论文部分内容阅读
摘要：集输站在运行过程中经常出现管线腐蚀穿孔现象，对站内系统正常运行产生严重影响。通过对腐蚀产物、腐蚀环境、防腐层状况的判断以及腐蚀因素的分析，文章分析了集输站管道腐蚀穿孔的原因和穿孔机制。通过分析研究，认为油井酸化返排酸液体进入到集输站内含有的S2-是导致管道腐蚀穿孔的主要影响因素。如果集输系统含有SRB，流体流速慢的情况下，水和CL-含量高也是导致管道腐蚀穿孔的重要诱因。在此基础上，文章对腐蚀控制措施提出了解决对策和建议，对管道腐蚀穿孔预防与治理具有一定的价值和指导意义。
关键词：集输站;腐蚀穿孔;预防
1 集输站管道外腐蚀分析
2019年对集输站管道进行了完整性安全检测和评价，对防腐层漏损点利用PCM和A字驾也进行了检测。完整性检测和管道开挖结果都显示，管道大部分防腐层完整性良好，只有前期由于管线泄露采用打卡子方式修复点存在防腐层损坏情况。按照埋地管道防腐检测行业标准对站内管道所处环境进行测定与分析，主要参数有土壤电阻率、氧化还原电位、土壤PH值、土壤成分等。通过对取样样品的实验室理化性质分析，可以确定土壤的含水率、矿化度、氯根含量等，按照评价标准对土壤腐蚀性能进行等级界定，结果显示，集输站管道周边土壤环境腐蚀性等级评价结果为II级（较弱），也就是说，土壤的埋地管道具有较弱的腐蚀性[1]。
2 集输管道内腐蚀分析
2.1 管道内输送的介质
集输输送的介质为采出原油，由于采出液中往往含有氯根，如果矿化度较高，对钢制管线容易产生腐蚀，并且超过一定含量后会加剧腐蚀速度。如果分离后混合液中含有S2-，在酸性或者偏酸性的环境中会发生反应产生硫化物，主要成分为HS- 和H2S，这些产物的存在会极大的加速管道腐蚀速度。
2.2 酸化返排酸对腐蚀穿孔的影响
油井酸化增产已经成为提高油田产量的重要手段，酸化的返排液进入集输站后也会对管道的腐蚀穿孔产生影响。在目前的集输流程中，需要酸化返排液进入系统前没有任何处理，而酸液的PH通常在1-2的区间，返排酸的PH通常在3-4的区间，进入系统稀释后PH通常在5-6的区间，具有较强的腐蚀性。在酸液返排至集输系统后，二价铁的含量通常会高于10 mg/L的标准，可以佐证酸液返排液对集输管道产生了强烈的腐蚀性[2]。
2.3 腐蚀产物分析
在对腐蚀穿孔的管道维护更换过程中，现场取样观察可见在管道的内壁上附有0.6-1.7cm的黑色硬质沉积物，并且大部分分布在管道与分离出的水的接触面，可以说，管道内沉积物的分布和管道内油水分布规律一致。将附着物取下后，为黑色硬块。滴入酸液如盐酸后，会产生气泡，伴随臭鸡蛋的气味，表明有H2S气体的产生，而且硬块中含有FeS成分，发生反应的化学方程式为：FeS+2HCl→H2S↑+Fe 2+ +2Cl-。H2S气体的形成表明，在管道腐蚀穿孔行为中，S2- 和SRB也参与了腐蚀反应。
3 腐蚀穿孔机制探讨
集输管道输送的介质如果没有返排酸的进入，通常呈现中性或者弱碱性，混合液中的SRB繁殖会产生S2-，且二者处于动态平衡状态。S2-含量越高，对SRB的繁殖抑制性越强。
集输管道输送介质在不受酸化返排影响。在中性介质中，SRB含量较少，且S2-的腐蚀性较低，对管道整体腐蚀速率小。在PH值的影响下，油气水分离出的矿物质会在管道内壁结垢，久而久之对管道产生腐蚀。当管道进入油井酸化返排液时，管道中的残酸会降低管道内的PH值。这种情况下，氢离子会和管道内壁的钢材发生电化学反应，对管道产生腐蚀（Fe→Fe 2+ +2e）。同时，酸性或者弱酸性介质环境中会产生H2S和HS -，在水环境下，H2S会显著加剧管道内壁腐蚀速率。在输送完含有酸化返排液的混合液后，管道内的PH值变成中性或者偏碱性，如果管道内流速下降，腐蚀反应产生的固体腐蚀物和其他固体物质会沉积在管道壁上形成沉积层。由于沉积物的分布不均匀，在不同位置形成不同厚度，对管道壁的保护作用也不一样，同时加上SRB影响，在一些位置会产生腐蚀活化点，进而产生垢下腐蚀。一旦形成垢下腐蚀，在活化点位置会造成S2-离子扩散速度慢，而其他位置处的S2-离子含量多。活化点内外金属构成活态—钝态微电偶腐蚀电池，活化点位置金属为阳极，其他位置金属为阴极，具有大阴极——小阳极的面积比，阳极电流密度很大，垢下腐蚀不断加深。
