鹽穴注采氣井腐蝕監測現場試驗

任眾鑫，巴金紅，劉 巖，李海偉，張 幸，敖海兵，張新悅

（1.中國石油西氣東輸管道公司，江蘇鎮江 212000；2.中國石油勘探開發研究院，北京 100083）

伴隨著國民經濟的持續快速發展，國家能源體制化改革的步伐逐漸加快，國內天然氣市場也在穩定健康地蛻變，這對于天然氣儲運配套設施的工程建設和運營管理都提出了新階段的挑戰和要求[1]。鹽穴型儲氣庫作為重要的天然氣儲集設施，具有注采氣量大、調峰能力強等優勢，其戰略地位也在不斷提升[2]。西氣東輸鹽穴儲氣庫已投產運行多年，但關于井筒腐蝕領域的分析或研究開展較少，現場腐蝕監測亦未曾有效實施。為此，研究通過采用掛片監測的方法[3]，對鹽穴注采生產井進行腐蝕監測現場試驗，以豐富相關監測技術內容和完善儲氣庫井筒監測技術體系。

1 試驗設計與實施

圖1 監測掛片位置示意圖

鹽穴儲氣井井下設備較多，管柱結構復雜。基于工藝應用的安全、經濟性及監測本身對注采生產的影響考慮，同時結合應急和調峰時期現場生產計劃，根據井筒現有實際條件，并參考現場測試其他作業實踐與效果，研究決定采用井口掛片方法對金壇庫區A井的腐蝕狀況進行試驗監測，監測掛片位置示意（見圖1）。

在原井口設施基礎上，對采氣樹帽法蘭進行改裝，內側通過連接桿件安裝放置腐蝕監測掛片試樣。試樣連接安裝完成后，再與采氣樹帽法蘭裝回采氣樹，使得掛片試樣向下伸入到采氣四通中部，以充分接觸流經翼通道的注采氣體。完成設定的監測周期后，將采氣樹帽法蘭卸下，取出掛片試樣進行檢測處理和分析，最后評價試驗井腐蝕狀況。掛片試樣下井前需要經過稱重和標定等環節。

2 試驗結果

2.1 試樣形貌對比

監測結束后取出掛片，觀察并記錄試樣表面腐蝕情況；之后將其放入丙酮中，用脫脂棉除去試樣表面油污后再放入無水乙醇中浸泡，以進一步脫脂和脫水；用去污粉和紗布分別對掛片試樣進行擦拭清洗，除去掛片表面腐蝕產物；然后用水清洗，接著繼續放入無水乙醇脫水；最后經冷風吹干，靜置1 h后稱重。掛片試樣清洗前后的宏觀形貌對比（見圖2）。

由圖2可知，掛片試樣監測結束后表面腐蝕產物呈黑灰色，清洗后恢復至金屬本身的亮色。然后使用金相顯微鏡觀察掛片試樣的顯微形貌，試驗前后的顯微形貌對比（見圖3）。

由圖3可知，試驗后掛片試樣的表面存在點蝕坑，且沿長度方向呈現出劃痕。推測可能由于注采生產時高速氣流裹挾的雜質顆粒或微滴狀水汽對試樣刮劃所致。

2.2 腐蝕速率計算

根據失重法原理，稱重測量、計算試樣均勻腐蝕速率和點腐蝕速率，結果（見表1）。

由表1可知，各掛片試樣的均勻腐蝕速率分別為0.0058 mm/a、0.0058 mm/a、0.0018 mm/a，平均值為0.0045 mm/a。

圖2 試樣清洗前后宏觀形貌

圖3 掛片試樣表面的金相顯微形貌

表1 試樣均勻腐蝕速率值

表2 試樣點腐蝕速率值

點腐蝕速率計算結果（見表2）。由表2可知，各試樣點腐蝕速率分別為 0.1369 mm/a、0.1369 mm/a、0.0730 mm/a，平均值為 0.1156 mm/a。

表3 NACE關于腐蝕程度的分級

依照計算結果，參考美國腐蝕工程師協會NACE SP0775-2013標準關于腐蝕程度的分級表（見表3）可知，掛片試驗的均勻腐蝕和點腐蝕情況均屬于輕度。

2.3 腐蝕產物分析

使用電子掃描顯微鏡（SEM）對掛片試樣表面進行分析，形貌（見圖4）。由圖4可知，試樣表面的點蝕坑周圍明顯堆積有腐蝕產物。為確定該腐蝕產物成分，繼續對其進行能譜儀（EDS）分析，結果（見表4）。

根據EDS分析結果，試樣表面腐蝕產物以C、O、Fe元素為主。由于現場注采氣體成分中均不含硫，再結合井口工況環境，據此分析掛片試樣表面的腐蝕主要由因井筒采氣時攜帶的凝析水和CO2氣體共存所導致的均勻腐蝕和點腐蝕所致，其表面腐蝕產物預計以FeCO3為主。

3 結論

（1）結合鹽穴注采氣井實際情況，基于生產、安全和經濟性等多種因素考慮，采用掛片監測的方法對注采生產井進行了腐蝕監測現場試驗，并借此完成了相應的試驗結果處理和分析評價。

圖4 SEM下試樣表面腐蝕形貌

表4 試樣表面腐蝕產物EDS分析結果

（2）根據腐蝕速率計算結果，參考NACE相關分類標準，監測試驗中的均勻腐蝕和點腐蝕情況均屬于輕度。

（3）綜合試驗與分析，推測掛片試樣表面腐蝕主要由采氣凝析水和CO2氣體共存所導致的均勻腐蝕和點腐蝕所致。