元壩氣田地面集輸系統(tǒng)緩蝕劑應(yīng)用及效果評(píng)價(jià)

(中國(guó)石化西南油氣分公司采氣二廠，四川 閬中 637400)

隨著含硫氣田的開(kāi)發(fā)，氣井地面集輸系統(tǒng)腐蝕問(wèn)題也相應(yīng)突出。在石油天然氣采輸過(guò)程中，常采用緩蝕劑來(lái)減緩腐蝕介質(zhì)對(duì)輸送金屬管道的腐蝕。大量實(shí)踐表明，緩蝕劑能夠有效減緩金屬的腐蝕，使設(shè)備、管道的腐蝕速率控制在一定范圍內(nèi)，達(dá)到設(shè)備、管道的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行[1-5]。

元壩長(zhǎng)興組氣藏硫化氫以及二氧化碳含量高，東部灘相儲(chǔ)層普遍存在底水，投產(chǎn)后氣水同產(chǎn)。開(kāi)發(fā)生產(chǎn)過(guò)程中，原料氣攜帶大量地層水或因前期儲(chǔ)層酸化改造注入的殘酸返排到集輸流程中，加劇集輸管道腐蝕。在投產(chǎn)初期，為保證緩蝕劑成膜效果，采用加倍加注的方式，站外管線每個(gè)月定期開(kāi)展一次緩蝕劑涂膜作業(yè)，使得系統(tǒng)存在大量的緩蝕劑，而緩蝕劑與氣田水或殘酸發(fā)生乳化反應(yīng)堵塞后端液相水處理系統(tǒng)，不僅造成緩蝕劑浪費(fèi)同時(shí)影響氣田連續(xù)生產(chǎn)[6]。因此有必要定期對(duì)集輸系統(tǒng)緩蝕劑開(kāi)展運(yùn)行情況分析及效果評(píng)價(jià)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)檢測(cè)數(shù)據(jù)以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，及時(shí)調(diào)整緩蝕劑運(yùn)行方案，提高緩蝕劑利用率。

1 運(yùn)用現(xiàn)狀

元壩氣田地面集輸工程分兩期建設(shè)，一期試采工程井口設(shè)置緩蝕劑加注，三級(jí)之后采用多相流計(jì)量分離器或生產(chǎn)分離器對(duì)后期生產(chǎn)的產(chǎn)出水進(jìn)行分離，并在出站前對(duì)上游流程分離掉的緩蝕劑進(jìn)行補(bǔ)充加注。試采工程工藝流程見(jiàn)圖1。

二期滾動(dòng)建產(chǎn)工程在試采工程的基礎(chǔ)上改進(jìn)集輸工藝，將分酸分離器與多相流計(jì)量分離器合并為分水分離器,設(shè)置在井口。滾動(dòng)建產(chǎn)工程工藝流程見(jiàn)圖2。該流程僅在分水分離器后加熱爐進(jìn)口前加注緩蝕劑，取消出站緩蝕劑的補(bǔ)充加注，這樣減少了因分離器的分離造成緩蝕劑的損失。

隨著氣田生產(chǎn)趨于穩(wěn)定，投產(chǎn)后地面集輸系統(tǒng)先后開(kāi)展了7次緩蝕劑運(yùn)用制度調(diào)整。目前元壩氣田平均日產(chǎn)量1 100×104m3，日產(chǎn)水450 m3，站內(nèi)連續(xù)加注系統(tǒng)中日平均每百萬(wàn)立方米天然氣加注緩蝕劑64 L，批處理一輪總投入緩蝕劑約6 000 L。若不考慮多相流計(jì)量分離器與生產(chǎn)分離器等設(shè)備分離部分緩蝕劑進(jìn)入污水系統(tǒng)，則整個(gè)集輸系統(tǒng)中緩蝕劑質(zhì)量濃度約為2 850 mg/L，仍然高于川東北高含硫地區(qū)產(chǎn)水時(shí),按照系統(tǒng)中不低于1 000 mg/L進(jìn)行加注緩蝕劑的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[6]。

圖2 滾動(dòng)建產(chǎn)工程工藝流程示意

1.1 緩蝕劑連續(xù)加注

緩蝕劑連續(xù)加注技術(shù)是通過(guò)高壓加注裝置，將緩蝕劑以一定的注入量霧化注入到集氣管線之中，均勻附著在管壁上的加注技術(shù)。該技術(shù)能抑制腐蝕介質(zhì)侵蝕管壁,從而減緩管壁的腐蝕[7-8]。