当垢下腐蚀发展到一定程度后，会逐渐产生孔蚀。孔内发生阳极溶解，反应为Fe→Fe2+ +2e。介质为中性偏碱性，FeS等腐蚀产物和CaCO3 等沉积物在孔口堆积，逐渐形成闭塞电池。闭塞电池形成后，孔内介质相对于孔外介质呈滞留态，溶解的阳离子不易往外扩散，孔外S2-等离子也不易扩散进来，随孔内金属阳离子浓度增加，孔外Cl - 由于体积较小，会迁入孔内维持电中性，使孔内形成氯化物的高浓度溶液。点蚀孔内氯化物水解，產生更多的H+、Cl -，使溶液pH下降，酸度增加，促使阳极溶解进一步加快，形成自催化酸化，由于自催化酸化作用使蚀孔不断向深处发展，直至把金属断面蚀穿[3]。
4结论及建议
（1）内部局部腐蚀穿孔是集输腐蚀泄漏的主要原因，管道现有外防腐（保温）方式能够有效防止土壤对集输管道的腐蚀。油井酸化后返排残酸直接进入集输系统导致集输系统内输送介质pH值降低，H + 与介质中的S2- 和Cl -共同作用导致的管内部局部腐蚀是集输管道腐蚀穿孔的主要原因。集输管道内SRB、低流速、高含水和高氯离子含量一定程度上加速了局部腐蚀的形成，是集输管道腐蚀穿孔的重要辅助因素。
（2）建议将返排残酸收集至指定场所进行处理或在油井酸化返排期间在井口添加中和剂或缓蚀剂以防止油井酸化返排对集输系统的腐蚀;持续检测和控制SRB数量，防止细菌腐蚀;在新建管线前，进行腐蚀因素分析和管材耐蚀性评价，考虑酸化、SRB等腐蚀因素进行材质优选或优化管道防腐蚀方法;对在用管道开展管道完整性管理，掌握管道腐蚀状况，避免突发泄漏事故。
参考文献：
[1] 冯建强.昆北油田切6、切12井区产能地面建设工程[Z].海西：青海油田采油二厂，2018：20-31.
[2] 何仁洋，陶雪荣，黄辉，等.埋地钢质管道腐蚀防护工程检验：GB/T 19285—2014[S].北京：中国标准出版社，2018：6-7.
[3] 伍远辉，罗宿星，张显群，等.氯离子含量对黄壤土中碳钢腐蚀行为的影响[J].腐蚀研究，2017，25（5）：41-45.
关键词：集输站;腐蚀穿孔;预防
1 集输站管道外腐蚀分析
2019年对集输站管道进行了完整性安全检测和评价，对防腐层漏损点利用PCM和A字驾也进行了检测。完整性检测和管道开挖结果都显示，管道大部分防腐层完整性良好，只有前期由于管线泄露采用打卡子方式修复点存在防腐层损坏情况。按照埋地管道防腐检测行业标准对站内管道所处环境进行测定与分析，主要参数有土壤电阻率、氧化还原电位、土壤PH值、土壤成分等。通过对取样样品的实验室理化性质分析，可以确定土壤的含水率、矿化度、氯根含量等，按照评价标准对土壤腐蚀性能进行等级界定，结果显示，集输站管道周边土壤环境腐蚀性等级评价结果为II级（较弱），也就是说，土壤的埋地管道具有较弱的腐蚀性[1]。
2 集输管道内腐蚀分析
2.1 管道内输送的介质
集输输送的介质为采出原油，由于采出液中往往含有氯根，如果矿化度较高，对钢制管线容易产生腐蚀，并且超过一定含量后会加剧腐蚀速度。如果分离后混合液中含有S2-，在酸性或者偏酸性的环境中会发生反应产生硫化物，主要成分为HS- 和H2S，这些产物的存在会极大的加速管道腐蚀速度。
2.2 酸化返排酸对腐蚀穿孔的影响
油井酸化增产已经成为提高油田产量的重要手段，酸化的返排液进入集输站后也会对管道的腐蚀穿孔产生影响。在目前的集输流程中，需要酸化返排液进入系统前没有任何处理，而酸液的PH通常在1-2的区间，返排酸的PH通常在3-4的区间，进入系统稀释后PH通常在5-6的区间，具有较强的腐蚀性。在酸液返排至集输系统后，二价铁的含量通常会高于10 mg/L的标准，可以佐证酸液返排液对集输管道产生了强烈的腐蚀性[2]。
2.3 腐蚀产物分析
