铜镍合金注入管线渗漏问题原因分析及解决措施

柯文超 芦新辉 赵德喜

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459）

0 引言

渤海湾某油田生产污水日处理量可达5000m3。生产污水从三相分离器进行油水初步处理后进入斜板除油器进行撇油预处理，预处理后生产污水含油量为400ppm以下。生产污水从斜板除油器出来以后经过生产水增压泵增压至800KPa后进入气浮选中处理，从气浮选中进行进一步除油至20ppm后，进入核桃壳细滤器进行精细处理。最后进入注水缓冲罐，经过注水增压泵增压后进入油田注水井。

絮凝剂主要成分为阳离子型聚合氯化铝与阳离子型聚合硫酸铝。脱油的原理为絮凝剂在生产污水中形成微小的絮凝胶体，与分散的油滴聚集成大的油滴，最后在微气泡的作用下油滴从污水中脱离出来。实现降低生产污水处理系统气浮选中含油量的目的。保证从气浮选处理后的污水水质小于20ppm。

油田絮凝剂注入管线材质为铜镍合金，絮凝剂通过柱塞泵以连续注入的方式将絮凝剂注入到气浮选中对生产污水进行脱油处理。铜镍合金注入主管线自2013年投运以来，由于腐蚀在实际运行中多次发生腐蚀渗漏问题。如图1所示。导致气浮选中含油污水油滴不能及时脱离聚集，严重影响了生产污水系统的稳定运行，甚至有导致油田生产污水系统的关停风险，增加了油田现场的管理难度。

图1 铜镍合金腐蚀断裂端口

1 影响铜镍合金腐蚀因素分析

1.1 生产污水成分分析

对进入气浮选中的生产污水取样，温度为65℃，放入恒温水浴箱中，恒温不同时间，采用滴定法对生产污水滤膜进行能谱电镜常规离子分析，测试水样中碳酸氢根离子浓度、硫酸根离子浓度、其它离子浓度等指标。结果如表1所示。

从表1可知，生产污水中含有大量的碳酸氢根离子和氯离子。其它离子如硫酸根离子、钙离子、镁离子含量较少，碳酸根离子浓度基本没有。

1.2 铜离子化学反应过程

1.2.1 氯离子与铜离子反应过程

为了检验铜离子在不同浓度氯离子溶液中的腐蚀速率，现场采用失重法。试验结果如图2所示。其中腐蚀速率用υ表示；溶液中氯离子浓度用C表示。

图2 铜在不同氯离子浓度中的腐蚀速率

由图2可知氯离子对铜离子有很强的腐蚀性，当氯离子浓度＞0.03mol/L时，氯离子浓度不断升高会导致铜腐蚀速率逐渐增大，氯离子浓度在0.07mol/L与0.08mol/L时，此浓度范围内氯离子对铜腐蚀最大[1]。氯离子与铜离子的电化学反应方程式如下：

其中CuCl难溶于水，在铜合金表面沉积下来，随后CuCl与水反应形成Cu2Cl。即：

1.2.2 碳酸氢根离子与铜离子反应过程

生产水中大量存在的碳酸氢根离子会与Cu2+发生如下反应：由反应式可知，Cu2+与会产生碱式碳酸铜沉淀和CO2气体。这样导致了铜镍合金的腐蚀速率。CO2气体的存在会使方程式的反应重复进行。导致Cu2+电化学反应加剧[2]。

表1 生产污水离子浓度分析结果

1.2.3 硫酸根离子与铜离子的反应过程

絮凝剂组份中含有硫酸盐成分水解后的硫酸根离子会与铜离子发生化学反应，生产硫酸铜沉淀[3]。

1.3 原因结论

综上所述：生产水中含有的大量氯离子、碳酸氢根离子、以及絮凝剂的硫酸盐成份分别与铜离子之间的电化学反应是导致铜镍合金腐蚀的主要原因。

2 改造方案对比与筛选

2.1 方案提出

要解决注入管线出现渗漏的问题，必须要解决产生渗漏的条件；一是降低生产污水中的氯离子、碳酸氢根离子以及絮凝剂中硫酸根离子成分；二是降低铜镍合金中容易和生产污水中氯离子以及碳酸氢根离子起化学反应的铜离子浓度；三是对容易起化学反应的离子进行隔离。

PP-R管线又叫三型聚丙烯管。主要由碳氢元素组成。碳氢元素在常温常压条件下不与铜镍合金反应。可避免由于使用铜镍合金的电化学反应所造成的管线内壁腐蚀。理论上可以替换铜镍合金材质管线[4]。

根据上述原因分析可以得出3种方案用以解决絮凝剂注入管线出现渗漏的问题。根据在现场的可操作性以及经济性能进行比较对这三种方案就行择优选择。

方案一：往生产污水添加新型药剂降低氯离子以及碳酸氢根离子成分。在油田现场需要添加新设备和新药剂系统，生产维护管理难度加大，且不经济。可操作性不强；

方案二：用PPR材质管线替换铜镍合金材质管线。经济实惠，可操作性强；

方案三：对化学药剂中的硫酸根离子进行替换选型，更换新的铜镍合金管线，并对铜镍合金管线涂防腐层，此方案可操作性不强。

2.2 最佳方案的选择

根据经济性以及现场可操作性的分析，同时结合海上油田运输不便利，设备物料要求使用寿命期长，物料输送有周期性要求等因素，决定选用方案2。气浮选入口处有一个尺寸和絮凝剂注入管线一样大小都是1in的预留口，可以作为临时絮凝剂注入点。实现不停运絮凝剂系统的目的。确保施工期间流程平稳运行。

3 效果分析

改造后，经过持续半年的跟踪观察，PPR材质絮凝剂注入主管线没有出现一次渗漏。生产污水系统平稳运行，油田注水水质得到了有效保证。

表2 几个方案的经济性与可操作性对比

4 结论

（1）通过能谱电镜以及滴定法可以得知生产水中含有大量的氯离子与碳酸氢根离子；

（2）生产水中大量的氯离子与碳酸氢根离子与铜镍合金中的铜离子起化学反应是导致腐蚀的原因之一；

（3）阳离子型聚合氯化铝与阳离子型聚合硫酸铝中硫酸根离子会与铜离子发生化学反应；

（4）油田药剂系统的生产开发具有特殊性，不仅要考虑药剂处理效果，同时还要考虑油田水中离子成分的特殊性，是否对管线材质产生腐蚀渗漏问题。

现场生产人员通过现场调查与理论分析，运用腐蚀原理，找出了絮凝剂系统铜镍合金腐蚀原因。非常经济有效的解决了注入管线渗漏问题。解决问题思路与方法对类似油田化学药剂系统注入管线出现的渗漏问题的解决有借鉴作用。至于生产水是否会对其它材质以及设备管线产生腐蚀，还需要进一步的研究。