[01393030]榆林气田腐蚀防治技术研究与应用

该研究成果来源于中国石油长庆油田分公司,研究对象为长庆油田分公司第二采气厂所辖榆林气田。该研究成果由2002年至2014年期间课题组完成的7个关于榆林气田腐蚀防治技术研究的系列项目所构成。该研究成果所述科学技术领域为油气开采机械设备的腐蚀与防护,以及金属防腐剂、阻垢剂、缓蚀剂。 长庆气田承担着为北京、上海、呼和浩特、西安等大城市提供工业及生活用气的战略任务,其主力气田—榆林气田的高效、安全、稳定生产具有十分重要的战略和社会意义。榆林气田在地质构造上位于鄂尔多斯盆地陕北大斜坡的东北侧,气田主力气层为上古生界山西组山2段,气层埋深2500m～3000m,平均原始地层压力26MPa,地层平均温度85℃。气藏属于干气气藏,非烃类气体含量低,甲烷平均含量为94%左右,CO2平均含量为1.7%（v）,H2S平均含量为0.000231%（3.5mg/m3）,属于微含硫、低含CO2级别,榆林气田气井均有不同程度的产出水。随着气井开采时间的延长,酸性气体含量及含水量的逐年增加,气井腐蚀复杂性增大,腐蚀控制更加困难。 为了准确掌握榆林气田井筒、管线及设备腐蚀状况,认识影响腐蚀的主要因素、腐蚀程度并及时制订切实可行的腐蚀防护措施,实施的总体研究思路为：首先,确定天然气气井产出水矿化度与腐蚀速率关系、缓蚀剂加注与气井产出水中二价铁离子变化关系、挂片腐蚀前后微观形貌表征结果与气井腐蚀因素内在关系及与集输管线腐蚀因素内在关系,划分不同气井（高含CO2、高矿化度、长关探井等）腐蚀分布规律;其次,确定不同区块的高效缓蚀剂型号、加注量、加注周期,地面管线内腐蚀监测手段和方法,腐蚀监测结果的分析及评价方法,天然气井H2S和CO2腐蚀机理及硫化铁生成机理;再者,研制系列分别针对H2S和CO2含量较高气井、天然气处理厂循环冷却水系统及加热炉的复合型多功能药剂,并优化药剂加注工艺,形成可操作性强的加注制度;最后,制订符合生产现场实际的防腐工作制度,并进行现场试验进行实施效果验证。 研究成果具有如下创造性与先进性：①建立了集水质气质分析、腐蚀产物分析、挂片失重检测、腐蚀在线监测、阴极保护等多种手段综合实施的腐蚀检测监测方法和简易的腐蚀预测模型;②确定了天然气气井腐蚀程度与各种因素综合特征的相对关系及缓蚀剂加注与气井产出水中二价铁离子的变化关系;③采用现代物理与化学实验手段（SEM,EDS,XRD,XPS）确定了伴生水介质中H2S/CO2共同存在情况下的腐蚀途径、影响因素及防护措施,整个腐蚀过程遵循电化学腐蚀机理,H2S、CO2溶于水后电解导致金属腐蚀,电解出的H+直接被还原成H2,加剧了腐蚀;④确定了高含H2S气井伴生水介质中硫化铁的生成机理、自燃特性及防护措施,腐蚀过程中,H2S除作为阳极过程的催化剂,促进铁离子的溶解,加速管材质量损失外,还为腐蚀产物提供S2-,在钢表面生成硫化铁腐蚀产物膜。⑤研制了系列分别针对H2S和CO2含量较高气井、天然气处理厂循环冷却水系统及加热炉的复合型多功能药剂,并部分申报国家发明专利并获审批授权;⑥通过动电位电化学评价确定了缓蚀剂作用机理,优化了加注量、加注周期、加注工艺等缓蚀剂加注制度,所研制的混合型缓蚀剂既阻碍了阳极金属的溶解,又阻碍了氧接近阴极发生还原,起到了很好的防护作用;⑦论证了湿气输送的可行性,并制定出相应的防腐蚀措施,现已开始实施;⑧制订了切实可行并且有很强针对性的榆林气田防腐工作制度。 项目研究成果可及时实现与生产现场的衔接,无需对生产工艺及管线进行大规模改造,无需增加额外设备投资。实施情况表明,腐蚀防护效果良好,极大降低了生产维护成本,保障了气田的高效、安全生产,经济效益和社会效益显著,具有较好的市场推广价值。项目实施以来,研究成果能及时为榆林气田提供腐蚀及维修预报,气田未曾出现因腐蚀而造成的重大安全事故。气田井筒、管线及设备腐蚀速率一直控制在较低级别,有效降低了停产检修次数、生成维修成本及安全事故成本,减少了投资和操作费用,延长了设备使用寿命,改善了气田生产能力和产品质量,提高了气田开发寿命。类似产品和技术在油水井及炼油厂设备运行中同样起到了应有作用,在适当的条件下,完全可以推广至其他石油石化企业应用,项目的研究成果处于先进水平。 项目研究及实施过程中,课题组成员申报并获授权发明专利或实用新型专利15项,发表高水平研究论文30余篇,研究成果荣获2011年度陕西高等学校科学技术奖励二等奖。