在对腐蚀穿孔的管道维护更换过程中，现场取样观察可见在管道的内壁上附有0.6-1.7cm的黑色硬质沉积物，并且大部分分布在管道与分离出的水的接触面，可以说，管道内沉积物的分布和管道内油水分布规律一致。将附着物取下后，为黑色硬块。滴入酸液如盐酸后，会产生气泡，伴随臭鸡蛋的气味，表明有H2S气体的产生，而且硬块中含有FeS成分，发生反应的化学方程式为：FeS+2HCl→H2S↑+Fe 2+ +2Cl-。H2S气体的形成表明，在管道腐蚀穿孔行为中，S2- 和SRB也参与了腐蚀反应。
3 腐蚀穿孔机制探讨
集输管道输送的介质如果没有返排酸的进入，通常呈现中性或者弱碱性，混合液中的SRB繁殖会产生S2-，且二者处于动态平衡状态。S2-含量越高，对SRB的繁殖抑制性越强。
集输管道输送介质在不受酸化返排影响。在中性介质中，SRB含量较少，且S2-的腐蚀性较低，对管道整体腐蚀速率小。在PH值的影响下，油气水分离出的矿物质会在管道内壁结垢，久而久之对管道产生腐蚀。当管道进入油井酸化返排液时，管道中的残酸会降低管道内的PH值。这种情况下，氢离子会和管道内壁的钢材发生电化学反应，对管道产生腐蚀（Fe→Fe 2+ +2e）。同时，酸性或者弱酸性介质环境中会产生H2S和HS -，在水环境下，H2S会显著加剧管道内壁腐蚀速率。在输送完含有酸化返排液的混合液后，管道内的PH值变成中性或者偏碱性，如果管道内流速下降，腐蚀反应产生的固体腐蚀物和其他固体物质会沉积在管道壁上形成沉积层。由于沉积物的分布不均匀，在不同位置形成不同厚度，对管道壁的保护作用也不一样，同时加上SRB影响，在一些位置会产生腐蚀活化点，进而产生垢下腐蚀。一旦形成垢下腐蚀，在活化点位置会造成S2-离子扩散速度慢，而其他位置处的S2-离子含量多。活化点内外金属构成活态—钝态微电偶腐蚀电池，活化点位置金属为阳极，其他位置金属为阴极，具有大阴极——小阳极的面积比，阳极电流密度很大，垢下腐蚀不断加深。
当垢下腐蚀发展到一定程度后，会逐渐产生孔蚀。孔内发生阳极溶解，反应为Fe→Fe2+ +2e。介质为中性偏碱性，FeS等腐蚀产物和CaCO3 等沉积物在孔口堆积，逐渐形成闭塞电池。闭塞电池形成后，孔内介质相对于孔外介质呈滞留态，溶解的阳离子不易往外扩散，孔外S2-等离子也不易扩散进来，随孔内金属阳离子浓度增加，孔外Cl - 由于体积较小，会迁入孔内维持电中性，使孔内形成氯化物的高浓度溶液。点蚀孔内氯化物水解，產生更多的H+、Cl -，使溶液pH下降，酸度增加，促使阳极溶解进一步加快，形成自催化酸化，由于自催化酸化作用使蚀孔不断向深处发展，直至把金属断面蚀穿[3]。
4结论及建议
（1）内部局部腐蚀穿孔是集输腐蚀泄漏的主要原因，管道现有外防腐（保温）方式能够有效防止土壤对集输管道的腐蚀。油井酸化后返排残酸直接进入集输系统导致集输系统内输送介质pH值降低，H + 与介质中的S2- 和Cl -共同作用导致的管内部局部腐蚀是集输管道腐蚀穿孔的主要原因。集输管道内SRB、低流速、高含水和高氯离子含量一定程度上加速了局部腐蚀的形成，是集输管道腐蚀穿孔的重要辅助因素。
（2）建议将返排残酸收集至指定场所进行处理或在油井酸化返排期间在井口添加中和剂或缓蚀剂以防止油井酸化返排对集输系统的腐蚀;持续检测和控制SRB数量，防止细菌腐蚀;在新建管线前，进行腐蚀因素分析和管材耐蚀性评价，考虑酸化、SRB等腐蚀因素进行材质优选或优化管道防腐蚀方法;对在用管道开展管道完整性管理，掌握管道腐蚀状况，避免突发泄漏事故。
参考文献：
[1] 冯建强.昆北油田切6、切12井区产能地面建设工程[Z].海西：青海油田采油二厂，2018：20-31.
[2] 何仁洋，陶雪荣，黄辉，等.埋地钢质管道腐蚀防护工程检验：GB/T 19285—2014[S].北京：中国标准出版社，2018：6-7.
[3] 伍远辉，罗宿星，张显群，等.氯离子含量对黄壤土中碳钢腐蚀行为的影响[J].腐蚀研究，2017，25（5）：41-45.