南海某油田海管静置阶段腐蚀分析与评估_欧正佳.pdf

腐蚀与控制 CORROSION AND CONTROL南海某油田海管静置阶段腐蚀分析与评估欧正佳，李强，唐颢世（中海石油（中国）有限公司深圳分公司陆丰油田作业区，广东深圳518064）Corrosion Analysis and Evaluation of Submarine Pipesin Standing Stage of Oilfield in South China Sea摘要：通过开展 10%海水+90%生产水、20%海水+80%生产水和 100%海水 3种混合情况下，结垢预测、静态腐蚀评估实验、药剂脱氧效果评估实验以及药剂杀菌效果评估实验。预判海管静置阶段内腐蚀情况和化学药剂的防护性能。结果表明，现场管壁处不易形成无机垢，引发垢下腐蚀可能性低，无需另外加注防垢剂；加注管道批处理剂（脱氧）和缓蚀杀菌剂后，腐蚀与细菌得到有效控制。建议现场管道批处理剂（脱氧）加注质量浓度为50010-6，缓蚀杀菌剂推荐加注质量浓度为50010-6。关键词：结垢预测；静态腐蚀评估；脱氧效果评估；杀菌效果评估中图分类号：TQ639文献标识码：A文章编号：2096-8639(2023)02-0004-04Ou Zhengjia，Li Qiang，Tang Haoshi(CNOOC Limited Shenzhen LF oilfied operations,Shenzhen,Guandong 518064,China)0 引言海上某油田海管在投产后的前 4 个月采用单管生产，其他时间段采用双管生产。在投产后单管生产的 4 个月内，海管中的介质处于封闭不流动状态，而静置阶段，介质考虑采用生产水和海水按一定比例混合。在海管静置阶段，管道内介质温度接近于海水温度，且处于不流动状态，很容易滋生细菌，再加上在酸性气体、溶解氧以及无机垢等共同作用下，可能会导致管道内腐蚀，造成内腐蚀缺陷，致使管道强度受损等，影响管道后期正常生产。本研究通过开展 10%海水+90%生产水、20%海Abstract:The scale prediction,static corrosion evaluation experiment,chemical deoxidation effectevaluation experiment and chemical sterilization effect evaluation experiment under three mixedconditions such as 10%seawater+90%production water,20%seawater+80%production waterand 100%seawater are carried out to predict the corrosion situation and the protective performanceof chemical agents in the static stage of the submarine pipeline.The results show that the inorganicscale is not easy to form on the pipe wall on-site,the possibility of causing corrosion underscale is low,and there is no need to add anti-scaling agent.The addition of pipeline batch agent(deoxygenation)and corrosion inhibitor can effectively controll the corrosion and bacteria.Theon-site pipeline batching deoxidizer and corrosion inhibitor/fungicide are both recommended to beadded at a concentration of 500 ppm.Keywords：scaling prediction；static corrosion evaluation；chemical deoxidation effect evaluation；chemical sterilization effect evaluation涂层与防护第44卷第2期2023年2月Vol.44 No.2Feb.2023COATING AND PROTECTION4腐蚀与控制 CORROSION AND CONTROL水+80%生产水和 100%海水 3 种混合情况下，结垢预测、静态腐蚀评估实验、药剂脱氧效果评估实验以及药剂杀菌效果评估实验，预判海管静置阶段内腐蚀情况，确保内腐蚀防护措施有效性，对保证海管的安全生产意义重大。1 海管静置阶段水质结垢预测根据 SY/T 06002016 油田水结垢趋势预测方法标准中 Davis-Stiff 饱和指数法，分别进行介质为 10%海 水+90%生 产 水、20%海 水+80%和 100%海 水 的CaCO3结垢趋势预测1-4。