您当前的位置:杀菌剂网行业信息 → 文章内容

塔里木油田天然气开发系统腐蚀监测技术的应用

发布:多吉利        来源:www.duojili.cn  

塔里木油田天然气开发系统腐蚀监测技术的应用

摘要  塔里木油田分公司相继投入开发了牙哈、克拉2、英买气田群气田,由于气体中不同程度的含有CO2酸性气体以及高矿化度的地层水,Cl-含量高,压力高的特点,随着气田的开发,集输管线腐蚀穿孔、爆管日益严重。为系统了解生产系统腐蚀状况,自2006年开展了气田生产系统腐蚀监测工作,在各个气田围绕生产系统即从气井井口→集输支线→集输干线→气体处理系统→污水系统→回灌水井井口建立了较为系统的腐蚀监测网络。采用失重挂片、电阻探针联合监测技术进行系统监测,通过系统监测,初步明确了生产系统腐蚀特点及规律,为防腐工作的开展及安全生产奠定了基础。通过对现有监测技术的剖析,针对产量特高以及酸性气田提出了一些新的腐蚀监测技术与评价方法。

关键词   腐蚀现状  监测网络   监测结果  指导作用  建议

天然气开发生产腐蚀现状

塔里木油田年产125亿立方米天然气,是西气东输的主力气源。目前开发的有克拉2、牙23、英买气田群等区块。这些气田均含有较高的CO2和高矿化度的地层水,Cl-含量高,压力高的特点,在这些因素的共同作用下,电化学腐蚀和冲刷腐蚀造成了采输气系统严重的腐蚀破坏,影响了气田正常生产,同时给生产带来了严重安全隐患。

1.1 集输气系统腐蚀状况简述

1)牙23气田腐蚀状况

牙哈凝析气田于200010月底投产,投入开发的有3个区块:YH23YH5YH7区块,共有采气井19口。牙哈凝析气田井深49005300米,地层压力高达56MPa,地层温度136.76℃,天然气中CO2含量0.7-1.3%(体积浓度)。

随着气田的开发,腐蚀越来越严重,据统计,截止2007年12月,采气管道腐蚀穿孔、爆管已达90余次,2006年全年穿孔为22次,仅20071~4月就穿孔24次,腐蚀穿孔、爆管越来越频繁。最为严重的为200535日发生的YH23-1-6井口地面集气管线因腐蚀发生的冲断事故;2006年12月10日YH23-1-H26井距离井口2000米埋地集气管线发生腐蚀爆管。在调查的所有爆管处管线壁厚仅有1mm厚,主要原因是电化学腐蚀、冲蚀致使管壁减薄超出了所能承受的压力而导致爆管的发生。腐蚀穿孔从井口弯头向集气管线中部发展。

2)克拉2气田腐蚀状况

克拉2气田是西气东输工程的主力气源。是一个具有弱边底水的背斜块状深层异常高压干气气藏,气田东西长约19km,南北宽约3km,地质储量为2840.86×108m3。

克拉2气田气藏埋深在3500米至4100米之间,气藏中部(3750m)温度100℃,原始气藏压力74.35MPa。气藏CO2含量小于0.74%,不含H2S。地层水pH值为5.91~7.23。Cl-离子浓度高达100677mg/L,腐蚀主要因素CO2和Cl-以及冲刷腐蚀。

材质选择:克拉1—9井及KL205井为生产井,其支线管线采用的是SAF2205管线;KL203、KL2-10、 KL2-13为备用井,KL204、KL2-11、KL2-12、KL2-14为观察井,这7口井的支线管线采用的是L360管线。2007年9月5日,在检测KL2-10井油嘴后入地弯头及前后直管段时,发现距焊缝100mm环形圈范围内厚度为5.9—7.5mm(原材厚度为11mm),有明显变薄的异常现象,折算腐蚀速度高达    2.8mm/a左右。为此为全面掌握L360管材的使用状况,对7口使用L360管材的井进行了全面检测。

