高酸性气田采输和净化过程中存在严重的腐蚀。无论是CO2引起的“甜腐蚀”[1]，还是因H2S的存在引起的应力腐蚀开裂、氢致开裂及氢鼓泡[2]，均是高酸性气田金属材料失效的主要原因。尤其是H2S和CO2共存条件下的强腐蚀性，加之Cl-、水、元素硫、温度、压力及流速等因素影响，使腐蚀环境非常复杂，腐蚀机理多样，腐蚀危害也成倍增加。在酸性气田处理厂，CO2-H2S-H2O和R2NH-H2S-CO2-H2O腐蚀是含硫天然气脱硫装置的主要腐蚀形式[3-7]，即或采用优质抗硫材料，在现场条件下也难免产生腐蚀穿孔和破裂导致天然气泄漏，这不仅影响气田正常开发，而且将造成环境污染甚至灾难事故。因此，利用高酸性气田实时监测的腐蚀数据指导腐蚀控制措施成为酸性气田开发过程中的重要工作。
对于高酸性气田采输系统，高温、高压、多相、高酸性气液混输为其主要腐蚀环境特征，点蚀、硫化物应力腐蚀开裂、氢致开裂和应力取向氢致开裂及局部阳极溶解引发的大面积金属材料变质是其主要失效形式。以龙岗气田为例，部分单井气水比大，产水量高，如龙岗气田001-6井、龙岗001-18井、龙岗001-26井，气液混输带来管线压降大、操作压力高、段塞流严重，容易造成管内严重积液，从而加剧管道内腐蚀。此外，严重的腐蚀还易发生在管线弯头位置、放空分离器至火炬的埋地管线的低洼积液位置、焊缝位置、异种金属接触位置、内部结垢或污染形成的局部大阴极和小阳极加速腐蚀的位置等。图 1a为龙岗010-U3井放空管线埋地管段18个月后腐蚀穿孔及松脆情况。
从川渝气田净化厂历年检修情况来看，脱硫装置腐蚀严重部位主要存在于再生塔塔壁及内部构件、半贫液返回线、高温富液管线、原料气分离器底部、闪蒸罐入口处及酸气管线等位置。如川中油气矿磨溪净化厂80×104 m3/d装置的富液入闪蒸罐的管线、贫富液换热器至再生塔的富液管线、再生塔酸水回流管线等曾多次腐蚀穿孔。图 1b为在磨溪净化厂脱硫塔第20层塔板处挂片18个月取出后试片表面局部坑蚀形貌。
高酸性气田腐蚀监测技术可以为气田缓蚀剂的筛选及缓蚀剂加注方案的优化和调整提供数据支持，同时，通过基础腐蚀数据的收集为气田管线和设备材料选择提供依据。因此，高酸性气田腐蚀监测技术是气田安全生产必不可少的组成部分。
重庆气矿从2000年开始对气田腐蚀监测进行了大量投入，目前已建立了较为完备的腐蚀监测体系，应用的电化学探针(ER和LPR)达到149套、腐蚀挂片有149套，氢探针有10套。腐蚀监测点主要为分离器排污管、站场来气管线水平段、分离器至汇管及清管收球筒等位置。腐蚀速率和检测介质的温度、压力、流速、总矿化度(六项离子：K++Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-、Cl-)、水型、pH值、总铁(Fe2+、Fe3+)、溶解氧、CO2、H2S、SRB、TGB、腐蚀产物、气体组分等共同组成腐蚀监测的数据体系。根据腐蚀监测数据，重庆气矿提出了“注入水水质达标为中心的系统防腐综合治理”是油田防腐蚀工作的重点目标，也是实现控制腐蚀速率低于0.076 mm/a标准的关键所在，通过狠抓注水水质达标工作，使气田腐蚀得到了控制，为提高气田的开发效益做出了贡献。
