高含CO2气田地面集输系统缓蚀剂的优选与应用

宋法强

(西安石油大学石油工程学院，陕西西安 710065)



高含CO2气田地面集输系统缓蚀剂的优选与应用

宋法强

(西安石油大学石油工程学院，陕西西安 710065)

针对陕北长北气田天然气中CO2含量高，地面集输管网腐蚀严重的现状，急需一种有效的缓蚀剂来缓解地面集输管网的腐蚀速度。通过对现有的缓蚀剂的缓蚀率和乳化性评价，优选出了一种适合高CO2气田的缓蚀剂KYC-2，利用高压釜腐蚀评价实验评价了其在高压模拟腐蚀环境中的性能。矿场应用结果表明，选用KYC-2缓蚀剂，采用不预膜， 4口试验井采用每隔3天轮换加注，支干线连续加注的方式，质量浓度为25 mg/(100 m3)时，缓蚀率均超过90%，处理费用仅为0.03元/(100 m3)，经济和社会效益显著。

CO2腐蚀； 缓蚀率； 乳化性； 缓蚀剂

长北气田位于鄂尔多斯盆地东北部，分布于陕西省和内蒙古自治区境内，面积约为1 600 km2，探明可采储量961×108m3，为中国石油和壳牌石油公司共同合作开发气田[1-3]。长北气田天然气中CO2体积分数为2.015%，CO2分压为0.06～0.09 MPa，为高含CO2气田，在集输开发过程中应考虑CO2的腐蚀。目前国内外控制CO2腐蚀的主要技术有：选择性的耐腐蚀材料、加注缓蚀剂以及内壁涂层或衬里等[4-6]。为了保证地面集输管网的安全，长北气田首次采用了“碳钢+缓蚀剂”的保护措施[7-10]。缓蚀剂的选择直接影响了地面集输管网的使用寿命，但是为了取得经济效益，还必须控制投入成本，因此优选一种缓释效果好且廉价的适用于高CO2气田的缓蚀剂是非常有必要的。

1 缓蚀剂的优选

通过调研，选取矿场常用的6种不同类型的缓蚀剂进行了缓蚀率实验室评价，优选出了适应于高CO2气田地面集输管网的缓蚀剂。实验温度为60 ℃，实验溶液为自配气田水+凝析油(油水体积比为1∶19)，CO2分压为0.3 MPa，NaCl质量分数为1.25%，动态转速为380 r/min，实验周期为72 h，缓蚀剂的加注量均为200 mg/L。表1为6种不同类型的缓蚀剂的缓蚀效果。

表1 不同类型的缓蚀剂的缓蚀效果

由表1可以看出，加入不同类型的缓蚀剂后，试片的腐蚀速率均有所下降，通过对比各缓蚀剂的缓蚀率可知，KYC-2和MY1-1的缓蚀率在80%以上，因此初步优选出这两个缓蚀剂作为长北气田地面集输管网用缓蚀剂。

利用摇瓶实验评价了KYC-2和MY1-1的乳化性，实验中按照油水体积比50∶50配成油水混合物，加入200 mg/L的缓蚀剂，用手分别摇动两实验瓶各100次，让其静置澄清，对照空白样，观察油水层的清澈度、颜色以及界面的变化， 结果如表2所示。根据《实验室评价和检定油田、炼厂缓蚀剂的标准导则》，由于生产过程中的乳状液难以分离，要求缓蚀剂不应形成乳状液，从表2中可以看出，MY1-1比KYC-2更易产生乳化现象，因此筛选出KYC-2缓蚀剂作为长北气田地面集输管网用缓蚀剂。

表2 缓蚀剂乳化性实验结果

2 缓蚀剂KYC-2在高压模拟腐蚀环境中的性能

目前，长北气田采用的缓蚀剂为CB-2和CB-3缓蚀剂，通过实验室可模拟的高压釜腐蚀评价实验对比了CB-2、CB-3和KYC-2在高压模拟腐蚀环境中的性能，判断KYC-2是否适用于高含CO2的长北气田。

实验选用A3钢试片，放入加有200 mg/L的模拟腐蚀溶液后密闭釜盖，升温至60 ℃，通入CO2,压力增至5 MPa停止通气，恒温72 h后，取出试片，预处理后称量，计算腐蚀速率和缓蚀率。表3为KYC-2缓蚀剂与长北气田现用缓蚀剂在高压模拟腐蚀环境中的性能对比。从表3中可以看出，KYC-2在预膜-气相和液相情况下缓蚀率均优于现用的缓蚀剂CB-2和CB-3。图1为KYC-2缓蚀剂在长北气田高压模拟腐蚀环境中的试片。综合表3和图1来看，KYC-2缓蚀剂是一种适用于高含CO2气田的高效缓蚀剂，在长北气田中具有很好的适应性。

