高压地下储气井外腐蚀机理及防护措施研究

张钊

摘 要：高压地下储气井作为CNG加气站的设备，具有以下一些特点，综合来说就是，储气量大、操作管理方便、加气速度快、运营时所需要的管理服务费用低、占地总面积相对较小等，高压储气井现在已经成为我国内部加气站的最基本储气方式。该文针对目前国内CNG加气站高压地下储气井不断腐蚀的实际情况，探讨CNG储气井外腐蚀的腐蚀机理和具体的防范措施，为进一步推广CNG汽车的应用提供了技术支持和安全保障。

关键词：高压地下储气井 外腐蚀机理 腐蚀防护措施

中图分类号：TU996 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）09（a）-0057-02

近年来，随着我国能源需求量的日益增大和环境保护的要求却来越严格，汽车量的不断增加，更多的人在寻找清洁可替代能源，所以天然气由于其自身是清洁能源的固有的特点成为了汽车燃料的主力，促进替代原始燃料得到了飞速发展。目前CNG的储气方式可以分为三大类，主要是储气罐、大型储气罐和地下储气井，其中地下储气井是CNG加气站最基础最常用的储气方式。

1 高压地下储气井概况

高压地下储气井顾名思义是在地下的，它是利用特殊的工艺技术将CNG，利用石油、天然气为媒介储备在地下几百米深处，这样做就直接将在地面放置该设备所能产生的任何隐患排除在外，并且由于是完全在地下，也不会妨碍地上土地的有效利用，大大减少了土地占用面积。减少了整个工程的成本造价，缩短了整个工程的工期。但是有利有弊，由于地下的种种因素，导致了地下的储气井管道存在腐蚀问题，具体腐蚀情况严重程度不尽相同，但是对地下储气井造成腐蚀最严重的是硫化物气体和二氧化碳。因此，为了使运行时不产生系统损坏，减少腐蚀所带来的伤害，就必须有针对性地对妨害地下设备的有害气体比如硫化氢气体和二氧化碳气体单独进行防治，分析了不同原因造成储气井腐蚀并针对相关损毁原因提出了相应的处理措施。

2 关于地下储气井腐蚀情况的研究

由于地下储气井放置的条件和位置不同、存放在地下位置的通透性不同及其他种种因素造成的条件影响不同，使得地下储气井的腐蚀程度有很多不同，有的会产生非常严重的腐蚀，有的腐蚀程度较差一些，还有的就是腐蚀程度不够严重，但是当产生腐蚀情况时并没有及时地发现或没有及时地采取相关措施导致腐蚀面积慢慢扩大，越来越严重，最终产生的腐蚀情况极其严重，所以不仅要分析腐蚀产生的原因，更要及时进行检查，随时发现随时采取相关措施进行处理，将危害降至最低。以下详细列举地下储气井产生腐蚀的种种情况。

2.1 由于溶解氧的影响产生的腐蚀

在pH为7或者接近于7的水溶液中，如果金属产生了一系列腐蚀，这些腐蚀则都属于化学中所讲述的电化学范畴，我们把管道的表面看作化学元素铁单质，那么在这个电池的阳极是铁单质而铁单质由于受到了相关介质的作用而产生了腐蚀，那么整体电子转移的过程是铁单质失去了电子，而形成了含有两个正化合价的铁离子，每个铁单质失去的电子数量为两个，电子从整个电池的阳极转移至阴极。同样在电池的阴极是由溶解氧充当，溶解氧被还原，即在电池的阴极溶解氧得到了从阳极转移过来的电子，每个氧气分子得到4个电子，最终形成两个带有负二价单位的氧离子。以上是从化学角度详细地描述了溶解氧造成的地下储气井腐蚀原因，所以具体地下储气井的腐蚀程度还和溶解氧的浓度、扩散速度都有一系列的关系。