龙岗气田试采工程腐蚀检测与监测设计了电化学探针、失重腐蚀挂片、FSM和缓蚀剂残余浓度分析检测等。在建设过程中，龙岗试采工程共安装电阻探针18套，腐蚀挂片18套，2套FSM。另外，配合10个取样点处的缓蚀剂残余浓度分析、超声波壁厚测量及氢探针等共同组成了龙岗气田腐蚀监测体系。通过缓蚀剂防腐技术和腐蚀监测数据的系统工作，龙岗气田投产至今均匀腐蚀速率一直被控制在0.1 mm/a以内。
近年来，高酸性气田的天然气净化厂也开展了卓有成效的腐蚀监测工作。CR1000电感式腐蚀监测仪、CorrTran电化学腐蚀监测仪、MICROCOR® 电感式腐蚀监测仪、Corrocean LPR、Smartcet电化学腐蚀监测仪、腐蚀挂片、MS3500E/MS1500E腐蚀测试仪等监测仪器被广泛应用在川渝气田的天然气净化厂。天然气研究院通过现场调研资料、超声波测厚结果及腐蚀监测结果分析得出结论：净化厂脱硫装置脱硫塔下部、高温富液管线、半贫液返回线、闪蒸塔来气管线、原料气分离器底部及酸气放空管线等位置腐蚀严重，推荐应用电感探针进行腐蚀监测。
作为酸性气田安全生产的重要组成部分，腐蚀监测工作越来越受到重视，包括腐蚀监测点的布置、监测方法的选择、数据的处理、管理及通过指导缓蚀剂加注、为完整性管理提供数据支持等内容的高酸性气田腐蚀监测技术已经初步形成。
高酸性气田用腐蚀监测技术包括线性极化探针、电感探针、电阻探针、FSM、电化学噪声技术等，各腐蚀监测技术由于工作原理不同而具有个体的适应性和彼此的差异性。根据在酸性气田的现场应用情况，各腐蚀监测技术对比如表 1所示。
氢监测用于监测氢渗入金属的趋向和速度，从而表明材质受氢脆、氢鼓泡、氢致开裂的趋势。利用氢探针技术可以实现对高酸性气田现场缓蚀剂预膜效果的评价。2011年3月23日，龙岗气田26集气站至28集气站间干线预膜后氢探针数据如图 2所示。可见，缓蚀剂预膜后氢通量数值出现了明显下降的趋势，经过30天左右氢通量重新达到较高的数值，表明保护膜稳定期的结束。
管道全周向监测方法(FSM)也称为“电指纹法”。该技术使用可控电流通过金属结构，建立一个电场。结构壁上的任何腐蚀/磨蚀导致的变化都会在电场中显示出来，并由附着在结构外部的感应探针探测出来。FSM可用于均匀腐蚀和局部腐蚀及焊缝情况的表征。
以龙岗气田2011年3月23日26井至28井输气干线缓蚀剂预膜效果监测为例，3月30日后80天内的腐蚀速率监测曲线如图 3。由图 3可见，缓蚀剂预膜后管线的均匀腐蚀速率较低，约为0.003 mm/a，管线仅发生轻微的腐蚀。预膜后35天左右，均匀腐蚀速率明显升高，表明管线内表面保护膜逐渐破裂失效，腐蚀速率达到了0.02 mm/a，膜的持久时间与氢探针监测计算结果吻合，从腐蚀速率逐渐升高来看，可认为膜的破裂失效是一个渐进的过程。
FSM还给出了预膜后管线内表面点蚀发生和发展的过程，如图 4所示。2011年3月23日缓蚀剂预膜后，金属管线内表面在5月11日前近50天的时间内表面未发现明显局部腐蚀特征，表现为均匀腐蚀特征，如图 4(a)和4(b)所示。
预膜后60天左右，5月25日监测结果可以看出，出现了一块严重的蚀斑，标志着点蚀的发生，如图 4(c)所示。6月28日前后，也就是预膜后90天左右，管线内表面出现了大面积的蚀斑，表明保护膜彻底失效，如图 4(d)所示。缓蚀剂预膜后，保护膜经过稳定时期、破裂和修复过程直到最终的完全失效三个阶段。同时，从FSM对局部腐蚀监测可以看出，缓蚀剂保护膜的破裂并不意味着点蚀的起始，预膜后小剂量的缓蚀剂的间歇加注实现了保护膜的修复。
