黄兴银
中国石油新疆油田公司准东采油厂，新疆 ，831511
摘要：在油气田开发中，从钻井、开采、集输、油气水处理、储运等生产的各个环节腐蚀都无处不在、无时不有，腐蚀是制约和影响油田生产的主要因素之一，生产安全、人身安全和环境保护都会受到腐蚀影响。本文着重围绕油田产出水系统管线腐蚀发生案例和腐蚀机理研究着手，剖析管线腐蚀的原因，找到行之有效的监测手段，制定出合理的防腐措施，解决油田产出水系统管线腐蚀问题。
关键词：管线腐蚀；高矿化度；硫化氢
1 概要
随着油田不断开发，特别是高含硫、高含盐油田，联合站水处理系统管线腐蚀不断加剧，一方面由于管线材质问题，一方面由于水质问题。高矿化度污水，加之氯根及硫化氢作用，极易造成普通碳钢管线腐蚀穿孔，腐蚀问题已成为油田产出水系统运行的最大瓶颈。
2 管线腐蚀案例及机理
油田投产初期，只是一些点蚀引发局部腐蚀，特别容易发生在焊缝、弯头以及未流动积液管段处，临时处理措施主要是打管卡和玻璃胶带缠绕处理。但随着管线运行时间推移，越来越多的点蚀发生，导致管线连片腐蚀穿孔直至报废。以中东某油田为例，产出水系统投产近9年，由于采出水矿化度和氯离子含量很高，其中矿化度：18～27×104mg/L，Cl-：9.4～15.4×104mg/L，Ca2+＋Mg2+＞12000mg/L，加之H2S含量也较高，管线腐蚀穿孔已多达千余处，导致旧的流程基本无法使用，必须新建流程维持生产运行。
把腐蚀管段切割开，并结合产出水水质分析，取管段腐蚀沉积物化验，推断出产出水处理系统腐蚀的原因如下：
2.1硫化亚铁沉积与微生物(主要是SRB)共同作用引起的腐蚀
产出水含有高浓度的H2S和一定数量的微生物(SRB)。腐蚀产物(FeS)是一种具有比钢更高电势的导电材料。当沉积在钢表面时，可用作腐蚀电池的阴极。随着腐蚀产物的增加，阴极逐渐变大，容易形成大阴极-小阳极的腐蚀电池。SRB一旦进入沉积物内并形成生物膜，就更容易形成闭塞环境。同时，微生物代谢物(S2-)也是腐蚀反应的原料。
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图1 FeS 沉积 和SRB腐蚀机理
2.2 Cl-引起的腐蚀
氯离子是影响腐蚀速率的最重要的阴离子，氯离子对金属局部腐蚀的影响最为显著。氯离子通过穿透和破坏保护表面层或钝化膜，增加碳钢和不锈钢对局部点蚀的敏感性。氯离子可以很容易地通过阳极表面的腐蚀产物，中和阳极附近的正电荷。高浓度的氯离子能催化溶解金属离子的水解反应，引起pH值的下降，提高点蚀速率，使腐蚀反应持续进行。作为腐蚀产物的Fe2+将与Cl-结合并继续水解生成酸。这种自催化过程会提高腐蚀速率。
FeCl3的存在也很危险，因为Fe3+离子是一种强氧化剂，可以使金属腐蚀。
2.3 PH值对腐蚀速率的影响
由金属腐蚀理论可知，随着PH值增加，水中氢离子浓度降低，金属腐蚀过程中氢离子去极化的阴极反应受到抑制，碳钢表面对生成氧化性保护膜的倾向增大，故油田产出水对碳钢管线的腐蚀性随着PH值增加而降低。PH值可以改变腐蚀机理，pH值为4和5时以析氢反应为主；pH值为6和7时析氢反应和吸氧反应同时进行；pH值超过7时以吸氧反应为主。图2为pH值与腐蚀速率的关系和腐蚀机理。
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图2 pH值与腐蚀速率的关系
2.4 溶解氧(DO) 引起的腐蚀
溶解氧参与腐蚀过程并发挥重要作用。产出水中的溶解氧，和金属管线铁组成腐蚀电池，铁的电极电位比氧的电极电位低，在铁氧腐蚀电池中，铁是阳极，失去电子成为亚铁离子，氧为阴极进行还原，溶解氧的这种阴极去极化的作用，造成对金属管线的腐蚀。此外氧还会把溶于水的氢氧化铁沉淀，使亚铁离子浓度降低，从而加剧腐蚀。溶解氧的存在提高了腐蚀速率。因此，溶解氧应该被控制在0.05ppm以下。
3 管线腐蚀监测
目前，在油气田的生产建设中，有很多腐蚀监测技术，其中挂片法、电阻探针法和线性极化电阻法。挂片法即失重法，是工业上最常用的腐蚀监测技术。其基本的测量原理就是失重，在一定的暴露时间内发生的重量损失就是腐蚀速度。把一个挂片放到工艺环境中，一定时间以后，取出挂片进行分析。根据时间周期、试件表面积、试件材质密度、失重量计算其腐蚀速度。