2.2 二氧化碳和硫化氢气体腐蚀的原理以及腐蚀影响因素

2.2.1 二氧化碳和硫化氢气体腐蚀的原理

通常，在地下的环境之中，二氧化碳和硫化氢气体本来就是共存的，同样，由于二氧化碳和硫化氢气体的共存，也导致了地下储气井设备的不同情况的腐蚀。通常当两种气体共存时由于存在比例不同又会产生不一样的腐蚀情况。

当硫化氢气体对地下储气井管道产生了腐蚀之后，在管道的外层自然就形成了一层硫化物，而且这种硫化物偏偏就充当了一种保护膜作用，所以在对储气井管道产生腐蚀的情况下，硫化氢气体充当了一种具有主动性的气体，所以当有大量二氧化碳气体存在的时候，在整个气态环境中又掺杂着少量的硫化氢气体，这样反而会降低储气井管道的腐蚀速率。但是有一种情况需要格外注意，那就是当两种气体混合、硫化氢气体大量存在时，就会使得储气井大大提高其腐蚀速率。

2.2.2 二氧化碳和硫化氢气体腐蚀的影响因素

在地下，二氧化碳气体和硫化氢气体共存的环境中，对地下储气井腐蚀影响因素有很多，包括地下的温度变化、充当媒介的成分组成等，例如地下温度的变化影响，由于二氧化碳气体和硫化氢气体的溶解度随着温度的升高而越来越低，但是化学反应的速率会随着温度的升高而增快，所以当温度升高时，需要看温度对两种气体溶解度和反应速率的具体影响配合，即反应速率可增加也可降低。

3 CNG储气井的具体防腐蚀措施

3.1 将固井的传统方法进行改善

传统的固井方法存在很多弊端，具体的操作方法是把储气井的井筒直接放入井下面后，从井的上端直接把水泥灌进去，现在的改进工作是，将传统的固井方法调整为把水泥浆从下到上灌进去，然后不改变传统方法进行粘连，这样做的好处是减小空隙，使得粘连更结实，当水泥慢慢凝结以后，由于压力的相关作用，使得井筒和井壁真正合二为一，变得非常牢固，这样就避免了有害气体钻进空隙，再加上外层的一层厚厚的水泥层的共同保护，大大减少了腐蚀率。

3.2 改善密封性能

在管子的连接处由于操作技能和材料本身的性质，再加上不是传统的自然连接就会变得异常脆弱，非常容易出现问题，依据SY/T6535-2020中的相关规定，在套管之间起连接作用的螺纹应当使用专用套管密封脂作为必要的辅助材料进行密封，但是对套管专用密封树脂的最大承压能力没有确切的分析，所以在这一领域还不是非常成熟，但是这对于储气井的井外防腐又是非常重要的，所以有必要进行探讨和研究，找出确切的实证分析树脂的具体效果，以更好地使用储气井。

3.3 改善气质

通过对很多加气站进行相关的调查，发现在这些加气站中普遍存在一个问题，就是气质不符合国家的相关标准要求，这部分的比例大约占70%～80%左右，这里面的具体情况不一，大部分又是由于含水量过高或者是有害气体严重超标，这样不仅会影响储气井的实际使用寿命，更为严重的是会产生重大安全事故，所以必须对储气井的气质进行改善，保障储气井的气质就是保障安全。

3.4 套管就是防腐处理

此外，对地下储气井的防腐蚀处理，就是对套管直接进行防腐处理，这样做能够有效地制止化学作用产生的腐蚀，真正有效地杜绝，而且易操作、易控制、易发现问题、易改善。

4 结语

当前，CNG地下储气井以其独特的特点，越来越受重视，但是也存在很多问题，所以就应该积极发现问题，然后具体进行改进，根据CNG地下储气井的具体现状，进一步完善不足，使其更好地促进新能源的使用，为改善城市空气质量，提高公民的健康指数做出更大的贡献。

参考文献

[1] 付寿刚.高压储气井在压缩天然气供气站的应用[J].煤气与热力，2004，24（5）：251-253.

[2] 马宁.CNG地下储气井腐蚀与防护措施[J].化工时刊，2011（6）：56-59.