油田污水腐蚀测试方法的评价与改进

屈撑囤，焦 琨，薛瑾利

西安石油大学陕西省油气田环境污染控制技术与储层保护重点实验室 （陕西 西安 710065）

腐蚀是油气田生产过程中非常常见的问题[1]，因腐蚀引起的跑、冒、滴、漏甚至大面积泄露引发的安全事故，不但增加了油气田的设备运行和维护成本，还会造成广泛、随机、严重的环境污染[2]。腐蚀测试方法的可靠性和精准性研究对于油气田的生产开发和设备维护、工艺控制，都有着非常重要的意义。目前石油化工行业所采用的腐蚀测试方法主要是SY/T 5523-2000《油气田水分析方法》、SY/T 5329-94《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》和SY/T 5237-2000《油田采出水缓蚀剂性能评价方法》等标准所推荐的“常压静态腐蚀速率测定方法”[3-5]。静态腐蚀测试法在一定程度上也能够说明腐蚀的程度和趋势，但是此法不能真实模拟实际中流速、细菌、溶解氧、以及其他影响腐蚀因素的情况和变化[6-8]，因此不能反映出真实的腐蚀情况。笔者采用自行设计的流动腐蚀测试装置并结合静态试验、大罐挂片等方法，对陕北某采油厂某注水站腐蚀状况进行了监测评价，对腐蚀后试片进行了电镜扫描分析，探索了一种快速、便捷、可靠的腐蚀状况测定方法。

1 实验

1.1 主要仪器与试剂

主要仪器：A3钢腐蚀试片、pH计、烘箱、溶解氧测试管、循环水泵及砂滤装置、分光光度计、JSM-5800型电子扫描显微镜、自行设计的流动腐蚀测试装置和大罐挂片装置。

主要试剂：EDTA、硝酸银、酚酞、氯化铵、石油醚、无水醋酸钠、铬黑T、无水乙醇、丙酮等，其均为化学纯或分析纯试剂。

1.2 实验方法

水质分析依照SY/T 5523-2000《油气田水分析方法》规定进行；细菌含量、pH、腐蚀挂片的处理均按照SY/T 5329-2006《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》规定进行。

腐蚀速率测定依照标准推荐的失重法进行，在保证水质稳定的情况下，分别采用自行设计的装置在该注水站清水罐、某注水泵外输口悬挂试片（流动腐蚀测试装置流速调节为0.75m3/h），悬挂周期为7d，每隔24h测定水温、pH，并进行水质分析。同时，在取样口取样，在23.5℃水浴条件下进行室内静态腐蚀速率测定。连续进行7组实验，分别测定腐蚀速率并对实验结果进行分析。

2 结果与讨论

2.1 实验期间水质监测结果

某注水泵出口水质分析结果见表1。

从表1可知，此注水站回注水呈弱酸性，矿化度较高，是典型的CaCl2水型。腐生菌和硫酸盐还原菌含量稳定，平均为2.5×104个/mL。实验期间的水质监测表明，该站水质稳定，影响腐蚀速率的各离子含量及细菌含量波动不大，实验条件基本稳定。

2.2 腐蚀测试结果

连续14d分别进行了7组 （实验周期为7d）静态、大罐和流动腐蚀速率测定，得出结果如表2所示。并对不同测试方法所测腐蚀速率的结果进行对比分析（图 1）。

表1 2013年4月延长油田某注水站水质中离子监测结果

表2 腐蚀速率监测结果

从表1与表2可看出,在实验周期内水质稳定,静态腐蚀速率在0.046 9～0.055 2mm/a之间,平均值为0.511 4mm/a；流动腐蚀速率在0.512 6～0.529 9mm/a之间，平均值为 0.520 9mm/a；大罐腐蚀速率在0.325 0～0.341 4mm/a之间,平均值为0.331 7mm/a。

