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緩蝕劑殘余濃度快速評價方法在塔河油田的應用

2022-01-19 17:08:06 作者：高秋英，崔瑞雪等來源：腐蝕與防護分享至：

油田采出液成分復雜，易對金屬管道產生腐蝕，導致管道失效等事故發生。因此，油田生產中需要對管道進行保護，添加緩蝕劑是常用防護手段之一。

金屬管道腐蝕是由于管道金屬（主要成分是鐵）在電化學作用下從單質狀態轉化成金屬離子溶解于流動介質中，造成管壁逐漸減薄或發生破損的過程。因此，管道內流動介質中總鐵（含量）的變化和管道的腐蝕是存在定量關系的。即介質中總鐵增加量可以反映管道腐蝕的嚴重程度，總鐵增加量減少說明腐蝕減緩。據此，可以利用管道中的總鐵變化情況來判斷緩蝕劑加注等腐蝕防護措施的有效性。

塔河油田原油集輸系統目前采用的防腐蝕方法是在各區域加注相同濃度緩蝕劑，但防護效果卻大不相同，部分區塊存在藥劑加注過量或欠量的情況。本工作測量了介質中的總鐵變化情況，對不同井次中緩蝕劑的防護效果進行對比，以期為實現緩蝕劑精細加藥，精準防護提供理論支撐。

試驗原理與方法

塔河油田現用緩蝕劑為咪唑啉類緩蝕劑，檢測其含量的方法是利用顯色劑與咪唑啉反應形成有色絡合物，通過測量有色物質的特定光譜吸收峰值，推算緩蝕劑濃度。本工作主要參考該方法進行緩蝕劑殘余濃度測量。

塔河現場使用的咪唑啉緩蝕劑為棕紅色液體，pH約為7。使用特定的顯色劑顯色后，利用紫外分光光度計檢測吸光度，在415nm處出現最大紫外吸收峰，且吸光度與緩蝕劑濃度呈線性關系。

油田采出液具有強腐蝕性，與管道內壁接觸后在復雜電化學作用下會使金屬管道中的鐵單質轉化為離子狀態，發生腐蝕。由于采出液在內密閉條件下運移，與氧隔離，腐蝕產生的金屬離子主要是二價亞鐵離子。根據氫氧化亞鐵的溶度積常數Ksp及介質pH可以估算在特定條件下介質中亞鐵離子的最大容許濃度。若現場取樣的總鐵含量小于該數值，可以認為鐵未沉淀凝結而是以離子狀態存在的，現場介質中檢測出的新增鐵可以認為是管道腐蝕產生的鐵。

塔河油田采出液pH為6.5~7，本工作取pH為7進行估算。氫氧化亞鐵Ksp=8.0×10-16，pH=7則[H+]=[OH-]=10-7mol/L，估算亞鐵離子的最大質量濃度為6400mg/L，pH較低時溶液中的亞鐵離子容許濃度更高。通常情況下，采出液中的總鐵離子含量不會超過該數值。因此，認為某特定管道腐蝕產生的鐵全部溶解于流動介質中，即管道進口端、出口端的總鐵量發生變化是該管道腐蝕所造成的。本工作主要根據管道進出口兩端總鐵含量增加值來判管道斷腐蝕程度，評估緩蝕劑的緩蝕效果。同時，結合現場掛片所得腐蝕數據，最終確定緩蝕劑的最佳加注濃度。

生產油井產出的采出液經計轉站（又稱計量站）計量及簡單分離，繼續輸送至聯合站進行嚴格的凈化處理，可以得到成品原油。

根據井場大小和位置，加藥前后取樣點距離一般在200m以內，加藥后至進站取樣點的距離則可能達到幾公里甚至更長。同一時間在同一條管道前后端不同位置取樣檢測到的總鐵會有增加，認為這是管道腐蝕后產生的鐵離子進入管道內液體所造成的。

在塔河油田選取高含水的T-101井，含水低的T-202井及對應管道為對象進行取樣分析。取樣位置分別為單井井口加藥裝置前端、井口加藥后及單井進站匯管部位，單條管道沿線各點流經介質相同，如圖1所示，根據不同取樣位置的總鐵量，分析管道腐蝕情況。

圖1 取樣分析部位示意圖

緩蝕劑加入量為30，60，90，120mg/L，每個加注條件下連續加注30天，每個加注濃度經過7天穩定加注后開始取樣，隔天取一次，共取樣三次，按照SYT 5329-2012《碎屑巖油藏注水水質推薦指標及分析方法》檢測緩蝕劑濃度（也稱為緩蝕劑殘余濃度）和總鐵濃度，取三次測量結果的平均值為最終結果。