目前，龙岗气田投产的18口井中，单井每天最大产气量90×104 m3, 最大产水量80 m3。气相中H2S含量3.5%(φ)左右，CO2含量3.7%(φ)左右。单井产水量较大的站内设分离器(如龙岗001-6井等)，其余气液混输至集气站或总站。龙岗气田集输管网主要分为集气干线和采气管线两部分。采气管线材料为L360NCS，集气管线材料为L360QCS，在天然气的集输过程中通过加注缓蚀剂来防止管线和设备的腐蚀。
龙岗气田腐蚀监测点的布置遵循“代表性”、“区域性”和“系统性”的原则，主要监测点分布于单井站、集气站、总站和净化厂各腐蚀回路。根据各腐蚀监测方法的适应性和差异性，进行了监测方法的筛选和配合使用。
为实现腐蚀研究的由点到面进而到体，完成对气田的管线和设备进行整体展示和表征，引入腐蚀回路概念。所谓腐蚀回路指的是腐蚀环境相似、腐蚀机理相同的管线和设备的总称。以单井站为例，腐蚀回路划分、腐蚀环境特征及采用的监测方法如表 2所示。
龙岗气田腐蚀监测数据实行数字化管理，腐蚀数据管理系统包括工程建设基础数据库、装置运行基础数据库及模拟分析基础数据库。其中，工程建设基础数据库基于确定的腐蚀回路，收集、整理、录入工程建设基础数据，为腐蚀失效分析提供条件数据；装置运行基础数据库主要收集装置/管道运行过程中监测/检测到的工艺参数、腐蚀数据，如ER、LPR、FSM、挂片、超声波测厚、智能清管等，有的需要进行转化才能得到管线/装置的腐蚀速率；模拟分析评价基础数据库主要包括缓蚀剂防腐方案设计，室内模拟环境条件腐蚀评价数据和腐蚀预测软件预测得到的腐蚀数据。
考虑到本系统采用纯C/S模式，以及相互关联的各方软件均采用Oracle技术实现，本数据库服务器采用Oracle 10 g。图 5为龙岗试采工程腐蚀监测系统功能主界面，左端下拉菜单为基于回路的腐蚀实体，右端为腐蚀实体的安全等级评价结果。龙岗气田腐蚀监测系统可方便地进行腐蚀实体的删除和增加，实现腐蚀数据和基础数据的录入、修改及评价报表的输出功能。通过中间数据库实现与龙岗数字化气田巡检系统和三维地理信息系统的数据交互，实现腐蚀数据的图形展示，为管理者提供决策依据。
(1) 高酸性气田处于苛刻环境的金属材料存在严重的腐蚀。为采集现场腐蚀数据，电阻探针、电感探针、线性极化探针、腐蚀挂片及水分析等传统的腐蚀监测方法被广泛用于酸性气田采输和净化过程。FSM、氢探针技术、电化学噪声技术等腐蚀监测新技术在研究点蚀、缝隙腐蚀和氢致开裂等方面具有独特的优势。
(2) 基于龙岗气田现有的电阻探针、腐蚀挂片和FSM等腐蚀监测技术，配合超声波测厚技术、氢探针技术、缓蚀剂残余浓度分析技术及腐蚀预测技术，龙岗气田腐蚀数据采集网络逐步完善。龙岗气田腐蚀监测技术体系内容涵盖了腐蚀监测点的布置、监测方法的选择、腐蚀回路的划分、数据的处理、数据库管理等内容，可实现现场腐蚀数据的评价和预测，为腐蚀控制措施提供数据支持。
2012, Vol. 41 Issue (1): 62-65, 69
2012, Vol. 41 Issue (1): 62-65, 69