检测结果:KL2-10、KL2-12、KL2-13三口井冲蚀严重,KL2-11冲蚀较轻,KL203、KL204、KL2-14三口井未见异常。高温、高压、高产气流的冲蚀是导致管线变薄的主要原因。

为安全生产决定将KL2-10、KL2-12、KL2-13三口井停产,进行管线更换后再恢复生产。

3)英买气田群腐蚀状况

英买气田群地下富集天然气。该气田包括英买7、羊塔克和玉东2三个凝析油气田。

英买气田群产出介质中含有一定量的CO2酸性气体,且部分区块产出气体中含有少量的H2S气体,地层产出水矿化度高,CL-含量在11~18×104mg/l,生产压力高,井口压力在14~40MPa之间,节流后压力在10MPa左右运行。因此,当气井生产过程中见水后,这些因素的综合作用将会产生较为严重的腐蚀。材质选择:井口单井管线采用20G材质,集输干支线采用L360材质。采用投加缓蚀剂内防腐措施,外防腐措施主要采用外加电流阴极保护技术。

2007年11月7日11:30英买作业区采气队在巡井过程中发现YT1集气站进站集气干线绝缘法兰处腐蚀穿孔。该系统于2007420日投产,2007117日就出现了穿孔,管线规格:Ф273×16.5,投运221天,折算点腐蚀速度高达27.25mm/a,腐蚀穿孔与产出水和外加电流阴极保护有关。

天然气集输系统腐蚀监测技术

2.1 天然气开发系统腐蚀监测受到各级领导的重视

腐蚀——严重的影响着气田的正常生产;腐蚀——造成停产及大量的经济损失;腐蚀——潜在的安全隐患。天然气开发系统腐蚀问题越来越受到各级领导的重视,2006年9月中国石油天然气股份有限公司颁发的石油堪字〔2006〕215号文件《中国石油天然气股份有限公司天然气开发管理纲要》第五章“开发生产”中第五十四条第一、二款规定:“井筒:井下设施的腐蚀监测。地面生产系统监测项目包括:主要生产设备和管线腐蚀状况在线监测等”〔1〕。同时配套印发的《天然气开发HSE管理规定》中第六章第六十条第(二)款进一步规定和阐述了腐蚀监测的作用:“集输站场与管道设腐蚀监测系统,定期或在线监测高含酸性气体气田井、集输管道、关键设备内腐蚀情况,根据监测结果及时调整防腐措施”。

2.2 腐蚀监测技术

腐蚀监测是测量各种工艺液流状态腐蚀性的一种测试工作。对于油、气田就是检测油、气、水以及油、气、水混输状态下对管线、容器、设备的腐蚀性。腐蚀监测是认识和了解系统腐蚀因素、制定防腐措施的基础;腐蚀监测所获得的监测数据是指导防腐工作的科学依据,是监督、评价防腐措施的有效手段。

①腐蚀监测技术的选择

常用的腐蚀监测技术有:试件失重法;电阻法;线性极化电阻法;电感阻抗法;氢探针;电化学噪声;FSM—全周向腐蚀监测技术;RPCM—双环式腐蚀监测技术等。通过对这些监测技术优、缺点的对比以及结合气田气质特性、集输工艺特点,选择了试件失重法、电阻法、氢探针、FSM—全周向腐蚀监测技术作为天然气集输系统的腐蚀监测技术。针对不同的工矿条件选择不同的腐蚀监测组合,在一般情况下,通常选用试件失重法、电阻法联合监测技术;对于H2S含量较高的系统,再选择氢探针作为辅助监测手段;对于产量、流速高的弯头、焊缝处采用FSM—全周向腐蚀监测技术。

