油田酸性采出水中Cl-对20#钢管道腐蚀的影响.pdf

为了分析油田酸性地层采出水中CI对油气集输管道的腐蚀影响，利用高温高压动态反应釜模拟油田典型CO,酸性工况，设计了2 0#管道在4种Cl-水平下的腐蚀试验。结果表明,2 0#钢材料在油田酸性采出水的典型环境作用下，表面附着了一层腐蚀产物,其在微观下呈现出细小颗粒CaCO,与基体紧密接触，而大颗粒FeCO,附着于CaCO,之上；而且Cl-含量在5 0 0 0 10 0 0 0mg/L时2 0#钢表面较平整，主要以均匀腐蚀为主，当Cl-含量增加至5 0 0 0 0 10 0 0 0 0 mg/L时，点蚀程度逐渐加深。整体趋势上，随着Cl-含量的增加,2 0#的均匀腐蚀速率和点蚀速率均不断增大,方差分析也发现Cl对均匀腐蚀和点蚀均具有显著的影响，但对点蚀的影响更大。关键词：油田酸性采出水；集输管道；均匀腐蚀；点蚀；方差分析中图法分类号：TE988D0I:10.19459/ki.61-1500/te.2023.05.006Effect of Cl-on 2O#Pipe Corrosion in Oilfield Acidic Produced WaterSONG Chengli,DONG Zhanmin,GUO Yu,HAO Yi?,LIU Yuanyuan,JIA Xinhui,LI Boyang(1.State Key Laboratory for Performance and Structure Safety of Petroleum Tubular Goods and Equipment Materials/Key Laboratory ofPetroleum Tubular Goods and Equipment Quality Safety for State Marhet Regulation,CNPC Tubular Goods Research Institute,Xian,Shaanxi 710077,China;2.No.2 Gas Production Plant,PetroChina Changqing Oifield Company,Yulin,Shaanxi 710016)Abstract:In order to analyse the influence of Cl-on the corrosion of oil and gas gathering pipelines in the oilfield stratum acidic producedwater,the corrosion test of 20#pipeline under four Cl-contents was designed.The test simulated the typical CO,acidic working conditionsin the oilfield by using a high temperature and high pressure dynamic autoclave.The results show that 20#material is adhered by a layer ofcorrosion products on the surface under the typical environment of oilfield acidic produced water.The fine particles of CaCO,closely contactwith the substrate under microscopic view,while large particles of FeCO,are attached to CaCO3.The surface of 20#is smoother when theCl content is in the range of 5 000 10 000 mg/L,mainly with uniform corrosion.When the Cl content increases to 50 000 100 000 mg/L,the piting corrosion degree gradually deepened.The overall trend is that as the Cl-content increases,the uniform corro-sion rate and pitting corrosion rate of 20#both increase continuously.Variance analysis also indicates that Cl-has a significant effect onboth uniform corrosion and pitting corrosion,and the effect on pitting corrosion is greater.Key words:oilfield acidic produced water;gathering pipeline;uniform corrosion;pitting corrosion;variance analysis0引言油气集输管道是指从油气井口开采出的新鲜物流到油气净化处理厂之前的单井管道、支干线管道。