試驗結果與討論

1 緩蝕劑殘余濃度及總鐵含量

（a）T-101井

（b）T-202井

圖2 不同緩蝕劑加注條件下單井的緩蝕劑殘余濃度

由圖2可見：總體看上兩口井沿線的緩蝕劑殘余濃度變化趨勢一致，殘余濃度均隨加注濃度增加而增加。井口加藥前幾乎為零（個別不為零，主要原因是不同水樣帶有不同程度的顏色，使檢測結果出現少許的正偏差），加藥后濃度增加，沿管道運移至匯管處，濃度略有降低。30，60，90，120 mg/L加注條件下，T-101井加藥后殘余緩蝕劑濃度的相對誤差分別是6.9%、-23.9%、-19.8%、-30.6%，T-202井的分別為40.9%、6.2%、-6.2%、-17.1%。加注量為30mg/L 時，試驗周期內測得殘余緩蝕劑濃度略高于設計加注濃度，90，120mg/L加注條件下，試驗周期內檢測到的緩蝕劑殘余濃度略低于設計加注濃度。除了現場取樣存在一定的偶然差別外（例如液量、放空時間差別等），還有以下兩方面原因，一是濃度低時水樣本身色度對結果影響較大，產生較大的正誤差；二是由于加注裝置本身調節流量的開度較難準確控制。實際操作時，為保證最低濃度，低濃度加注量往往存在一定的正偏差，高濃度時則相反。

（a）T-101井

（b）T-202井

圖3 不同緩蝕劑加注條件下單井的總鐵含量

由圖3可見：兩口井的總鐵濃度變化趨勢一致，井口到加藥后略有升高，沿管道至站內匯管處明顯升高?？傝F增加值隨緩蝕劑加注量升高，略有降低。兩口井的總鐵增加絕對值差別較大，T-101井的增加值為11~16mg/L，T-202的為2~4 mg/L。

2 緩蝕劑消耗與總鐵增加的關系

為更精確定量對比殘余濃度與總鐵增加值之間的關系，結合緩蝕劑吸附作用原理，分別根據兩條管道的長度、管徑，求出管道內表面積，根據表面積和該段管道緩蝕劑殘余濃度改變量計算出單位面積緩蝕劑的消耗量，再與對應的總鐵增加值對比，結果如圖4所示。

（a）T-101井

（b）T-202井

圖4 單井沿線單位面積緩蝕劑濃度消耗與總鐵增加值關系

T-101井的緩蝕劑消耗量為0.0036~0.0106mg/（L·m2），T-202井為0.0043~0.0079mg/（L·m2），緩蝕劑加注量增大消耗量增大?？傝F增加值隨緩蝕劑消耗量的增加而降低，即緩蝕劑消耗量與總鐵增加值呈負相關，但兩者并非定量的等比關系。

結果說明，緩蝕劑濃度增加，管道表面吸附量大，對腐蝕的抑制作用也較大。但成倍增長的緩蝕劑濃度并不能等比例減少總鐵的量。

3 防護效果及經濟性

為比較緩蝕劑殘余濃度對總鐵的抑制程度，將緩蝕劑加注量為30mg/L條件下的緩蝕劑殘余濃度和對應的總鐵增加相對值設定為100，比較其他條件下殘余濃度相應變化時對應總鐵相對變化值，根據兩者的變化，對比緩蝕劑濃度對總鐵增加的抑制情況。

（a）T-101井

（b）T-202井

圖5 不同加注條件下緩蝕劑殘余濃度和總鐵濃度的相對變化情況

由圖5可見：總鐵相對值的變化降幅最大的是T-202井在90mg/L緩蝕劑加注條件下的，降幅為33.71%，而此條件下對應的緩蝕劑殘余濃度相對值則從100增至200.25，增幅100.25%。

另外還可見：當緩蝕劑加注量為30mg/L時，對總鐵的抑制率較高。但在選擇緩蝕劑最終加注量時，除了要考慮對總鐵抑制率外，還要考慮是否滿足腐蝕防護的其他要求。根據西北分公司規定，要求油系統腐蝕速率≤0.025mm/a。

T-101和T-202井的相關腐蝕監測數據如圖6所示。根據現場監測點的布置，數據均采自單井進站處。

圖6 管線在不同緩蝕劑加注條件下的腐蝕速率監測結果

由圖6可見，在T-101井中，當緩蝕劑加注量為30mg/L時，管線的腐蝕速率超過0.025mm/a，其余加注量條件下的腐蝕速率均符合要求。因此，T-101井的緩蝕劑最佳加注量為60mg/L，T-202井的為30mg/L。

緩蝕劑加注優化后經濟效益明顯。以含水較高的T-101井為例，緩蝕劑加注量從30mg/L調整為60mg/L。以緩蝕劑單價1.1萬元/t，液量50m3/d計，每年成本0.602萬元，而管道腐蝕速率由0.0301mm/a降至0.0151mm/a，服役期限延長一倍。管道更換成本動輒數十萬上百萬，以每年幾千元的藥劑成本減少幾十萬的管道更換成本，經濟效益十分可觀；優化緩蝕劑加注還減少了管道刺漏對正常生產的影響，在明顯提升經濟效益的同時，降低了由于刺漏造成的對環境的影響，社會效益明顯。

結論

1 使用緩蝕劑管道內的總鐵增加有一定的抑制作用，緩蝕劑加入量與管道首末端總鐵增加值呈負相關。

2 根據原油系統腐蝕速率要求，T-101井緩蝕劑最佳加注量為60mg/L，T-202井的緩蝕劑最佳加注量為30mg/L。緩蝕劑濃度過低無法保證防腐蝕效果，緩蝕劑濃度過高，可進一步減少系統中總鐵，但經濟性降低。

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