杏北油田聚驱计量间阀组腐蚀穿孔成因分析

张书新 蒋容（大庆油田有限责任公司第四采油厂）

由于原油本身腐蚀性低，且易附着在管道内壁，阻碍电子转移[1]，普遍认为集输系统管道内腐蚀较轻，实际生产中管道内壁也不采取腐蚀防护措施。但近2年，聚驱计量间阀组腐蚀穿孔严重[2]，影响系统平稳运行，不得不投入资金进行改造更换。通过对聚驱计量间阀组管道腐蚀穿孔情况、腐蚀产物及介质腐蚀性进行分析[3-4]，明确了聚驱计量间阀组腐蚀穿孔特点及腐蚀成因，为聚驱计量间管道腐蚀控制提供了指导。

1 聚驱计量间阀组腐蚀情况

根据现场统计腐蚀穿孔的13座聚驱计量间阀组，运行10年以上的计量间阀组腐蚀穿孔频繁，较水驱、三元复合驱计量间阀组腐蚀穿孔严重，且腐蚀穿孔多出现在掺水管道，穿孔数占总穿孔数的81.51%，集油管道穿孔数仅占穿孔总数的18.49%。聚驱计量间阀组穿孔位置统计见表1。

从现场腐蚀情况看，计量间阀组146处穿孔点均为内腐蚀，腐蚀由金属内壁出现点蚀开始，腐蚀凹坑逐步扩展加深，最终造成管道腐蚀穿孔。从具体腐蚀穿孔位置看，间歇流液的掺水计量管段，尤其在“死水段”的掺水计量阀组立管段腐蚀穿孔最严重。

表1 聚驱计量间阀组穿孔位置统计

2 介质腐蚀产物分析

对掺水管道内腐蚀产物进行抽提，将腐蚀产物中的原油去除，然后用XRD和XRF对腐蚀产物进行表征[5]。腐蚀产物中主要是铁化合物，包括Fe2O3和FeS，而且以Fe2O3为主[6-7]，有机质含量较低。掺水管道内腐蚀产物组成见表2。在掺水管道内除产生离子氧化腐蚀，还发生了细菌腐蚀。

通过对集油管道内腐蚀产物组成分析发现，腐蚀产物主要由Fe2O3和硅铝酸盐组成，有机质含量比掺水管道多[8]。集油管道内腐蚀产物组成见表3。由于腐蚀产物含油量多，对管道起到一定的保护作用，管道与介质中的盐发生了腐蚀反应。

3 阀组内腐蚀成因分析

通过开展室内实验，采用梅特勒酸度计、电化学工作站等设备设施，检测pH值、聚合物浓度、细菌等因素对介质腐蚀性的影响，分析明确聚驱计量间阀组内腐蚀成因。

3.1 不同驱替环境介质腐蚀性

采用电化学工作站对水驱、聚驱、三元复合驱掺水介质在不同温度恒温水域中对20#碳钢的腐蚀特性进行检测[9]。掺水介质腐蚀速率变化曲线见图1。从腐蚀速率变化看，聚驱掺水介质腐蚀性高，且在40℃时介质腐蚀性最强。

3.2 pH值对介质腐蚀性的影响

使用盐酸和氢氧化钠调节掺水介质pH值，用电化学工作站测定介质对20#碳钢的腐蚀特性。不同pH值介质腐蚀速率变化曲线见图2。由图2可知，当p H值为7～8时，介质腐蚀速率最大，随着pH值上升，溶液腐蚀能力逐渐降低。当pH值大于10时，在碱作用下，金属表面产生一层致密氧化膜，阻止反应继续进行。实际生产中，水驱、聚驱掺水介质的pH值在8～9，三元复合驱掺水介质的pH值普遍大于9，这也是聚驱计量间较三元复合驱计量间腐蚀严重的主要原因。

图1 掺水介质腐蚀速率变化曲线

图2 不同pH值介质腐蚀速率变化曲线

3.3 聚合物浓度对介质腐蚀性的影响

在pH值为7的介质环境下，分别配置不同含聚浓度的溶液[10]，用电化学工作站测定介质对20#碳钢的腐蚀特性。不同含聚浓度介质腐蚀性变化见图3。由图3可知，聚合物浓度在300～500 mg/L时，溶液腐蚀电流大，介质腐蚀性强，这也是聚驱计量间较水驱计量间腐蚀严重的主要原因。

图3 不同含聚浓度介质腐蚀性变化

表2 掺水管道内腐蚀产物组成

表3 集油管道内腐蚀产物组成

3.4 细菌对介质腐蚀性的影响

为了研究细菌对聚驱介质腐蚀性的影响，分别检测SRB、FB、TGB在动态无氧环境下对金属腐蚀的影响[11]。不同细菌的介质腐蚀速率变化见图4。由图4可知，SRB对金属的腐蚀能力最强，TGB对金属腐蚀的影响最小。

图4 不同细菌的介质腐蚀速率变化

由图5不同浓度SRB的介质腐蚀速率变化可知，当SRB浓度为104个/mL数量级时，溶液对金属的腐蚀能力最强。掺水计量阀组立管段等“死水段”，细菌容易滋生繁殖；同时，由于聚驱采出液黏度较高，携带悬浮物能力较强，且聚丙烯酰胺为细菌的繁殖提供氮源，因此，这些管段细菌腐蚀更为严重。

图5 不同浓度SRB的介质腐蚀速率变化

3.5 掺水介质腐蚀性检测

通过对水驱、聚驱、三元复合驱三种驱替环境中转站掺水介质各项参数及腐蚀性进行检测，检测数据见表4。由表4可知，聚驱掺水介质pH值为7.921，聚合物浓度为475.91 mg/L，SRB浓度为2.5×104个/mL，介质腐蚀性最强，同上述介质腐蚀性分析认识一致。

表4 掺水介质参数及腐蚀性检测

4 管道腐蚀治理经济效益分析

根据现场实际情况，对聚驱计量间掺水管道进行内防腐试验，对杏北1-2、聚9-2共5座计量间的管段采取了溶剂型液体环氧涂料内防腐涂层。项目实施后可有效延长管道运行寿命，按注聚管道单公里投资26万元，涂层可延长管道运行寿命5年计算，单公里涂层施工费用为2.7万元，单公里管道可节约投资10.3万元

5 结论

1）聚驱掺水受介质pH值、聚合物浓度的影响，介质腐蚀性较水驱、三元复合驱强。

2）聚驱计量间阀组腐蚀的主要形式为内腐蚀，且掺水管道，尤其在“死水段”的掺水计量管段腐蚀穿孔严重，这些管道除产生离子氧化腐蚀，还发生了细菌腐蚀。

3）建议对聚驱计量间掺水管道进行内防腐设计。目前已在杏北1-2、聚9-2共5座计量间设计应用溶剂型液体环氧涂料内防腐涂层，应用后预计可延长管道运行寿命5年，则可节约投资10.3万元/km。