集输系统硫化氢腐蚀监测技术研究与应用

长江大学

集输系统硫化氢腐蚀监测技术研究与应用

王翀长江大学

含硫化氢油田地面集输系统应采取必要的硫化氢腐蚀监测技术，明确硫化氢腐蚀速率，为下一步防腐措施的制定提供依据，进一步保证地面集输系统的安全有效运行。湿硫化氢对碳钢设备可以形成两方面的腐蚀，均匀腐蚀和局部腐蚀。局部腐蚀的形式包括氢鼓泡、氢致开裂、硫化物应力腐蚀开裂和应力导向氢致开裂。电感腐蚀监测系统是以测量金属腐蚀损失为基础，通过测量试片腐蚀减薄引起的交流信号改变来计算腐蚀损耗速度。采用电感探针对集输管线及设备的腐蚀状况进行在线监测，通过计算机进行数据处理，了解腐蚀趋势，评价防腐效果。

集输系统；硫化氢；电化学反应；腐蚀监测

国内外的部分油气田均含有硫化氢气体，其地面集输系统中广泛存在硫化氢腐蚀问题。通过探讨硫化氢腐蚀机理，研究腐蚀监测技术，应采取必要的硫化氢腐蚀监测技术，明确硫化氢腐蚀速率，为下一步防腐措施的制定提供依据，进一步保证地面集输系统的安全有效运行。在含硫化氢油气田的地面集输系统中广泛存在硫化氢腐蚀问题，要保证集输系统的安全有效运行，必须采取必要的腐蚀监测和缓蚀技术[1]。利用各种仪器和分析方法，确定材料在工艺介质环境中的腐蚀速率，及时判断腐蚀发生的程度和腐蚀形态，对腐蚀隐患进行预警；预测设备管道使用寿命，制定检修计划；判断是否需要采取防腐措施，监测腐蚀控制方法的使用效果。

1 油田含硫化氢概况

小洼油田2005年9月发现第一口含有硫化氢油井（洼3732）以来，治理硫化氢危害始终是安全工作的重点。随着小洼油田蒸汽驱的持续开发，含有硫化氢的油井数量不断增加。随着开采时间的延长，油井硫化氢含量、二氧化碳含量出现了明显的上升趋势。

小洼油田开井230口，含有硫化氢油井127口，硫化氢含量超标116口，生产井硫化氢含量最高达到15×104mg/m3（洼38432）。根据油井含硫化氢分布情况来看，主要分布于沙三和东三蒸汽驱井组，而且汽驱受效井硫化氢含量高。根据检测数据来看，洼3站、洼5站和洼10站的天然气中硫化氢含量高。截至目前，由于沙三蒸汽驱的停注，含硫化氢油井减至90口，其中76口井硫化氢浓度超标，硫化氢含量最高达到22.5×104mg/m3（洼38432）。

2 硫化氢腐蚀机理

干燥的硫化氢气体对金属材料无腐蚀，只有硫化氢气体溶解在水中才具有腐蚀性。在油气开采中，与氧气及二氧化碳相比硫化氢在水中的溶解度最大[2]。硫化氢气体一旦溶于水便立即电离而呈酸性，释放出的氢离子是强去极化剂，极易在阴极夺取电子，促进阳极铁溶解反应而导致钢铁的全面腐蚀。硫化氢水溶液在呈酸性时，铁在硫化氢的水溶液中发生电化学反应

硫化氢离解产物HS-和S2-吸附在金属的表面，形成吸附复合物离子Fe(HS)-。吸附的HS-和S2-使金属的电位移向负值，促进阴极放氢的加速，而氢原子为强去极化剂，易在阴极得到电子，同时使铁原子间金属键的强度削弱，进一步促进阳极溶解而使钢铁腐蚀[3]。

湿硫化氢对碳钢设备可以形成两方面的腐蚀，均匀腐蚀和局部腐蚀。局部腐蚀的形式包括氢鼓泡、氢致开裂、硫化物应力腐蚀开裂和应力导向氢致开裂。

3 腐蚀监测技术

3.1测量原理

采用电感应腐蚀监测技术，主要原理是当把交流信号加至线圈两端时，在线圈周围会产生电感应磁场，而置于其中的金属导磁材料会影响磁场强度，从而间接影响线圈电感量。金属式样的厚度及材质不同，对磁场强度影响也不同，进而使线圈电感量发生变化。把金属试片置于测试线圈所产生的磁场中，当金属试片腐蚀变薄时，会影响测试线圈的等效电感和感抗。通过检测电感变化量，推算金属试片的腐蚀量。进而形成激励信号及反馈信号,通过探针的信号接口与仪器相连。

3.2腐蚀监测系统

电感腐蚀监测系统是以测量金属腐蚀损失为基础，通过测量试片腐蚀减薄引起的交流信号改变来计算腐蚀损耗速度。该系统具有测量灵敏度高、响应快、抗干扰性强、适用性广等特点。目前在国内得到广泛而成功的应用，在相同原理的情况下，测量试片可以制作成各种不同形状（管状、片状）以适应于不同的应用。

3.3系统功能

腐蚀在线监测系统由电感探针数据采集器、高压电感探针、高压带压拆装装置、电感探针数据记录器、电感探针及腐蚀监测软件组成，安装方法如图1所示。采用电感探针对集输管线及设备的腐蚀状况进行在线监测，通过计算机进行数据处理，了解腐蚀趋势，评价防腐效果。监测仪器性能见表1。

表1 监测仪器性能指标

图1 腐蚀监测系统安装示意图

4 现场应用

在小洼油田井口、单井进站管线、采油站油气分离缓冲罐及外输管线上实施硫化氢腐蚀技术，检测周期30d。通过检测，确定了腐蚀速率，详见表2。结果表明，监测的位置均存在不同程度的腐蚀，其中采油站油气分离缓冲罐腐蚀较为严重，应考虑采取相应的防腐缓蚀措施。

表2 硫化氢腐蚀监测数据

5 结语

（1）含硫化氢油田地面集输系统应采取必要的硫化氢腐蚀监测技术，明确硫化氢腐蚀速率，为下一步防腐措施的制定提供依据，进一步保证地面集输系统的安全有效运行。

（2）针对含硫化氢油田地面集输系统，应加大腐蚀监测力度，采取相应的防腐缓蚀措施，尽快研究出一种新的完整的评价体系。

[1]郑伟，帅健，马强．高含硫气田钻井作业HSE管理体系探索[C]．中国石油学会第五届青年学术年会论文集．北京：石油工业出版社，2007．

[2]马强．小洼油田硫化氢产生机理及治理措施[J]．特种油气藏，2010，17（增）：118-120．

[3]马强．稠油热采油田毒害气体产生机理与防治[M]．沈阳：辽宁科学技术出版社，2011．（栏目主持焦晓梅）

更正

《油气田地面工程》2015年第1期第46页文章作者李洪林的工作单位应为：辽宁石化职业技术学院。在此向作者表示歉意。

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.2.030