（1）Davis-Stiff 饱和指数法计算公式如式（1）式（3）所示。式（1）式（2）式（3）式中：SI饱和指数；pH水样的 pH 值；K修正系数，由不同温度时离子强度与修正系数K的关系图查得，见附录；pCaCa2+摩尔浓度（mol/L）的负对数；pAlK总碱度（mol/L）的负对数；COCO摩尔浓度（mol/L）；HCO HCO摩尔浓度（mol/L）；离子强度；ci第 i种离子摩尔浓度（mol/L）；zi第 i种离子价态。（2）结果判定SI0，有结垢趋势；SI=0，临界状态；SI0，无结垢趋势。根据表 1 水质分析报告，进行 CaCO3结垢趋势预测。结果显示，温度为 20、压力为 0.1 MPa 时，10%海水+90%生产水混合后 SI=0.042 54，有结垢趋势；20%海水+80%生产水混合后 SI=0.041 38，有结垢趋势；100%海水 SI=-0.278 9，无结垢趋势。2 海管静态腐蚀评价根据 SY/T 52732014 油田采出水处理用缓蚀剂性能指标及评价方法5-6，开展温度为 20、压力为0.1 MPa 时，10%海水+90%生产水、20%海水+80%生产水和 100%海水 3 种水质的静态腐蚀评价实验。实验挂片采用海管主体材质（X65）加工而成，空白组实验采用未加注现场药剂的水样作为实验水样，加药组实验采用分别加注质量浓度为 50010-6的管道批处理剂（脱氧）和质量浓度为 50010-6的缓蚀杀菌剂的水样作为实验水样，实验周期分别为 7 d、14 d、21 d、28 d、60 d，对应的腐蚀速率如图 1图 3所示。实验结果显示，10%海水+90%生产水、20%海水+80%生产水、100%海水在 20、0.1 MPa的条件下，空白组实验挂片均匀腐蚀速率随着实验周期的增加呈下降趋势；加注质量浓度为 50010-6的管道批处理剂（脱氧）和质量浓度为 50010-6的缓蚀杀菌剂后，短期（7 d）的均匀腐蚀速率均有明显下降；但随着实验周期的增加，加药后的缓蚀率均明显下降；不同实验周期的挂片均匀腐蚀速率均0.076 mm/a，符合海管的腐蚀控制指标。从挂片实验后的腐蚀形貌可以看出，空白组和加2-3-3-32-3表 1 水质分析报告测试项目过滤前水样外观颜色过滤后水样外观颜色pH 25密度/(gcm-3),20电导率/(mscm-1)钙离子（Ca2+）/(mgL-1)镁离子（Mg2+）/(mgL-1)铁（Fe）/(mgL-1)钡离子（Ba2+）/(mgL-1)锶离子（Sr2+）/(mgL-1)钠离子（Na+）/(mgL-1)钾离子（K+）/(mgL-1)氯离子（Cl-）/(mgL-1)溴离子（Br-）/(mgL-1)硫酸根（SO42-）/(mgL-1)碳酸氢根离子（HCO3-）/(mgL-1)碳酸根离子（CO32-）/(mgL-1)氢氧根离子（OH-）/(mgL-1)矿化度/(gL-1)溶解性总固体量/(mgL-1)总碱度/(mg CaCO3L-1)水样类型生产水结果黄色浑浊溶液无色透明溶液7.271.049293.21.121036351121.67.421033571.93104101.0710324224537.2703.74104238氯化钙型海水结果无色透明溶液无色透明溶液7.881.051783.73181.99103115.36.191032991.33104102.401036725540.4344.0610497氯化钙型欧正佳，等：南海某油田海管静置阶段腐蚀分析与评估5腐蚀与控制 CORROSION AND CONTROL药组挂片主要以均匀腐蚀为主，无明显点蚀。3 海管脱氧效果评价利用测氧标准比色管测试加入 50010-6管道批处理剂（脱氧）后水样中的氧含量。实验结果显示，10%海水+90%生产水、20%海水+80%生产水、100%海水分别加入 50010-6管道批处理剂（脱氧）后，溶解氧含量均为 0.05 mg/L，符合海管控制要求。4 海管杀菌性能评价根据 SY/T 05322012 油田注入水细菌分析方法绝迹稀释法7，测定水样中 SRB 细菌、TGB 细菌、FB 细菌含量。实验结果显示，10%海水+90%生产水、20%海水+80%生产水、100%海水分别加注 50010-6YHHZ-001缓蚀杀菌剂后，对SRB细菌和TGB细菌均控制较好；虽然YHHZ-001缓蚀杀菌剂对FB细菌的杀菌效果相对较差（目前检测FB细菌最高含量为250 mg/L），参考 Q/HS 20422014 海上碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法8，目前 FB 细菌含量满足海管 FB 细菌控制要求。