大牛地氣田采出水處理系統(tǒng)腐蝕分析

韓杰林 周 軍 劉岳龍 萬 偉 彭思洲 盧智廣 劉詩桃

（1. 中石化華北油氣分公司采氣一廠，陜西 榆林 719000；2. 西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川 成都 610500；3. 中石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，河南 鄭州 457001）

0 引言

大牛地氣田地處陜蒙交接的毛烏素沙漠南部，冬季最低氣溫可達(dá)-30～40℃。為防止集輸管線內(nèi)形成水合物造成管道堵塞[1]，因此，采用井口注醇的方式抑制水合物的形成。由于井口注入的甲醇，在集氣站內(nèi)通過天然氣站場分離，與氣井產(chǎn)出的地層水一起進(jìn)入氣田污水系統(tǒng)，最終形成含甲醇采出水[2]。

大牛地氣田含醇采出水水型以CaCl2型為主，該含醇采出水水質(zhì)具有“四高一低”的顯著特點：高礦化度、高濁度、高含鐵量、高腐蝕性、低pH值，屬于易結(jié)垢[3]、腐蝕性強(qiáng)的采出水體系，會引起垢層下嚴(yán)重腐蝕。此外，天然氣中含CO2且部分采出水采用汽車?yán)\，導(dǎo)致含醇采出水中溶解有CO2和O2，增強(qiáng)了采出水的腐蝕性。

本文通過結(jié)合現(xiàn)場水質(zhì)成分分析結(jié)果，進(jìn)行結(jié)垢模擬研究，基于模擬結(jié)果開展現(xiàn)場掛片實驗，研究不同水質(zhì)條件下的腐蝕狀況，明確大牛地氣田采出水處理系統(tǒng)腐蝕程度。

1 采出水處理系統(tǒng)工藝流程

采出水處理工藝流程如圖1所示。大牛地氣田各集氣站產(chǎn)生的含油含醇采出水采用管輸或油罐車?yán)\至凈化廠，卸車至卸車池。污水在卸車池內(nèi)經(jīng)沉淀、浮船式一級除油處理轉(zhuǎn)水至接收水罐，進(jìn)行撬裝除硫作為預(yù)處理原料液儲存。原料液經(jīng)甲醇再生裝置處理，甲醇產(chǎn)品進(jìn)產(chǎn)品甲醇儲罐，裝車?yán)\個集氣站回用[4]。回收的凝析油裝車外運銷售。脫甲醇廢水回注地層，甲醇污水預(yù)處理產(chǎn)生的污泥經(jīng)脫水處理，泥餅焚燒處理。

圖1 采出水處理工藝流程示意圖

2 采出水結(jié)垢模擬

OLl ScaleChem軟件用以預(yù)測石油天然氣生產(chǎn)、采出水處理過程中的結(jié)垢問題，該軟件內(nèi)置的OLI水模型考慮了化學(xué)物質(zhì)的物種形成，可以準(zhǔn)確預(yù)測化學(xué)物質(zhì)之間的反應(yīng)、固體形成、pH和離子組成，本研究采用OLI水模型進(jìn)行原料水、塔底水、回注水的結(jié)垢模擬。

原料水、塔底水、回注水其結(jié)垢量隨溫度變化情況如圖2所示。如圖2可見，預(yù)處理前水、塔底水、回注水結(jié)垢量隨溫度的上升均呈增加趨勢，其中，原料水水結(jié)垢量從38mg/L增加到52mg/L，塔底水結(jié)垢量從62mg/L增加到76mg/L，回注水結(jié)垢量從62mg/L增加到70mg/L。