集文献标识码：A文章编号：2 0 9 6-0 0 7 7(2 0 2 3)0 5-0 0 2 7-0 5输管道的输送介质中含有地层采出水,其常含有C-、Ca+、M g+等无机离子,某些气田还伴有CO,腐蚀性气体，造成管道不同程度的电化学析氢腐蚀，随着管道服役年限的增加，腐蚀损伤也会不断累积直至穿孔2 。不初投稿收稿日期：2 0 2 2-0 1-0 4;修改稿收稿日期：2 0 2 3-0 5-2 6*基金项目：中石油基础研究和战略储备基金项目“油气田地面集输用钢制管道知识图谱开发”（编号：2 0 2 0 D-5008）第一作者简介：宋成立，男，19 8 9 年生，高级工程师，2 0 2 2 年毕业于西北大学能源化学工程专业，获博士学位，主要从事石油管材腐蚀与防护研究。E-mail：s o n g c l c n p c.c o m.c n28同区块采出水中Cl-含量差异较大，对管道选材、防腐等影响规律不同，但已有文献多探讨单纯NaCI溶液中金属材料的腐蚀损伤3-5 ,对CO,酸性复杂介质下的Cl-腐蚀规律研究较少。因此，本文针对地层采出水中不同含量的Cl-开展模拟现场酸性介质环境的腐蚀试验,研究多因素作用下Cl-对影响集输管道腐蚀的行为和规律；同时利用方差分析方法明晰Cl-对管道发生均匀腐蚀和点蚀的显著性，为管道选材、防腐、安全评估等提供科学的理论依据。试样C20#0.18将2 0#管道材料加工成矩形试片，规格为5 0 mm10mm3mm（含5mm的孔,用于固定）,对试片的6个工作面采用2 40#、40 0#、6 0 0#和8 0 0#的SiC砂纸逐级打磨直至镜面，并测量试片原始尺寸和重量。CI-Ca2+Mg 序号/(mg L-1)15.000210 000350 0004100 000按照JB/T790119999标准对试验时间的推荐值“168336h”，选择试验时间为336 h。每组试验采用3个平行试片，试验前采用N,除氧2 h。试验完成后降温、泄压、拆釜，将试片取出，对试片表面进行宏观观察和SEM表征，分析腐蚀产物组成。再将取出的试片放人盐酸（分析纯)0.1L、六亚甲基四胺(分析纯)7 g、去离子水1L的溶液中进行腐蚀产物膜的清除,并进行称重。根据失重利用式（1)计算试片的均匀腐蚀速率：V均=G x8.76 10/(t S)式中：G为试片的失重，g;为材料的比重,7.8 g/cm;t为试验时间,h;S为试片表面积,mm;V均为均匀腐蚀速率,mm/a。点蚀速率计算采用超景深显微镜（分辨率：1m,最小放大倍率10 倍，最大放大倍数10 10 倍）对试片表面的最大点蚀深度进行测量后，按式(2)计算：V点=8 7 6 0 r/t式中：r为最大点蚀深度，mm;V点为点蚀速率，mm/a。1.3方差分析将Cl-看作自变量、腐蚀速率看作因变量,采用方差五油管材与仪器1试验方法1.1材料油气田开发中集输管道用量大、投资大，加之部分区块油气储量小、投入产出比低，当前应用最多的是兼具优异加工性和经济性的2 0#钢材料6-7 。本文选取某油田库存的2 0#管道短节,其化学成分见表1,均符合标准GB/T816320188对2 0#管道的制造要求。表1化学成分SiMn0.210.42/(mg L-1)8002023年10 月%PS0.0190.0057表2 试验参数设置SO,2-HCO;/(mg L-)/(mg L-1)600288.62分析（Analysis ofVariance，A NO V A）来进行自变量对因变量的相关性大小分析。首先建立检验假设Ho：多个样本总体均值相等；H：多个样本总体均值不相等或不全等。再根据开展的4水平腐蚀试验结果,计算主要的检验指标P值与F值。P值用来判断原假设H.是否成立，通过观测值与期望值偏离的概率求得P值,P值越小表明这种情况发生的概率越小,则拒绝原假设的理由也越充分，具体判断方法是：当P P0.01时，条件不同对试验结果影响显著；当P0.05时，条件不同对试验结果影响不显著10 11。