現場試片法測試油田污水腐蝕速率存在的問題探討

孫立梅，盧建平，崔 潔，柴德民，岑瑗瑗，劉 超

中國石化勝利油田分公司勝利采油廠 （山東 東營 257051）

現場試片法測試油田污水腐蝕速率存在的問題探討

孫立梅，盧建平，崔 潔，柴德民，岑瑗瑗，劉 超

中國石化勝利油田分公司勝利采油廠 （山東 東營 257051）

以油田聯合站與注水站污水腐蝕速率為研究對象，采用現場掛片的方法，考察了附著油泥對掛片失重及污水腐蝕速率測定結果的影響。結果表明，在所取得的試片中，附著的油泥多，腐蝕速率高，附著的油泥少或無油泥附著的，腐蝕速率低。標準所采用的方法獲得的腐蝕速率高低受油泥影響。

污水腐蝕；金屬試片；附著油泥；垢下腐蝕；不銹鋼

油田污水腐蝕速率是表征污水腐蝕性的重要參數。通常認為，腐蝕速率值大，則污水腐蝕性強，反之亦然。污水腐蝕性強會導致注水井筒腐蝕，管線以及罐體內壁穿孔、滲漏等，迫使油田生產單位短時期頻繁更換管線設備，直接影響回注水系統穩定運行，甚至造成重大生產事故。因此，控制污水腐蝕是維持油田穩定生產的基礎之一。

目前，各油田將腐蝕速率作為水質控制的主要指標之一[1]，一般按照 SY/T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質推薦指標及分析方法》中的方法進行測試，即在聯合站外輸污水管線上安置試片，一個月后取出，通過試片失重前后質量差計算污水腐蝕速率。勝利油田對外輸污水腐蝕速率的控制指標是不能大于0.076 mm/a，在測試過程中，發現試片表面附著物對腐蝕速率有一定影響。

以勝坨油田聯合站與注水站腐蝕試片為主要研究對象，考察了影響污水腐蝕速率值的因素，探討了現場試片法測試污水腐蝕速率存在的問題。

1 實驗部分

1.1 污水腐蝕速率測試

污水腐蝕速率測試參照SY/T 5329—2012中平均腐蝕速率測試方法，在聯合站與注水系統不同節點置入試片。按照標準規定，試片材質為A3鋼。為了研究現場污水腐蝕機理，置入不銹鋼試片做對比。

1.2 試片附著物獲取方式以及分析方法

按照SY/T 5329—2012中的方法放置試片，定期將試片取出，將附著物迅速刮入潔凈廣口瓶中，獲得附著物（油泥與腐蝕結垢產物）質量。倒入汽油至浸沒附著物。將廣口瓶置于超聲波振蕩器中，在超聲波作用下，將附著物中的油充分分散到汽油中，不溶于汽油的固體物質在沉淀在瓶底部。以普通濾紙將固液分離，固形物于50℃干燥、恒重后，采用日本理學D/max 1200衍射儀對固形物進行XRD分析；附著物質量與固形物質量之差為油泥質量。固形物以稀鹽酸浸泡，鹽酸不溶物以蒸餾水洗滌，干燥、恒重，鹽酸可溶物質的質量為腐蝕結垢產物的質量。

2 結果與討論

2.1 現場試片表觀形貌與腐蝕速率

通過對勝坨油田7座污水站以及注水站中的試片進行2年的跟蹤觀察發現，腐蝕嚴重的試片往往表面有較多的油泥，且腐蝕的部位和油泥的存在位置有對應關系（圖1）。坨三來水節點試片，在油泥底部，已經腐蝕掉了2 mm。腐蝕輕微的試片上往往無明顯油泥。如圖2所示，同一掛片器2個試片，是否覆有油泥，腐蝕速率相差3倍。

2.2 現場試片附著油泥與腐蝕速率

統計了各試片附著物（油泥與腐蝕結垢產物）質量與腐蝕速率的數值（圖3），可見腐蝕速率的變化與試片上附著物質量呈現一定相關性，即附著物多的試片，腐蝕速率高；腐蝕速率低的試片上附著物少。由于腐蝕速率低的試片表面基本沒有附著物，因此只對量較多的附著物進行成分含量分析 （表1）。表2是附著物中的無機晶體物質，可見試片上有腐蝕產物 Ca0.1Mg0.33Fe0.57(CO3)與 FeCO3，表明是 CO2產生的腐蝕[2-4]。附著物成分復雜，有來自于油藏的原油、水以及固體懸浮物，總稱油泥，還有腐蝕結垢產物。腐蝕結垢的產物應當與腐蝕速率有正相關，而表1數據也表明，腐蝕結垢產物的量與腐蝕速率呈現一定的正相關性，同時，金屬腐蝕結垢產物多的樣本，油泥也多，結合圖3可以得到這樣的結論：附著的油泥多，腐蝕速率高，附著的油泥少或無油泥附著的，腐蝕速率低。

