高含C02气田集输防腐工艺技术研究与应用

田雨松（中国石化东北油气分公司工程技术研究院，吉林 长春 130062）

高含C02气田集输防腐工艺技术研究与应用

田雨松（中国石化东北油气分公司工程技术研究院，吉林 长春 130062）

在油气田的开发过程中，油气集输管道和技术设备往往由于CO2的腐蚀而导致泄漏和破坏。管道的CO2腐蚀多是高压多相流动介质CO2腐蚀，受到流速、温度、压力、pH值等许多因素的影响，不仅会发生大面积的全面腐蚀，而且往往发生点状、台地状、涡旋状和烧瓶状等局部腐蚀，危害很大。

气井；CO2腐蚀；油气集输；安全与防腐

根据腰英台气田的油藏开发数据，腰英台气田气中含有CO2，游离水含Cl-，因此集输系统的腐蚀与防护不可忽视。

1 气田背景

松南气田探明天然气地质储量470×108m3，产出天然气CO2含量高达25%以上。CO2腐蚀是油气生产中遇到较普遍的一种侵蚀形式，在使用碳钢和低碳钢的场合，它容易导致较高的腐蚀速率和严重的局部腐蚀，危害很大。松南气田为高含二氧化碳气田，CO2分压高达2.115～5.875Mpa，属于严重腐蚀环境，通常腐蚀速率可达3～7mm∕a，为防止松南气田因管道腐蚀造成天然气集输系统严重危害，经过对国内外含二氧化碳气田集输系统管道管材的研究，从安全性、经济性、生产制造能力以及现场施工的质量控制等多方面综合考虑，松南气田集输管线选用316L不锈钢材质管材。

2 腐蚀影响因素

2.1 CO2影响因素

CO2溶入水后对钢铁有极强的腐蚀性。在相同的pH值下CO2的总酸度比盐酸高，对钢铁的腐蚀比盐酸严重。

2.2 Cl-影响因素

Cl-的腐蚀有两种原因，一是部分气井相应入井液中含有大量的Cl-，由于存在漏失，反排期间会持续对集输系统造成腐蚀，破坏金属表面氧化膜，在CO2和Cl-双重作用下，短期内造成严重的腐蚀；二是Cl-具有极易吸附在金属表面的性质，当管道凹凸不平时，Cl-很容易在这些部位附着，腐蚀金属，导致弯头、三通焊接位置腐蚀严重。

2.3 杂质影响因素

通过检测，在阀门位置发现大量杂质，为砂砾冲击破碎并经气流冲刷所致，由于集输系统中有大量的弯头、三通、阀门，气流中携带的砂砾会对这些位置造成非常严重的冲刷腐蚀，导致弯头、三通、阀门的腐蚀程度更为严重。

3 防腐材料的对比分析及选择

通过腐蚀研究可以看出，腐蚀是多钟因素共同作用的结果，针对高含CO2气田，也需要多钟防腐措施相应配合的形式，降低气田腐蚀速率。

3.1 优选管材抑制防腐

根据现场腐蚀速率监测、仪器化验分析；相同气田不同管材材质对CO2腐蚀速率的影响。

一般来说，目前油气管线用钢主要以碳钢和低合金钢为主，当输送介质具有腐蚀性时，则应选用耐腐蚀性较好的高合金钢。合金元素对管道内CO2的腐蚀速率有一定的影响，向低碳钢和低合金钢中添加少量的合金元素，其耐腐蚀性将提高。根据本项目CO2高度腐蚀工况条件，则主要有普通低碳钢和低合金钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢、非金属管或金属复合管等管道材料可供选择。

3.2 在线腐蚀检测

在线腐蚀检测目前已经成为国内外油气田防腐工作不可缺少的手段，在高含CO2的油气田和炼化企业应用十分广泛，它不但可以优化防腐工艺、减少事故和非计划停车，还能加速油气田防腐管理工作水平提升。

目前腐蚀检测的方法很多，大致分为直接测试腐蚀速率和间接判断腐蚀倾向法。

①直接测试腐蚀

直接测试腐蚀速率的方法有挂片法、电阻探针法、线性极化电阻法、超声波探伤测厚和电感探针法。

②间接判断腐蚀倾向法

间接判断腐蚀倾向的方法有PH值测试法、细菌含量测试法、总铁含量检测法、测定水中溶解性气体法、测定天然气中CO2分压法、软件预测法、电子显微镜与X射线衍射法、天然气露点法、电偶∕电位测量法和氢渗透等。

4 防腐方案

普通碳钢材料不适合在腰英台气田开发地面建设工程集气环境中直接使用；考虑到腰英台气田地下水氯离子含量，而且局部腐蚀以氯离子为代表的卤素离子等引起的点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀破裂最为常见。解决或改善氯离子局部腐蚀从不锈钢来讲，双相不锈钢具有抗晶间腐蚀的能力和抗焊热裂的作用又具有很好的耐CO2腐蚀性能。但价格昂贵，采购周期较长，且对焊接工艺及焊工操作水平的要求均较高，因而施工难度较大。

防腐措施的选择应尽量满足技术性能、使用寿命、安全保障和经济性的综合评价的最佳。因此，针对腰英台气田采气管线的CO2腐蚀控制，在对目前腐蚀状况分析研究报告、以及众多防腐蚀措施进行比较的基础上，提出方案。

采用奥氏体不锈钢316L：316L钢是一种通用性的不锈钢，具有良好的耐腐蚀性，具有一定的耐氯离子性能，在温度不高于60℃的情况下，316L不锈钢耐氯离子腐蚀浓度界限约为300ppm，耐氯离子能力优于0Cr18Ni9(304)，详见表1氯离子环境下不锈钢材料选择。

316L的抗应力腐蚀要好于0Cr18Ni9(304)，并且可焊性好于13Cr，采购和焊接工艺方面都优于13Cr。

综上针对腰英台天然气田地面建设工程管线的腐蚀环境，考虑可焊性能等综合因素，推荐使用管线材料选择316L。

从国内外文献和研究报道的耐蚀材料选择、防腐经验和所采取的措施来看，不同CO2气田的腐蚀环境，所采用的耐蚀材料及防腐措施也各有所不同。国外比较重视使用高耐蚀性的金属材料来减缓腐蚀的措施。采用提高管道材质本身抗腐蚀性能来防止各种腐蚀是在各种防腐措施中是最可靠的，也是有效安全、简便易行的措施。

5 结语

松南气田井场工艺管线选用316L不锈钢材质，集气管线选用L360+316L（4+2mm）的复合钢管以及其相应的焊接工艺，成功的解决了二氧化碳腐蚀对集输管道造成的危害，保障了松南气田的安全生产，同时也有效降低了投资成本。目前，松南气田已建成生产井场24座，集输管道44.3km，集气干线3.9km，集气站一座，集气处理站一座，集气量300×104m3∕d，集输系统从2009年投产至今连续运行平稳，从未发生因CO2腐蚀引发的安全事故。

[1]喻焰.埋地天然气管道防腐技术的新进展.煤气与热力，2001（6）：535-537.

[2]孙勇.埋地金属管道的腐蚀与防护.化工装备技术，2005, 26（3）：73-75.