在生产现场腐蚀环境最苛刻，最能反映生产现场介质的腐蚀性，现场经常发生腐蚀的部位设置监测点。一般选在同一区块的汇管和输液量相对较大、腐蚀较严重的管线。可采用失重法和电阻探针法单一监测或联合监测。管线较长且腐蚀比较严重，也可在管线中部加腐蚀监测点，以达到对管线相同介质，不同温度、不同压力情况下腐蚀速度变化情况进行监测。建议在水处理系统压力容器的进出口全部设立监测挂片点，以保证对系统管线的腐蚀情况进行全方位监测。
4 管线腐蚀治理方案
4.1改善水质
针对产出水中Cl-含量高、PH值低、溶解氧含量高以及硫化氢含量高的特点，有针对性地对产出水系统添加化学药剂，例如在产出水来液管线添加氢氧化钠，调整产出水PH，控制在6.5-7左右；筛选合适的除氧剂，结合真空脱氧塔脱氧，可以将水中溶解氧控制在0.05ppm以下。针对硫化氢含量高的问题，可以采用气提装置，用干气将水中硫化氢气提置换出来，同时也能将PH值升高。同时，根据腐蚀介质变化、流速等工艺条件开展缓蚀阻垢剂效果评价，筛选出合适的缓蚀阻垢剂也是减缓腐蚀速率较为有效的手段。经过现场试验证明，添加化学药剂能将腐蚀速率控制在理想的范围。
4.2 电化学防腐
电化学腐蚀也是管线腐蚀的重要因素，因此加强电化学防腐是重点。在现场电化学防腐主要的形式分两种：1阴极保护接线桩；2牺牲阳极腐蚀块。在易腐蚀的管线上加装阴极保护接线桩是通用的办法，只需定期维护保持一定电位，日常监测关注参数包括恒电位仪输出电压、输出电流、保护电位、土壤电阻率等。牺牲阳极腐蚀块主要的保护对象是各压力容器。从实际情况看，腐蚀最早发生和最严重的实际是各条管线，容器没有发生明显腐蚀。所以水处理系统应该加强管线的电化学防腐，虽然不能从根源解决腐蚀问题，但是能有效抑制腐蚀的发生。在管线内加装了牺牲阳极腐蚀块后，管线的腐蚀速率明显下降。管线上加牺牲阳极块就需要有选择的添加，不是所有的管线都适合添加牺牲阳极块。只有经常充满水的管线适合添加，因为阳极块的牺牲需要有介质的存在，否则效果可能不够理想。
对于玻璃钢和内表面涂料有限制的管道，如管道压力要求或将管道的短部件连接到储罐上。然而，对于需要内部防腐的管道，可以采用内表面阴极保护。与外加电流阴极保护相比，牺牲阳极阴极保护具有改造要求低、施工工艺简单、安装难度低等优点。因此，具有很强的适用性。除常用的块状阳极外，管道中适用的牺牲阳极还包括带状阳极和棒状阳极。
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4.3更换管线材质
根据介质、杂质、腐蚀产物，温度、压力、流速等工艺条件综合选材，产出水处理系统低压管道内运行介质的主要特点是低压、低流量，也有间歇管道，如溢流管道、回流管道、排污管道等。根据管道中介质的特点，可以通过更换玻璃钢管道来解决管道的腐蚀问题，玻璃钢是一种纤维增强塑料，是以玻璃纤维及其制品(玻璃布、胶带、毡、纱等)为增强材料，合成树脂为基材的复合材料。纤维增强复合材料由增强纤维和基体组成。玻璃钢管道可以同时解决管道内腐蚀与埋地管道外腐蚀问题。
5 结论
5.1 通过添加化学药剂改善产出水水质，未更换玻璃钢管线的管段刺漏点明显减少，管线腐蚀速率显著降低。
5.2 从现场运行来看，更换过玻璃钢的管段基本没有腐蚀穿孔现象发生，玻璃钢管线具有较强的抗腐蚀能力。
5.3 腐蚀刺漏点的减少，极大地改善了环境污染问题，减轻了员工工作强度以及避免了堵漏带来的人身安全问题，带来了良好的环保效益和安全效益。
参考文献：
[1]卢会霞.中原油田采油污水腐蚀因素研究{D}.西安石油大学，2004
[2]赵景茂，左禹，熊金平.PH值对低碳钢在高含盐污水中的腐蚀影响[J]，材料保护，2001.34
[3]吴兰廷.中原油田含油污水水质处理技术研究探讨[J].油气地面工程，2009.28
作者简介：黄兴银（出生年份：1985年），性别：男，民族：汉族，籍贯：四川，职务/职称：新疆石油管理局有限公司伊拉克分公司副经理，工程师，学历：大学本科，单位（所在省市，邮编）：中国石油新疆油田公司准东采油厂，新疆 ，831511，研究方向：石油工程技术，石油生产技术，海外油气田开发等