3 矿场应用

为了验证KYC-2缓蚀剂的效果，2012年8月，长北气田选取4口井(CB342-1、CB342-3、CB342-4和CB342-5)作为试验井。对于地面集输管线，缓蚀剂采用预膜和连续加注联合使用的方法，由于集输管道在投入使用前已进行了预膜处理，预膜厚度为0.076 mm。在此施工不再进行预膜， 4口井每隔3天轮换加注，支干线连续加注的方式，质量浓度为25 mg/(100 m3)。为了验证缓蚀剂的缓蚀效果，监测统计了投产1年以上的气井管线，特别是易腐蚀的管线弯头处，4口井的缓蚀率均超过90%。图2为CB342-1井加入缓蚀剂前后在线腐蚀监测曲线(金属损失曲线和腐蚀速率曲线)。从图2中可以看出，加入缓蚀剂后，金属损失曲线几乎不再增加，腐蚀速率从0.46 mm/a左右逐渐下降至0.006 mm/a左右。

表3 KYC-2缓蚀剂与长北气田现用缓蚀剂在高压模拟腐蚀环境中的性能对比

图1 KYC-2缓蚀剂在长北气田高压模拟腐蚀环境中的试片

Fig.1 Specimens figure of KYC-2 corrosion inhibitor in high pressure simulated corrosion environment in Changbei gas field

图2 CB342-1井加入缓蚀剂前后在线腐蚀监测曲线

Fig.2 Corrosion on line monitoring curve of well CB342-1 before and after adding corrosion inhibitor

4口试验井产气的处理费用仅为0.03 元/(100 m3)，加入缓蚀剂后，可有效减缓集输站内管网以及加热和分离设备的腐蚀，减少了设备的维修和维护。综上所述，加入KYC-2缓蚀剂后，经济效益和社会效益显著。KYC-2缓蚀剂对于高含CO2的气田具有很好的适应性，值得大面积推广和应用。

4 结论

(1) 优选出了一种适于高含CO2气田的地面集输管网缓蚀剂KYC-2，该缓蚀剂缓蚀率高，不易乳化，能在高压模拟腐蚀环境中有效成膜并能起到缓蚀作用，在气相-预膜条件下，室内实验对于A3钢试片的缓蚀率达到98.6%。

(2) 缓蚀剂KYC-2在长北气田矿场应用表明，井丛4口井采用每隔3天轮换加注，支干线连续加注的方式，质量浓度为25 mg/(100 m3)时，缓蚀率均达到90%以上，产气的处理费用仅为0.03 元/(100 m3)，经济效益和社会效益显著，值得大面积推广和应用。

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(编辑 宋官龙)

Optimization and Application of Inhibitor for the Ground Gathering System of High Carbon Dioxide Gas Field

Song Faqiang

(CollegeofPetroleumEngineering,Xi’anShiyouUniversity,Xi’anShaanxi710065,China)

Aiming at the situation of high CO2content in Changbei gas field and serious corrosion of surface gathering pipeline, an effective corrosion inhibitor was indeed needed to ease the corrosion rate of surface gathering pipeline. Through the evaluation of corrosion inhibition efficiency and emulsifying property of the existing corrosion inhibitor, a corrosion inhibitor for high CO2gas fields KYC-2 was optimized. The property of KYC-2 in high pressure simulated corrosion environment was evaluated by autoclave corrosion evaluation experiment. The field test showed that KYC-2 corrosion inhibitor was selected to be used in the field test. Using the pre-film method, the filling mode of four test wells was rotation every three days filling by branch trunk continuous way. When the concentration was 25 mg/(100 m3), corrosion inhibition efficiency was over 90%, and processing cost was only 0.03 (RMB)yuan/(100 m3). This corrosion inhibitor has significantly economic and social benefits.

CO2corrosion; Corrosion inhibition efficiency; Emulsifying property; Corrosion inhibitor

1006-396X(2015)04-0040-03

2015-03-14

2015-04-15

宋法强(1989-)，男，硕士研究生，从事油气田开发地质研究；E-mail: 1334296230@qq.com。

TE869

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2015.04.009