图1 不同测试方法腐蚀速率对比

由图1可知，3种测试方法所测结果有着较大差距，静态腐蚀速率与流动腐蚀速率、大罐腐蚀速率有着数量级上的差距。静态腐蚀速率约为流动腐蚀速率的9.9%，约为大罐腐蚀速率的15.5%；大罐腐蚀速率约为流动腐蚀速率的63.7%。静态腐蚀测试法所测结果与实际腐蚀结果有10倍左右的差距，流动腐蚀速率是大罐中腐蚀速率的2倍左右。这是由于所采用的流动腐蚀测试装置能够模拟管线中流速及各离子含量的实际变化，能更真实的反应管线中的腐蚀情况。考虑到流速对腐蚀的影响，管线中的腐蚀速率还可能更大，腐蚀机理和情况也更复杂[9]。

2.3 腐蚀试片电镜扫描实验

挑选不同测试方法腐蚀后试片分别用JSM-5800型电子扫描显微镜进行微观形貌检测，结果如图2所示；并利用X射线能量色散谱分析仪对腐蚀较为严重的试片表相和体相进行成分测定，结果如图3和表3所示。

图2 腐蚀试片电镜扫描结果

由腐蚀试片的电镜扫描实验结果（图2）进行对比分析可知：静态腐蚀试片表面腐蚀痕迹很不明显，表面偶见很小的局部腐蚀痕迹；大罐腐蚀试片表面呈现较大面积的凹凸状腐蚀痕迹，但腐蚀深度较薄,这是因为大罐中不断有来水和出水，有一定的流动速度、离子交互和电化学作用增强的缘故；流动腐蚀试片表面的腐蚀痕迹最为严重，在全面腐蚀的同时，充满大量的腐蚀坑，坑深较深，这主要是流动腐蚀装置中水流更快，对试片表面有一定的冲刷作用，加剧了离子交互和电化学作用，所以腐蚀更为严重[10-12]。

图3 腐蚀试片电镜扫面能谱图

表3 腐蚀试片EDX检测分析结果

通过图3和表3的数据进行分析可知：处理后的试片表相和体相可能存在 Fe(OH)3；FeCO3、FeSO4、Fe2O3、Fe3O4、、FeO(OH)、Fe3C 等物质，其中 O 元素应主要来自于腐蚀产物；C元素应主要来自于腐蚀产物如FeCO3。

3 结论

1）该站污水属于弱酸性污水，矿化度为40 000 mg/L左右。

2）静态腐蚀速率为0.046 9～0.055 2mm/a，流动腐蚀速率为0.512 6～0.529 9mm/a，大罐腐蚀速率为0.325 0～0.341 4mm/a。

3）流动腐蚀测试装置所测结果更接近实际腐蚀速率，也能反映出均匀腐蚀和局部腐蚀的严重程度。

[1]纪云岭，张敬武，张丽.油田腐蚀与防护技术[M].北京：石油工业出版社，2009.

[2]屈撑囤，马云，谢娟.油气田环境保护概论[M].北京：石油工业出版社，2009.

[3]SY/T 5523-2000油气田水分析方法[S].

[4]SY/T 5329-94碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法[S].

[5]SY 5237-2000油田采出水缓蚀剂性能评价方法[S].

[6]Yoon-Seok Choi,Srdjan Nesic.Determining the corrosive potential of CO2transport pipline in high pCO2-water environments[J].International Journal of Greenhouse Gas control,2011,18(5)：788-797.

[7]李智利.冲蚀与腐蚀运行环境下多相流管道设计准则[J].油气储运,1996,15（4）：48-50.

[8]朱西柱,蒋天昊,李立标,等.溶解性气体对油井腐蚀速度影响分析[J].石油化工应用,2011,30（40）：77-80.

[9]赵国仙，吕祥鸿，韩勇.流速对P110钢腐蚀行为的影响[J].材料工程，2008(8)：5-8.

[10]陈长风,路民旭,赵国仙,等.温度、Cr浓度、Cr元素对 N80钢 CO2腐蚀电极过程的影响[J].金属学报,2003,39（8）：848-854.

[11]朱景龙,孙成,王佳，等.CO2腐蚀腐蚀及控制研究进展[J].腐蚀科学与防护技术,2007,19(5)：350-353.

[12]周卫军，严密林，王成达.N80抗硫油管钢在含CO2、微量H2S及高浓度Cl-腐蚀介质中的腐蚀行为[J].腐蚀科学与防护技术，2007,19(3)：192-195.