在投產(chǎn)初期，考慮到氣井產(chǎn)出物較為復(fù)雜，返排大量殘酸等對(duì)管道造成腐蝕，故采用加倍加注的方式來(lái)抑制氣井生產(chǎn)初期管道的腐蝕。因出站前原料氣經(jīng)過(guò)多相流計(jì)量分離器或者生產(chǎn)分離器，井口加注的緩蝕劑遭到分離進(jìn)入污水系統(tǒng)，故在出站前翻倍補(bǔ)加緩蝕劑，以保證分離器至外輸管線得到保護(hù)。投產(chǎn)1 a后，試采工程殘酸已基本返排結(jié)束，考慮逐步將投產(chǎn)初期的加倍加注制度進(jìn)行下調(diào)，系統(tǒng)穩(wěn)定后，將加注制度由目前的200%的加注量下調(diào)至150%。

針對(duì)滾動(dòng)建產(chǎn)工程，統(tǒng)一在加熱爐前加注。

試采工程緩蝕劑使用時(shí)，需考慮殘酸返排液、后期地層水以及混輸工藝的影響，滾動(dòng)建產(chǎn)工程則只需考慮產(chǎn)出液的影響，結(jié)合整個(gè)集輸腐蝕速率(低于行業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)0.076 mm/a)與系統(tǒng)中緩蝕劑殘余量(大于1 000 mg/L)控制，元壩氣田地面集輸系統(tǒng)先后開(kāi)展了7次緩蝕劑制度調(diào)整(見(jiàn)表1)。

表1 連續(xù)加注緩蝕劑制度調(diào)整

1.2 緩蝕劑批處理涂膜

在兩只清管球之間加入適量緩蝕劑/柴油+緩蝕劑，以高壓天然氣作動(dòng)力源推動(dòng)導(dǎo)向清管器和涂膜清管器進(jìn)行工作，使得管道內(nèi)壁涂上一層不小于0.1 mm厚度的緩蝕劑保護(hù)膜，該技術(shù)稱(chēng)為緩蝕劑批處理涂膜技術(shù)[9-11]。

元壩氣田地面集輸系統(tǒng)初期統(tǒng)一按照30 d一次批處理涂膜作業(yè)的方式進(jìn)行防腐蝕，運(yùn)行 1 a后，外輸管線腐蝕速率維持在0.04 mm/a左右。選取一段產(chǎn)水量小，氣量可控的管線進(jìn)行試驗(yàn)，將批處理作業(yè)周期從30 d延長(zhǎng)至45 d(緩蝕劑成膜有效期大于50 d)，同時(shí)加大腐蝕速率的監(jiān)控，1 a后，沿線FSM(電指紋腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng))與UT(超聲波探傷)顯示該管段平均腐蝕速率為 0.042 mm/a，低于行業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)0.076 mm/a，考慮到管線腐蝕主要受到輸送氣的水含量以及氣速影響，逐步將試采工程混輸段采用35d/次作業(yè)周期，分輸段采用45 d/次作業(yè)周期，而部分產(chǎn)水少且氣速位于3～8 m/s的管段也采用45 d/次的作業(yè)周期。按此制度執(zhí)行1 a，同時(shí)每月監(jiān)控腐蝕速率，調(diào)整后，站外管線最大腐蝕速率0.045 mm/a(見(jiàn)圖3)，低于控制指標(biāo)0.076 mm/a。

緩蝕劑批處理效果主要與涂膜周期、涂膜速度以及介質(zhì)流速有關(guān)。目前，元壩氣田試采工程酸氣管道中，2號(hào)線、3號(hào)線和復(fù)線的緩蝕劑批處理周期為45 d/次；1號(hào)線、4號(hào)線的緩蝕劑批處理周期為35 d/次。滾動(dòng)建產(chǎn)酸氣管道中，投產(chǎn)初期緩蝕劑批處理周期統(tǒng)一按30 d/次，其中介質(zhì)流速超過(guò)5 m/s的管段緩蝕劑批處理周期調(diào)整為45 d/次，涂膜球速基本控制在3 m/a以下。

圖3 站外管線腐蝕速率

2 效果評(píng)價(jià)

2.1 現(xiàn)場(chǎng)使用效果

試采工程場(chǎng)站內(nèi)多相流計(jì)量分離器或生產(chǎn)分離器設(shè)置有取樣口分析該點(diǎn)緩蝕劑濃度，滾動(dòng)建產(chǎn)工程則在火炬分液罐或酸液緩沖罐取樣分析。從取樣結(jié)果來(lái)看(見(jiàn)圖4)，元壩氣田地面集輸系統(tǒng)酸氣管道、設(shè)備緩蝕劑覆蓋率達(dá)100%。

圖4 集輸系統(tǒng)緩蝕劑殘余濃度

在投產(chǎn)初期發(fā)現(xiàn)緩蝕劑遇水即發(fā)生乳化現(xiàn)象。隨著元壩氣田的生產(chǎn)運(yùn)行，系統(tǒng)中多余的緩蝕劑則隨著液相進(jìn)入污水系統(tǒng)，由于采用油溶性緩蝕劑，遇水極易乳化，使得污水系統(tǒng)相繼出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。生產(chǎn)分離器、污水緩沖罐、火炬分液罐籃式過(guò)濾器，污水管線掛片裝置以及清管污物均存在緩蝕劑與氣田水等混合物，此混合物是造成污水系統(tǒng)堵塞、運(yùn)行不暢的主要原因，甚至影響氣井的正常生產(chǎn)。