圖1 污水中試片的形貌與洗油后形貌

圖3 現場污水中試片附著物的質量與腐蝕速率曲線

表1 試片上附著物成分分析

表2 A3鋼試片上附著物中無機晶體物質

2.3 試片腐蝕與油泥附著的先后順序

試片上的附著物中有油泥與腐蝕結垢產物，這些物質產生的順序有2種可能：腐蝕結垢在先，油泥附著在后；或者油泥附著在先，而后發生油泥下的腐蝕結垢。在現場掛片器中掛入不銹鋼試片，同A3試片對比（圖4）。從圖4可見，A3鋼試片腐蝕嚴重，試片表面有明顯硬質垢，存在明顯腐蝕缺口與腐蝕坑；不銹鋼腐蝕輕微，沒有腐蝕產物，但不銹鋼表面仍覆有油泥，說明不論A3鋼試片是否發生腐蝕，油泥都可能會在試片上附著。某些節點A3鋼試片，腐蝕結垢存在，但無油泥，見圖1（d），因此對A3鋼來說，可能腐蝕結垢在先，也可能覆有油泥在先。

2.4 附著油泥加速腐蝕的機理推斷

試片表面附著物最外層為油泥狀物質。就純原油而言，本身沒有腐蝕性，但油泥在金屬表面形成油墻，油墻和金屬試片之間存在相對靜態的環境，在相對靜態的環境里，腐蝕結垢產物CaCO3、FeCO3等更容易形成晶體沉淀，而不是形成細小晶體或無定型固體隨水流沖走，久而久之形成垢層，在垢下發生陽極的加速溶解，導致腐蝕速率升高[2-5]，這可能是附著油泥對腐蝕速率影響的本質原因。

關于污水中原油對金屬腐蝕的影響，普遍認為原油具有減緩腐蝕的作用[6-7]。但是，本試驗觀察到的結論卻相反，是基于3個方面的原因：

1）本試驗中金屬試片表面覆有油泥，但并非將金屬表面全部覆蓋，而是保持金屬表面一直與水相連通，水提供了源源不斷的腐蝕物質來源，導致腐蝕反應持續進行；室內研究往往采用模擬水或現場水在封閉狀態下進行，腐蝕物質在逐漸消耗。

2）本試驗中金屬試片表面所覆油泥，觀其狀態為流動性差、黏度較高的老化油，而為了分散穩定性，室內模擬實驗往往采用模擬乳化油或新鮮低黏度原油，往往很難形成現場試驗中的“油墻”。

3）本試驗方法為腐蝕失重法，即腐蝕過程持續1個月后金屬的損失,室內電化學實驗進行的時間很短,一般在1天之內完成,與現場試驗測試基礎不同。

另外值得說明的是，表1中的結果顯示，附著油泥、結垢腐蝕產物與腐蝕速率并非成比例，原因為生產動態條件下腐蝕影響因素很多，油泥對腐蝕速率影響的結論是大量現場試片統計的結果。理論上可以通過在實驗室嚴格統一其他參數而只控制油泥附著來驗證這個統計結果，但是，該模擬實驗很難實現，原因為室內實驗無法還原現場條件。首先是污水自現場取出要曝氧，曝氧后水性水質發生變化；其次室內實驗應在密閉狀態，很難保證一個月內水樣中的原油和腐蝕物質源源不斷。

除了現場掛片，現場取出的在線腐蝕檢測A3鋼金屬探頭表面也覆有油泥，洗去油泥后，金屬表面呈現幾個腐蝕坑（圖5），與掛片狀態相比，也印證了試片得到的結論。

圖4 污水系統中的A3鋼和不銹鋼試片形貌與洗油后表面腐蝕形態比較

圖5 在線腐蝕檢測探頭在現場取出后的狀態

3 結論

現行標準中采用現場試片腐蝕失重法測試污水腐蝕速率，在實際應用中所測得的數值受附著油泥的影響。盡管詳細機理有待于進一步考證，但初步分析表明，附著的油泥多，腐蝕速率高，附著的油泥少或無油泥附著的，腐蝕速率低，該現象應引起重視。

[1]油氣田開發專業標準化委員會.碎屑巖油藏注水水質推薦指標及分析方法：SY/T 5329—2012[S].北京：石油工業出版社，2012.

[2]朱元良，郭興蓬.中性介質中碳鋼腐蝕沉積膜下局部腐蝕行為[J].中國腐蝕與防護學報，2008,28(5)：271-275.

[3]張學元，邸 超，陳卓元，等.LN209井油管沉積物下方腐蝕行為[J].腐蝕科學與防護術,1999,11(5)：280-283.

[4]盧會霞.中油泥田采油污水腐蝕因素研究[D].西安：西安石油大學，2004.

[5]朱元良.碳鋼垢下腐蝕行為與緩蝕機理研究.[D].武漢：華中科技大學，2008.

[6]方紹燕.油田注水系統腐蝕因素的分析[J].油田化學,2015,32(2)：277-281.

[7]張寅龍.吐哈油田管道腐蝕分析與緩蝕劑評價研究[D].成都：西南石油大學,2014.

The effect of sewage sludge in the wastewater of oilfield joint station and water injection station on the corrosion rate of hanging piece of was investigated by field hanging piece.The results show that the more the sludge on the test piece,the higher the corrosion rate,and the corrosion rate is lower when the attached sludge is less or no sludge.The corrosion rate obtained by the method is affected by the sludge.

corrosion of wastewater;metal test piece;adhesion sludge;under-scale corrosion;stainless steel

中國石化勝利油田分公司科技攻關課題“勝坨油田注水系統腐蝕規律與控制技術研究”（編號：YKD1502）。

孫立梅（1972-），女，高級工程師，現從事地面工程技術研究工作。

路 萍

2017-03-11