圖2 不同水質(zhì)結(jié)垢量隨溫度的變化

3 現(xiàn)場掛片實驗

由于含醇采出水成分復(fù)雜，不同工藝流程下其腐蝕性成分的量差別較大，但均含有大量侵蝕性離子，如Cl-、HCO3-等，造成管線刺漏頻發(fā)，設(shè)備腐蝕穿孔等安全事故。為進(jìn)一步明確站場內(nèi)生產(chǎn)管線設(shè)備的腐蝕情況，通過安裝腐蝕掛片實現(xiàn)定點監(jiān)測，為后期生產(chǎn)管線防腐工作提供數(shù)據(jù)支撐。

3.1 實驗方案

現(xiàn)場腐蝕掛片材質(zhì)采用20#鋼，密度為7.85g/cm3，掛片規(guī)格為40×13×2mm。現(xiàn)場掛片取片后首先在蒸餾水中用脫脂擦清洗，再用蒸餾水沖洗15秒，然后在無水乙醇中用脫脂棉擦洗兩遍，其次將掛片放置在干燥濾紙上，冷風(fēng)吹干并用濾紙包好，置于干燥器中，24h后稱重待用[5]。現(xiàn)場掛片實驗情況如表2所示，每組實驗掛片數(shù)量為4片。

表2 現(xiàn)場腐蝕掛片安裝情況

3.2 現(xiàn)場腐蝕掛片表面表征

現(xiàn)場腐蝕掛片光學(xué)照片如圖3所示。由圖3可見，掛片表面附著少量的黑色物質(zhì)，與掛片表面貼合緊密，不易脫落。其中，流動介質(zhì)為原料水和回注水的實驗掛片結(jié)構(gòu)完整，表面光滑平整，存在一定腐蝕痕跡；流動介質(zhì)為塔底水的實驗掛片存在掛片丟失現(xiàn)象，且剩余掛片結(jié)構(gòu)完整度較低，掛片表面附著有黑褐色腐蝕產(chǎn)物，腐蝕痕跡較明顯。由此可推測，流動介質(zhì)為塔底水的管線腐蝕程度較嚴(yán)重。

圖3 現(xiàn)場腐蝕掛片光學(xué)照片

3.3 現(xiàn)場腐蝕掛片失重率測試

腐蝕速率計算公式如式（1）所示。

式中，CR為現(xiàn)場腐蝕掛片均勻腐蝕速率；W0為現(xiàn)場腐蝕掛片腐蝕前的重量平均值，g；Wcorr為現(xiàn)場腐蝕掛片腐蝕后的重量平均值，g；ρ為碳鋼的密度，g/cm3；S為試樣的總面積，m2；T為實驗掛片監(jiān)測時間，h。

實驗掛片均勻腐蝕速率計算結(jié)果如圖4所示。如圖4可見，除四站進(jìn)料管線處實驗掛片腐蝕速率低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)0.076mm/a外，其余位置掛片均勻腐蝕速率均遠(yuǎn)高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其中，二站塔底泵出口管線處實驗掛片均勻腐蝕速率為1.7649mm/a，屬于重度腐蝕。結(jié)合水質(zhì)溫度來看，隨著水質(zhì)溫度升高，實驗掛片均勻腐蝕速率存在明顯上升趨勢。

圖4 腐蝕速率與溫度曲線

4 結(jié)語

（1）通過結(jié)合現(xiàn)場水質(zhì)成分分析結(jié)果，進(jìn)行結(jié)垢模擬研究，結(jié)果表明：原料水、塔底水、回注水均存在明顯結(jié)垢趨勢，不同水質(zhì)下結(jié)垢量隨溫度升高而增大，其中塔底水結(jié)垢量最大，高達(dá)76mg/L。

（2）開展現(xiàn)場掛片實驗，研究不同水質(zhì)條件下的腐蝕狀況，結(jié)果表明：流動介質(zhì)為塔底水、回注水的管線腐蝕程度嚴(yán)重，實驗掛片均勻腐蝕速率均遠(yuǎn)高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)0.076mm/a，屬于大牛地氣田采出水處理系統(tǒng)下一步腐蝕防治的重點目標(biāo)。