目前，30座采集氣場(chǎng)站腐蝕掛片(CC)以及電阻探針(ER)顯示其氣相腐蝕速率均處于受控狀態(tài)，平均腐蝕速率低于0.076 mm/a，地面集輸系統(tǒng)總體處于受控狀態(tài)(見(jiàn)圖5)。

站外管線23套電指紋以及10套在線超聲波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示(見(jiàn)圖6和圖7)，酸氣管線平均腐蝕速率低于酸性氣田平均腐蝕速率控制值(0.076 mm/a)，內(nèi)腐蝕受控，總體上緩蝕劑的緩蝕效果較好。

圖5 采集氣場(chǎng)站腐蝕速率

圖6 電指紋腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

圖7 在線超聲波(UT)腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

由于試采工程場(chǎng)站液相加入了緩蝕劑，其液相管道腐蝕掛片的腐蝕速率較低，均低于0.076 mm/a,腐蝕受控(見(jiàn)圖8)，掛片無(wú)明顯腐蝕坑。而滾動(dòng)建產(chǎn)工程場(chǎng)站液相管道無(wú)緩蝕劑保護(hù)，其液相管道腐蝕掛片顯示腐蝕速率相對(duì)較高(見(jiàn)圖9)，尤其是產(chǎn)出水量高的井，懸掛的掛片肉眼可見(jiàn)明顯點(diǎn)蝕。可以看出，緩蝕劑具有明顯緩蝕效果。

試采工程站內(nèi)污水管線在運(yùn)行過(guò)程中未見(jiàn)腐蝕速率超過(guò)0.076 mm/a，最大為0.06 mm/a;滾動(dòng)建產(chǎn)工程站內(nèi)污水管線出現(xiàn)腐蝕速率超標(biāo)，最大腐蝕速率為0.157 6 mm/a。

2.2 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證緩蝕劑乳化情況以及緩蝕效果，開(kāi)展了緩蝕劑與氣田水的配伍性試驗(yàn)，同時(shí)懸掛腐蝕掛片開(kāi)展緩蝕情況室內(nèi)試驗(yàn)。該次試驗(yàn)油氣田水與緩蝕劑在不同比例下混合，并在試驗(yàn)瓶中放入掛片(L360QS)，觀察掛片在氣田水與緩蝕劑的混合液體中的腐蝕速率，分別進(jìn)行了5組對(duì)比試驗(yàn)。

圖8 試采工程場(chǎng)站管道腐蝕速率

圖9 滾動(dòng)建設(shè)工程場(chǎng)站管道腐蝕速率

第1組：空白樣品，400 mL氣田水內(nèi)放入一片新掛片(L037)；

第2組：400 mL氣田水+200 mL緩蝕劑放入一片新掛片(L036)；

第3組：400 mL氣田水+400 mL緩蝕劑放入一片新掛片(L020)；

第4組：200 mL氣田水+400 mL緩蝕劑放入一片新掛片(L040)；

第5組：對(duì)比樣品，200 mL氣田水放入一片新掛片(L301)。

兩個(gè)月后將其取出，對(duì)掛片進(jìn)行檢測(cè)分析，結(jié)果如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)室掛片數(shù)據(jù)

試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)緩蝕劑與氣田水不同比例下均會(huì)發(fā)生乳化，且氣田水越多，乳化固態(tài)物越多。液相流程堵塞物為緩蝕劑與流程污物混合形成。緩蝕劑乳化后仍具有緩蝕效果，未加注緩蝕劑的樣瓶中腐蝕掛片肉眼可見(jiàn)明顯點(diǎn)蝕，添加了緩蝕劑的掛片肉眼未見(jiàn)明顯點(diǎn)蝕或坑蝕。添加了緩蝕劑的掛片腐蝕速率明顯低于未添加緩蝕劑的掛片腐蝕速率。

3 結(jié) 論

(1)元壩氣田地面集輸系統(tǒng)采用的緩蝕劑與氣田水混合后會(huì)發(fā)生乳化現(xiàn)象，其乳化后仍具有緩蝕效果。

(2)經(jīng)過(guò)對(duì)緩蝕劑添加方案調(diào)整優(yōu)化，元壩氣田地面集輸系統(tǒng)腐蝕仍然受控，平均腐蝕速率低于0.076 mm/a。

(3)試采工程集氣站外輸管線緩蝕劑加注量按照上游來(lái)氣與該站總氣量計(jì)算加注，復(fù)線修建后減少了部分進(jìn)氣量，但仍有優(yōu)化調(diào)整空間。

(4)滾動(dòng)建產(chǎn)工程在試采工程基礎(chǔ)上優(yōu)化了工藝，減少了設(shè)備，但分水分離器液相管道卻因無(wú)緩蝕劑保護(hù)存在腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。