕劑批處理技術(shù)［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(kāi)發(fā)工程技術(shù)［M］．北京：中國(guó)石化出版社，2008：100-102．

［4］ 何生厚，曹耀峰．普光高酸性氣田開(kāi)發(fā)［M］．北京：中國(guó)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(yīng)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(zhǎng)風(fēng)．普光氣田集輸管材腐蝕評(píng)價(jià)及緩蝕劑加藥工藝優(yōu)化［J］．天然氣工業(yè)，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(xiàn)于中國(guó)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(hù)工作。通訊作者：褚文營(yíng)，E-mail：jack0777＠163．com

（編輯 張向陽(yáng)）