表 2 SRB 细菌评价结果表 3 TGB 细菌评价结果表 4 FB 细菌评价结果5 结论与建议（1）10%海水+90%生产水、20%海水+80%生产水在 20、0.1 MPa 条件下，结垢预测中虽然有 CaCO3结垢趋势，但只有附着在管壁的无机垢才对腐蚀有影图 1 10%海水+90%生产水挂片腐蚀速率图 2 20%海水+80%生产水挂片腐蚀速率图 3 100%海水挂片腐蚀速率细菌类型FB介质10%海水+90%生产水20%海水+80%生产水100%海水10%海水+90%生产水20%海水+80%生产水100%海水杀菌剂类型及加注量空白YHHZ-001缓蚀杀菌剂：50010-6计算结果（个/mL）9.52500.92502504.5细菌类型TGB介质10%海水+90%生产水20%海水+80%生产水100%海水10%海水+90%生产水20%海水+80%生产水100%海水杀菌剂类型及加注量空白YHHZ-001缓蚀杀菌剂：50010-6计算结果（个/mL）9.54.502.54.50细菌类型SRB介质10%海水+90%生产水20%海水+80%生产水100%海水10%海水+90%生产水20%海水+80%生产水100%海水杀菌剂类型及加注量空白YHHZ-001缓蚀杀菌剂：50010-6计算结果（个/mL）000000欧正佳，等：南海某油田海管静置阶段腐蚀分析与评估6腐蚀与控制 CORROSION AND CONTROL响，从实验后各周期的挂片中均未发现无机垢存在，说明现场管壁处不易形成无机垢，引发垢下腐蚀可能性低，无需另外加注防垢剂。（2）加注管道批处理剂（脱氧）和缓蚀杀菌剂后，腐蚀与细菌得到有效控制，腐蚀速率、细菌含量、氧含量也均满足海管控制要求。因此，现场管道批处理剂（脱氧）推荐加注质量浓度为 50010-6,缓蚀杀菌剂推荐加注质量浓度为 50010-6。（3）根据管道批处理剂（脱氧）和缓蚀杀菌剂作用原理，建议现场先加注管道批处理剂（脱氧）除去水中的氧气，然后再加注缓蚀杀菌剂，以确保两种药剂的性能达到最佳。参考文献1丛军,姚子敏.某长期服役海底管道的腐蚀现状和腐蚀机理J.腐蚀与防护,2020,41(12):59-63.2游靖,王志坤,余吉良，等.华北油田地层水与注入水结垢趋势预测及影响因素J.岩性油气藏,2017,29(4):162-168.3刘倩,彭素芹,高建瑞，等.油田水结垢预测技术研究进展J.石油管材与仪器,2020,6(3):1-5.4张金龙.南海某混输海管腐蚀机理分析J.河南科技,2020,39(31):40-42.5黄晓蒙,李一琳,颜菲，等.CO2吞吐管柱腐蚀分析及防治研究J.石油与天然气化工,2021,50(3):96-100,105.6张继伟,金曦,孙吉星，等.渤海某油田生产水处理系统管线刺漏原因探究J.涂层与防护,2018,39(5):31-34,62.7 毛汀,杨航,石磊.威远页岩气田地面管线腐蚀原因分析J.石油与天然气化工,2019,48(5):83-86.8 王闯,郑华安,李彦闯，等.涠洲油田回注生产水主要水质指标检测方法改进J.工业水处理,2019,39(2):89-91.（上接第 3页）汽，延长使用时间。如果工程预算充裕也可以提升材质，采用更高等级的 904 不锈钢或 6Mo 不锈钢，这两种不锈钢的耐点蚀系数分别是 3239 和 4245，高于316不锈钢，具有更优良的耐腐蚀性能。4 结语综上所述，要充分发挥 316 不锈钢的不锈特性，需要在工程项目各个环节严格要求，对不锈钢进行完整性管理。（1）在设计采办阶段，对井口区等仪表管密集的地方，应对仪表管路径进行优化设计，合理选择仪表管路径，便于人员后期进行清洁和维护。鉴于目前国内市场上的不锈钢产品良莠不齐，因此设计时对 316材质成分、性能和检验要求等需给出严格而明确的规定，采办时对厂家资质信誉进行严格把关。（2）在建造调试阶段，对不锈钢表面进行妥善保护和管理，避免各类污染。不锈钢或不锈钢内衬的容器试压工作按章操作，避免试压水在容器中长期滞留，以免造成不锈钢过早腐蚀。仪表管的安装应在主要热工作业结束后进行，避免金属焊接和打磨飞溅物造成表面污染。如有污染，应及时清洁，并重新做酸洗钝化。多根仪表管之间应进行隔离，防止仪表管之间存在较小缝隙而积液，严格避免多根仪表管成束捆扎在一起。（3）在运营维护阶段，按照操作维修手册中给出的后期维护保养方法，保持不锈钢表面清洁并进行定期监测壁厚。不随意改变操作条件，确需改变的操作条件要提前进行适应性评估。生产区域格栅甲板下方的仪表管存在杂物沉积、盐分凝结的条件，且不易于清洁维护，应当设计有带盖板的全封闭托盘对仪表管进行保护。316 不锈钢因其价格适中，性能优良，在海洋平台上应用十分广泛。但是不锈钢也不是万能的，本文旨在和大家一起全面深刻地认识不锈钢的不锈和生锈，正确地选择和使用不锈钢材料，充分发挥不锈钢的潜力和价值，做到物尽其用，保障海洋平台生产安全。参考文献1马克米奥多尼克.迷人的材料M.北京：北京联合出版公司,2015.2崔崑.钢的成分、组织与性能 第五分册M.北京：科学出版社，2019.3约翰塞德赖克斯.不锈钢的腐蚀M.北京：机械工业出版社,1986.4ISO 21457.Material selection and corrosion control foroil and gas production systemS.2010.欧正佳，等：南海某油田海管静置阶段腐蚀分析与评估7