一种缓蚀剂性能评价试验系统的设计与应用

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(中海石油(中国)有限公司 湛江分公司 涠洲作业公司， 广东 湛江 524057)

采用缓蚀剂减缓设备或流体输送管道的腐蚀速率，是石油开采、输送及化工等领域常用的手段[1]。缓蚀剂的性能、加注体积分数等因素对腐蚀防护效果有重要影响[2]。腐蚀速率受流体性质、组分、流态、温度及压力等因素影响[3]，缓蚀剂的效果同样受到流体特性的影响。但缓蚀剂的效果不易评价，且影响腐蚀速率的因素众多，如何针对特定的流体性质选择高效的缓蚀剂是一大难题。为选择出针对特定流体的高效缓蚀剂及其合理的缓蚀剂加注体积分数，一般会委托科研单位模拟现场工况条件开展流体腐蚀实验，具体过程为，在模拟流体中添加不同种类和体积分数的缓蚀剂，将腐蚀挂片置于流体中进行腐蚀实验，一段时间后，将挂片取出并进行腐蚀速率分析，将结果与空白样(模拟现场工况的流体中不添加缓蚀剂，测试同样时间的腐蚀挂片)结果进行比对，从而评价出缓蚀剂在不同加注体积分数下的缓蚀效率[4]。油气开采过程中，地层产出的流体组分非常复杂，温度和压力等条件动态变化，室内实验难以真实模拟出生产过程中流体的实际状态，势必严重影响实验效果的准确性[5]。

为了动态、真实地评价出不同种类缓蚀剂在不同体积分数下的缓蚀效果，针对特定流体选出性能高效的缓蚀剂以及最合理的缓蚀剂加注体积分数，研制了一种技术原理简单、应用成本低、生产现场可直接应用的缓蚀剂性能评价试验系统[6]。

1 缓蚀剂性能评价试验系统技术分析

1.1 试验系统结构及参数

缓蚀剂性能评价试验系统包括流体分配管、液量调节阀、流量计、微量缓蚀剂加注泵和缓蚀剂性能评价装置5部分(图1)。其中，缓蚀剂性能评价装置由流体进入直管段、缓蚀剂性能评价装置外壳、流体排出直管段、腐蚀挂片固定螺栓和圆柱形腐蚀挂片组成，见图2。

1.流体分配管 2.液量调节阀 3.流量计 4.微量缓蚀剂加注泵 5.缓蚀剂性能评价装置图1 缓蚀剂性能评价试验系统组成示图

1.流体进入直管段 2.缓蚀剂性能评价装置外壳3.流体排出直管段 4.圆柱形腐蚀挂片 5.腐蚀挂片固定螺栓图2 缓蚀剂性能评价装置结构示图

该缓蚀剂性能评价试验系统设计体积流量为0.2～2.0 m3/h，流体进入及排出直管段长度不小于5 m，最大承受压力2 MPa，最高耐温100 ℃。

1.2 工作原理

将该缓蚀剂性能评价试验系统连接到需要进行腐蚀防护的流体输送管道或设备上，流体流入流体分配管[7]，通过液量调节阀和流量计，使进入每套缓蚀剂性能评价装置的液量相等，流体从缓蚀剂性能评价装置流出后，排入现场的生产处理系统回收利用。采用2套或多套缓蚀剂性能评价装置并联运行，其中1套缓蚀剂性能评价装置中不加注缓蚀剂，其圆柱形腐蚀挂片作为空白样挂片。其它缓蚀剂性能评价装置中，通过微量缓蚀剂加注泵添加不同种类或不同体积分数的缓蚀剂。流体在缓蚀剂性能评价装置中运动一段时间后(一般不少于1个月)，将圆柱形腐蚀挂片从缓蚀剂性能评价装置中取出，通过将加注缓蚀剂的圆柱形腐蚀挂片的均匀腐蚀速率和点腐蚀速率与空白样挂片进行比对，可以计算出各种缓蚀剂在各种药剂加注体积分数下的缓蚀效果，从而达到缓蚀剂性能评价的目的[8]。此系统既可以比对评价同一药剂加注体积分数下，不同种类缓蚀剂缓蚀性能的优劣，从而选择出适应某特定流体特性的高性能缓蚀剂，也可以对比评价同一种缓蚀剂在不同加注体积分数下的缓蚀效果，从而选择出最合理的缓蚀剂加注体积分数，在最节省费用的前提下达到腐蚀防护效果最佳的目的[9]。