②腐蚀监测网络的建立

为系统了解气田生产系统各个环节的腐蚀状况、腐蚀规律,以“区域性、代表性、系统性”的建选点原则合理的选择监测点,为系统了解生产系统腐蚀奠定基础,“区域性”是指某一个区块或某一个气田;“代表性”是指在生产系统中能达到以点代面的点;“系统性”是指围绕和贯穿整个气田生产系统的各个环节:即从气井井口(节流后)→集气站→集输支、干线节点(阀组)→气体处理站工艺系统→污水处理系统→污水回灌系统。依据以上原则,分别在牙哈、英买气田群采用试件失重法、电阻法联合监测技术建立了一套系统化的腐蚀监测网络,牙哈生产系统共建立6个部位共12个监测点,英买气田群共建立21个部位共42个监测点,全部采用挂片+探针联合监测方式。

2.3 试件、探针的设置与数据的采集方法

①腐蚀监测试件、探针的设置:

腐蚀监测是以捕捉系统内腐蚀最为严重的部位为目的,根据油、气田地面集输管线腐蚀穿孔主要集中在管线底部的特点,在选择试件、探针长度时应根据管线规格大小进行选择,以试件、探针插入到管线内距底部5mm左右为宜,同时在管线规格DN150以上管线采用上、中、下3组挂片方式进行监测,以了解介质在管线内腐蚀性分布情况,试件分布见图5。试件、探针材质的选择应与被监测对象材质一致〔3〕,探针选择具有耐压、耐冲击力性能好的圆柱形探针,且根据气田气质特征,选择10、20密尔壁厚的探针为宜。

②试片、探针数据的采集方法:

为不影响气田的正常生产,挂片、探针均采用带压取放技术。试片监测周期设定为两个月,同时可根据生产、试验需要随时进行采集;试片监测方法的最大特点是真实性好,可以有效测试点蚀和局部腐蚀,缺点:主要是需要一定的时间周期。探针数据采集设定为24小时或48小时采集1个,腐蚀测试仪进行数据自动采集与存储,可存储数据3100个,定期或不定期从腐蚀测试仪进行数据下载,通过软件进行数据处理以及腐蚀监测报告的发布;探针监测技术属实时在线监测技术,可随时监测介质腐蚀的变化,从而为及时调整防腐措施奠定基础,弥补了挂片监测的不足。因此在腐蚀监测方法选择时,一般选择2种或2种以上对数据解释更为准确。

2.4 腐蚀监测结果与数据分析

牙哈生产系统腐蚀监测截止到2007年底,以取得监测数据6批,详细数据见表1。各点取平均值作腐蚀速度沿流程腐蚀变化图见图6。

牙哈腐蚀监测点试片历次监测数据表  表1

监测点位置

腐蚀速度(mm/a)

平均腐蚀速度

(mm/a)

2007年

2月

2007年

4月

2007年

6月

2007年

8月

2007年9月

2008年

1月

2008年

3月

YH301单井管线

0.0217

0.0217

YH23-1-18单井

0.0072

0.0572

0.0322

一级分离器进口

0.0102

0.0238

0.0304

0.0285

0.0239

——

——

0.0234

二级分离器进口

0.0057

0.0062

0.0039

0.0048

0.0063

0.0136

0.0058

0.0066

凝析油汇管

0.0324

0.0224

0.0211

0.0194

0.0249

0.0750

0.0253

0.0315

污水汇管

0.0353

0.0141

0.0147

0.0148

0.0519

0.0028

0.0133

0.0209

从表1和图6可以看出,单井井口截流后腐蚀速度为0.0269mm/a,属中度腐蚀;一级分离器进口天然气(气液分离前)平均腐蚀速度为0.0234mm/a,腐蚀速度接近于NACE RP 0775-2005标准规定的0.025mm/a中度腐蚀标准〔3〕。经气液初步分离后进入二级分离器进口腐蚀速度有较大幅度降低为0.0066mm/a,下降了71.79%,液相的分离(主要是水的脱出)是腐蚀降低的主要原因。凝析油腐蚀较为严重,腐蚀速度为0.0315mm/a,中度腐蚀。分离器分离出的污水腐蚀速度为0.0209mm/a。

