某高硫高鹽油田改造工程管道腐蝕及選材分析

周愛徽

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

1 油田概況

油田位于伊拉克境內，設計規模為5萬桶/d，原油伴生氣中CO25%mol，H2S氣相含量16.21%mol，含水率最高達63%，產出水中含鹽241 g/L，運行溫度在25～65℃。油田投產3年后泄漏嚴重導致停產，其中集中處理站內從進站匯管到脫水泵前的原油管線API 5L-PSL2-BNS無縫鋼管共出現了86處泄漏。

2 管道腐蝕分析

2.1 現場條件

隨著油田不斷開采，油田總產量下降很快，含水率明顯升高，管道經常處于半管運行狀態。管道埋深不夠，有很多管道長期裸露在地面上。圖1為管道長期裸露在地面的現場照片。

圖1 管道裸露在地面的現場照片

2.2 水樣分析

對油田終端內的原油處理裝置的某個三相分離器水出口的水樣進行分析。根據《SY/T 0532 -2012油田注入水細菌分析方法》標準規范要求取3個平行水樣進行測試，采用“生長指標”法確認細菌數。表1為水樣的測試菌群量結果。

表1 水樣的測試菌群量結果

通過檢測發現水樣中主要含有硫酸鹽還原菌、腐生菌和鐵細菌。硫酸鹽還原菌含量最高。經過高溫處理后，這三類菌群依然存在。說明出油端水中就存在這三類菌群。實驗中通過對現場水樣加入殺菌劑，水樣明顯變得澄清，說明水樣中有害細菌得到抑制。

2.3 主要介質腐蝕分析

現場截取一段管道，在實驗室進行分析。通過分析發現CO2在相同的pH值下總酸度比鹽酸高，對油氣管材的腐蝕比鹽酸更嚴重。圖2為CO2導致的點蝕形貌圖。

圖2 CO2導致的點蝕形貌

同時發現H2S除了造成電化學腐蝕外，還會引起氫致開裂(HIC)和硫化物應力腐蝕開裂(SSC)，腐蝕產物是FeS。圖3為硫化物應力腐蝕開裂形貌圖。

圖3 硫化物應力腐蝕開裂形貌圖

鹽中Cl-的一方面會降低金屬表面鈍化膜的形成或加速鈍化膜的破壞，從而促進局部腐蝕損傷；另一方面降低CO2在水中的溶解度，緩解碳鋼腐蝕的作用。微生物腐蝕(MIC) 最具有代表性的SRB， SRB 利用在陰極區產生的氫將硫酸鹽還原成硫化氫，從而導致金屬腐蝕加速，其腐蝕產物是FeS和Fe2O3。圖4為SRB腐蝕造成的腐蝕形貌圖。

圖4 SRB腐蝕造成的腐蝕形貌圖

2.4 腐蝕產物SEM分析

通過對管道腐蝕產物SEM分析發現蝕坑內部呈明顯的蜂窩狀，具有明顯的腐蝕痕跡，蝕坑底部腐蝕產物有明顯的結晶堆積。圖5為管道腐蝕產物SEM分析圖。

圖5 管道腐蝕產物SEM分析圖

通過對管道腐蝕產物元素進行分析，蝕坑SEM照片對應的蝕坑腐蝕產物主要元素為Fe、O、S、等，O、S的存在表明腐蝕產物為鐵的氧化物和硫化物。圖6為管道腐蝕產物元素分析圖。

圖6 管道腐蝕產物元素分析圖

2.5 分析結論

油田產量低于預期造成管道的低流速導致游離水在管底析出，從而為SRB等細菌的繁殖創造了有利條件，也為腐蝕的發生創造了條件。SRB，H2S，CO2以及C1-共存是導致本項目碳鋼管線腐蝕的主要原因。

3 管材比選分析

3.1 石化管材選擇原則

石化管材選擇原則[1]如表2。

表2 石化管材選擇原則

3.2 管材比選方案

3.2.1 方案比選

根據管道腐蝕分析結果和石化管材選材原則，對該高硫高鹽油田改造工程的管道進行選材，選取的材料對比如表3。

表3 方案選材對比

3.2.2 適應性分析

圖7 Alloy 825在含H2S/CO2環境下的耐腐蝕性

對推薦采用的采用復合管(Alloy 825型)進行適應性分析，Alloy 825合金是一種鈦穩定化的Ni-Fe-Cr合金，具有抗氯化物應力腐蝕、抗氧化性和抗點腐蝕能力，同時還具有抗中性和還原性酸和堿的能力。Cr的加入可以使合金表面形成穩定的氧化膜；Ni可以增加合金抵抗Cl-應力腐蝕開裂的能力；Mo能提高合金的耐點腐蝕和晶間腐蝕能力。圖7是Alloy 825在含H2S/CO2環境下的耐腐蝕性。

采用ECE 5.0軟件分析：825或825復合管在該服役工況下使用是低風險的，同時也滿足NACE MR 0175/ISO 15156-3的要求。滿足項目的服役工況要求。圖8為 Alloy 825的軟件評估報告。

圖8 Alloy 825的軟件ECE評估報告

4 結論

通過對某高硫高鹽油田管道腐蝕原因進行分析，包括現場條件、水樣分析、主要介質腐蝕分析、腐蝕產物SEM分析等。得出SRB，H2S，CO2以及C1-共存是導致本項目碳鋼管線腐蝕的主要原因。最后選取一種適合該油田管道材料，通過對比選取Alloy 825復合管將已經嚴重腐蝕的管線進行更換。目前已投產2年運行良好，油田的正常運行。