2 缓蚀剂性能评价试验系统技术创新性

缓蚀剂性能评价试验系统中多套缓蚀剂性能评价装置并联运行[10]，设置有液量调节阀和流量计，可以调节进入缓蚀剂性能评价装置的流体流量，模拟生产系统中的真实流速，使进入每套缓蚀剂性能评价装置的液量相等、压力条件相同。由于试验流体来自现场管道或设备，因此，流体组分、温度、压力等条件与现场实际情况完全一致，确保了药剂评价和筛选结果的准确性。

将缓蚀剂性能评价装置中的腐蚀挂片由通常使用的条形挂片更改为圆柱形挂片，可以直接观察腐蚀挂片不同部位的腐蚀情况，便于分析管道内流体分层现象对腐蚀的影响。缓蚀剂性能评价装置中设置有流体进入直管段和流体排出直管段[11]，可以避免流体流态变化对腐蚀速率造成的影响。

安装传统的条形腐蚀挂片需要在管道上安装取装挂片基座，用专用工具取装[12]，较为繁琐。新设计的缓蚀剂性能评价装置中，圆柱形腐蚀挂片通过腐蚀挂片固定螺栓固定在缓蚀剂性能评价装置外壳上，取装挂片更加方便，同时保证了缓蚀剂性能评价装置外壳的结构强度。

3 缓蚀剂性能评价试验系统现场应用情况

应用该缓蚀剂性能评价系统，通过微量缓蚀剂加注泵按相同加注体积分数添加不同种类的缓蚀剂，通过将加注缓蚀剂的圆柱形腐蚀挂片的均匀腐蚀速率和点腐蚀速率与空白样挂片进行比对[13]，可以计算出各种缓蚀剂在某一药剂加注体积分数下的缓蚀效果，从而对比各种缓蚀剂在某一药剂加注体积分数下的效果。同理，若按不同加注体积分数添加同一种类的缓蚀剂，可以计算出该缓蚀剂在各种药剂加注体积分数下的缓蚀效果，对比某一缓蚀剂在不同药剂加注体积分数下的缓蚀效果，从而选择出某一种缓蚀剂最合理的药剂加注体积分数[14]。当按不同加注体积分数添加不同种类的缓蚀剂时，可以计算出不同种类的缓蚀剂在各自药剂加注体积分数下的缓蚀效果，达到将不同种类缓蚀剂在不同药剂加注体积分数下的缓蚀效果进行对比的目的，结合缓蚀剂的单价，可以选择出性价比最高的缓蚀剂和该药剂的加注体积分数[15]。

某油田外输海底管道内检测时发现腐蚀超标，涠洲作业公司于2018-01启动了该海底管道缓蚀剂筛选工作，采用缓蚀剂性能评价试验系统对来自不同单位的4种缓蚀剂进行评价筛选，结果见表1。

表1 某油田外输海底管道缓蚀剂筛选结果

由表1可见，1#和4#缓蚀剂在40×10-6加注体积分数下即可满足腐蚀速率小于0.076 mm/a的要求，且缓蚀效率超过85%。2#和3#缓蚀剂在40×10-6加注体积分数下，也可满足腐蚀速率小于0.076 mm/a的要求，但缓蚀效率低于85%，如要使2#和3#缓蚀剂达到缓蚀效率不低于85%的要求，其加注体积分数需60×10-6。

4 结语

设计的缓蚀剂性能评价试验系统使用方便，技术原理简单，与室内模拟实验相比，可以更加准确、动态地反映现场流体组分、温度、压力等条件[16]。利用该系统进行缓蚀剂评价和筛选，其结果更加准确可靠。将缓蚀剂性能评价试验系统中的传统条形腐蚀挂片改为圆柱形挂片，既方便了腐蚀挂片的取装，又能反映出流体分层现象对腐蚀的影响。使用该缓蚀剂性能评价试验系统时，需定时校准缓蚀剂的注入量，防止缓蚀剂加注量不准确而影响药剂筛选结果。