英买气田群于2007年4月开始逐步投产,该系统在投产初期进行缓蚀剂加注,投加浓度:

1kg/1×104m3。截止到2008年3月已取得腐蚀监测数据4批,腐蚀监测数据详见表2。从表中明显看出,首批数据普遍较高(表2中数据加粗部分为中度以上腐蚀速度),其原因是第一次监测数据包含了投产前清水试压时的监测数据,不具备代表实际介质的腐蚀性,仅作参考用。第二、三、四次监测数据具有代表性,从表2可以看出,部分单井腐蚀较为严重,YT1-1单井在监测4次数据中有3次大于0.025mm/a中度腐蚀,从电阻探针在线监测数据看腐蚀较为严重(图7,217个数据),投产初期,腐蚀变化较大,从2007年8月25日以后数据稳定,腐蚀呈上升趋势。对于该井腐蚀应进行因素研究,进一步筛选缓蚀剂或调整加药方案以控制介质的腐蚀性;其余腐蚀速度控制较好。

英买气田群试片腐蚀监测数据表   表2

系统

监测部位

腐蚀速度(mm/a)

2007年6月

2007年8月

2008年1月

2008年3月

英买东线

YM7-1

0.0694

0.0153

0.0029

0.0035

YM7集气站内YM17来气

未投

0.0279

0.0007

0.0050

YM21-2

未投

0.0114

0.0010

0.0067

YM23

未投

未投

0.0341

0.0101

YM7-H4

未投

未投

0.0101

0.0146

YM7-H3

未投

0.0212

0.0072

0.0033

YM21外输气

未投

0.0279

0.0006

0.0048

英买西线

YD2-2

0.0116

0.0183

0.0205

0.0213

YT1-8

0.0141

0.0306

0.0082

0.0201 

YT1-11

0.0143

0.1851

0.0010

0.0050 

YT1-1

0.0345

0.0027

0.0337

0.0287 

YT2

0.0305

0.0070

0.0005

0.0124

天然气

处理厂

东干线管线

0.0418

0.0099

0.0007

0.0112

西干线管线

0.0652

0.0043

0.0004

0.0068

凝析油管线

0.0417

0.0325

0.0002

0.0044

收油罐进口

未投

未投

未投

0.0087 

储水灌出口

未投

未投

未投

0.0089 

3 腐蚀监测在防腐及生产工作中的作用

3.1 系统了解生产系统腐蚀状况,为腐蚀的防护提供科学的决策依据

腐蚀监测是开展防腐工作的“耳目”,通过生产系统腐蚀监测网络的监测,可系统了解生产系统各个部位的腐蚀状况、腐蚀特点以及存在的问题,从而为腐蚀的防护提供科学的决策依据,使防腐工作有计划、有目的的开展。

3.2 系统评价防腐措施效果,为合理投加缓蚀剂提供数据依据

通过对采取防腐措施的系统进行监测,可以在第一时间了解防腐措施效果的好坏,从而为措施的调整(如缓蚀剂浓度)提供数据依据,从而取得一个合理的加药方案,使投入与产出趋于合理,并及时根据介质腐蚀性变化进行微调。同时弥补室内静态和模拟动态评价缓蚀剂的不足,使评价效果更趋真实、科学。

3.3 为合理的制定工作制度、减缓腐蚀提供基础数据

通过腐蚀监测,可系统了解系统腐蚀现状,当腐蚀严重时,系统分析造成腐蚀的原因,并确定主要腐蚀因素是电化学腐蚀还是冲蚀,如果是冲蚀占主导地位,就要进行合理的工作制度调整,使腐蚀控制在允许接受的范围内,从而减缓系统腐蚀,延长管线及设备的使用寿命,确保安全生产。如克拉2高压气田,对于KL2-10井早期发现有严重的冲蚀,提前进行工作制度调整,降低产量(流速),就可避免造成严重的冲蚀后果。