0F值是两个均方的比值,反映各相关因素对总变异的交互作用,F值越大（与给定显著水平的临界F值相比较)说明差异越明显12 ,判断方法是：当FFo.01(3,8)时,试验条件不同对试验结果影响非常显著；当(2)Fo.01（3,8）F Fo.0 o s（3,8)时，条件不同对试验结果影响显著；当FFo.o1（3，8）=7.5910,其概率P小于临界值0.0 1,故C1-对均匀腐蚀名称组间组内总计五油管材与仪器也有研究表明,尺寸较小的Cl-极易穿过垢层或腐蚀产物的疏松区，优先在材料表面的缺陷处（P、S 形成的非金属夹杂或砂眼等)吸附和聚集15-16 ,与Fe反应形成中间产物,对Fe进行腐蚀消耗,加速产物膜下钢的点蚀,反应过程如下：mmFe+Cl-+H,O FeCl(OH)ads+e+H+(3)(b)10 000 mg/LFeCl(OH)ad.FeCIOH+eFeClOH+H*Fe2*+Cl+H,O2.2腐蚀速率计算表4为试片腐蚀速率的计算结果。由表4可知,随着Cl-含量的不断增加,试片的失重也不断增大,主要由mm(d)100 000mg/L图5 试片点蚀形貌失重长宽/g/g10.433 90.041 050.009.962.891 342.568 810.196 80.041 749.979.962.911 344.195 010.280 50.042.250.0010.062.8610.516 80.050949.9510.152.881 360.161 010.641 60.052.049.8010.023.141 373.661 6 10.413 00.037 749.82 10.103.121 380.264 810.341 10.053 949.8910.022.851 341.282 610.402.40.054 049.9010.022.851 341.540 010.548 40.054.849.9410.042.871 347.080 410.509 80.057 949.95 10.152.881 360.161 010.634 90.058 749.8010.023.141 373.661 610.391 70.059 049.82 10.103.121 380.264 8具有十分显著影响。表6 是Cl-含量对点蚀速率影响的方差分析结果。由表6 可知，设置置信区间为9 9%，由于在显著性水平=0.01下,Cl-含量的统计检定值FFo.ol(3，8）=7.5 9 10,其概率P小于临界值0.0 1,故Cl-对点蚀速率具有十分显著影响。表5 CI含量对均匀腐蚀速率的影响大小平方和自由度4.230 6 10-336.086 7 10-684.236 7 10-3112023年10 月(4)(5)于试片表面的腐蚀产物膜致密性降低，而引起均匀腐蚀速率逐渐增大；同时,随着Cl-含量的不断增加,试片表面萌生点蚀，点蚀内外呈现小阳极和大阴极的状态，点蚀深度不断加大，而引起点蚀速率不断增大。而且，均匀腐蚀速率相比点蚀速率增长的幅度更小,表明CI-对点蚀的作用更加敏感。表4腐蚀速率计算结果面积均匀腐蚀速最大点蚀深度点蚀速率CI-含量/mm/mm/mm1 349.543 2均方1.410 2 10-37.608 3 10-7/mm率/(mm:a)0.102 00.103 60.104 40.125 00.126 60.125 90.134 30.134 40.135 90.142.30.142.80.142.91 853.5/m2.62.72.53.43.33.55.65.75.69.09.19.3F值/(mm a-l)/(mg L-l)0.067 70.070 40.065 20.088 60.086 00.091 20.146 00.148 60.146 00.234 60.237 20.242.4P值1.047 7 10-115 00010000500001000002023年第9 卷第5 期名称平方和组间5.230 9 10-2组内6.310 0 10-5总计5.237 2 10 23结 论在油田典型CO,酸性工况条件下,随着采出水中Cl-含量的增加,不断促进2 0#钢管道发生均匀腐蚀和点蚀。其中,Cl-含量在5 0 0 0 10 0 0 0 mg/L时2 0#材料表面较为平整，主要以均匀腐蚀为主；当Cl-含量增加至50000100000mg/L时，试片表面点蚀程度明显加剧。方差分析也表明Cl对均匀腐蚀和点蚀均具有十分显著的影响，但其对点蚀的影响程度较均匀腐蚀更大。参考文献1王帅,张金星,李纪朋,等.国内油田地面系统防腐研究与应用进展J.石油管材与仪器,2 0 2 2,8（5）：1-7.2付安庆,袁军涛，李轩鹏，等.油气田地面管道内腐蚀现状及防腐技术研究进展J.石油管材与仪器,2 0 2 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