3.4 为腐蚀检测做出计划安排提供数据依据

腐蚀监测是了解系统介质腐蚀变化过程—过程控制,而腐蚀检测所了解的是已成事实的结果。通过系统监测可以了解系统腐蚀特性,当发现某个系统腐蚀严重特别是点蚀、局部腐蚀严重时,对于该系统就要提前做好清管、腐蚀检测计划及检测周期;反之,当在没有监测系统进行腐蚀检测时发现该系统管线、容器腐蚀严重时,指导加强该系统腐蚀监测工作。

3.5为腐蚀预测、安全性管理及风险性评估提供数据基础

腐蚀监测积累的大量数据,为腐蚀预测数学模型的建立以及管道风险性管理及安全性评估提供大量数据基础。

因此,开展天然气生产系统腐蚀监测具有十分重要的作用。

4 天然气高压系统腐蚀监测技术、方法的选择

通常情况下,天然气开发系统在高压情况下进行,具有压力高、产量高(高流速)的特点,腐蚀造成的危害性大,腐蚀主要集中在弯头、焊缝以及管线底部,常常表现为爆管,造成重大的安全事故。如何合理的选择腐蚀监测方法及时监控腐蚀的状况、确保安全生产就显得十分重要。

4.1 插入式腐蚀监测技术

常用的试件失重法、电阻法、线性极化电阻法(弱极化)、电感阻抗法、插入式氢探针等腐蚀监测方法均为插入式腐蚀监测方法。特点:试件及探头直接与介质接触,监测结果真实性好,应用比较广泛,价格相对较低,不足之处在于不能安装在高压系统的弯头上使用,不能监测焊缝腐蚀状况,同时在投球清管时要取出探头及试件,增加工作量。

4.2 非入式腐蚀监测技术

为解决弯头、三通、焊缝的腐蚀监测问题,采用非插入式腐蚀监测技术可实现上述监测目标。目前应用的非插入式监测技术有FSM—IT、FSM—Log全周向腐蚀监测技术、贴片式氢探针(非插入)等监测技术。

FSM—全周向腐蚀监测技术具有腐蚀监测、检测于一身功能。技术原理:将探头或电极焊接在待测管线、容器外部,并呈矩阵式分布,然后测量通过金属结构的电场的微小变化,用测得的电压值与初始设定的测量值(被测得容器、管线初始测量值)进行比较,以此来监测由于腐蚀等引起的金属损失、裂纹、凹坑或凹槽。该监测技术的主要优点是:①具有较高检测精度且检测结果不受操作者的影响;②可用于监测复杂的几何体(弯头、T型接头、Y型接头和焊缝等),且可大大减少监测时间;③由于具有远程监、检测能力,可进行高空作业;④对于一般腐蚀,其灵敏度高于剩余壁厚的0.5%,也就是说,实际灵敏度随着腐蚀的增加而提高;⑤非插入性,不破坏弯头、管线的整体性和强度,同时不影响投球清管作业;⑥无需去掉涂层或保温层,可大大节省监、检测费用和时间;⑦监测所获得的是管壁真实发生的腐蚀状况等特点。

氢探针(非插入)监测技术,主要是应用在高含硫化氢系统,捕捉氢原子的渗透情况,所获得不是腐蚀速度而是氢渗透的压力值,从而了解氢脆、氢致开裂的危害,是一种辅助监测方法。

通过以上方法的对比,对于天然气开发系统,针对不同的监测部位和工矿条件可选择不同的监测方法,以满足腐蚀监测的需要。比如,在克拉2、牙哈高压、高产量系统,对关键部位(弯头)选择FSM监测技术进行监测,实时获得监测数据,为安全生产保驾护航。对于重要的长输管道易发生腐蚀的焊缝、三通实施监测,及时提供监测数据,为安全、正常生产提供有力的保障。

<--EndFragment-->

济南多吉利工贸有限公司
百宜系列杀菌剂、防腐剂、防霉剂、消毒剂、抗菌剂
联系人:宋先生 电话13305313047