腐蚀监测技术在中原油田的应用

腐蚀监测技术在中原油田的应用摘要 本文通过对挂片失重法、实时在线监测技术在中原油田生产系统的应用研究，明确了油田生产系统各环节的腐蚀状况、特征及变化趋势，为腐蚀的防护提供了科学依据，为防腐措施的效果评价奠定了基础，达到了腐蚀监测目的。 关键词监测点监测腐蚀状况 弱极化 Application of Corrosion Monitoring Technology in Central Plains Oilfield TangTianlin GaoYanan ShiWei Central Plains Oilfield Oil Recovery Engineering and Technology Research Institute, Pu Yang 457001 ,China ZhengLiqun XunWei Research Institute of Metals Chinese Academy of Sciences ,ShenYang,110016,China ABSTRACT This article based on application and research of flat panel weight-loss method,real-time online monitoring technology in production systems of Central Plains Oilfield.Clarified state feature and trend of corrosion of each sectors of oilfield production systems,provide scientific basis for corrosion and protection.Lay a foundation for evaluation the effectiveness of the protection measures,attained the corrosion monitoring goal. KEY WORDS monitoring place; monitor; state of corrosion; online monitor ; weak polarization 1 前言 中原油田自1979年开发以来，由于油层埋藏深，地层产出水矿化度高，且水中含有一定量的H2S、CO2酸性气体，PH值低，一般为5.56.0。随着油田的开发，综合含水不断上升，腐蚀日趋加剧。据1993年统计，年直接经济损失7000多万元，间接经济损失近2亿元。为系统了解油田生产系统腐蚀状况，为防腐提供决策依据，自九四年以来，我们开展了油田生产系统腐蚀监测技术的攻关研究。 2 中国腐蚀监测网络的建立 腐蚀监测点的选择遵循区域性、代表性、系统性原则。 区域性是指某一个区块或某一个油田；代表性是指在生产系统中能达到以点代面的点；系统性是指围绕整个油田生产系统的各个环节，即从油井（上、中、下）油井井口计量站联合站油系统污水处理系统注水站(污水、清污混注、清水)配水间注水井井口注水井井筒（上、中、下）；监测点的分布见图1。 建立腐蚀监测点包括方案编制、规划、设计研究、设备安装等过程，具有点多、面广、难度大的特点，特别是现有生产系统上建立检测点，而又不影响生产或基本不影响生产的情况下其难度更大。针对此种情况，我们研究开发了便携式带压开孔器，实现了油田油、气、水低压系统的带压开孔（金属、非金属管线、容器），做到不停产安装，安全可靠、快速（便携式带压开孔器结构示意图见图2）。该 图 1 中原油田地面系统腐蚀监测点示意图 方法打孔节约了大量的人力、物力，产生了较大的社会和经济效益。研究改进的带压试片(棒)取放器实现了立管、横管、容器任何方位的安装使用，将测压、挂片、取样一体化且不影响正常生产，满足了油田生产系统各个环节、部位的监测要求，为系统采集油田地面生产系统腐蚀数据奠定了基础（带压试片、棒取放器结构示意图见图3）。研究开发的井下挂环器实现了油、水井油管内及油套环形空间的挂环监测（井下挂环器结构示意图见图4）。 3 腐蚀监测技术 3.1 片(棒)失重法测腐蚀速度 用试片(棒)测腐蚀速度，是最普通、最常用的一种方法，无论是室内腐蚀试验还是现场检测，都得到了普遍使用，它能直观的反应系统腐蚀情况，特别是测点蚀速度，是其它监测方法所不能替代的。 为满足不同管径监测需要，在使用标准片（lbh mm：76131.5）的同时，还增加了不同规格的试棒（lmm：550、5130、5160等），实现了管线上、中、下不同部位的监测，同时试棒在测点蚀方面优于试片（如图5）。试片、棒材质的选择最好根据被监测的对象而定，但为了系统监测结果的可比性，均要求采用A3钢。 试片、棒腐蚀程度描述：取出试片（棒）的同时，注意观察，对于特殊情况应进行拍照记录及取样。 3.1.1 中原油田生产系统腐蚀状况及规律 中原油田自1994年开展腐蚀监测工作以来，截止到2001年1季度，已进行了27次系统监测，累计取得试片、棒腐蚀数据12000余个，发布监测公报二十七期（季报），每期均较详细的阐述和分析了腐蚀状况及特点，为各级领导决策防腐措施提供了科学的理论依据。 通过对中国腐蚀监测网络的系统监测，明确了沿生产流程腐蚀变化趋势（以2001年1季度为例），如图6所示（图中腐蚀速度为全局七个采油厂各环节监测数据的平均值）。从图6中可以看出，油系统腐蚀轻，腐蚀速度均低于0.076mm/a；水系统腐蚀严重，腐蚀速度远远大于0.076 mm /a，属严重腐蚀，从而明确了水是中原油田腐蚀的载体。为此我们提出了以注入水水质达标为中心的系统防腐综合治理是中原油田防腐蚀工作的重点目标，也是实现控制 腐蚀速度低于0.076 mm/a标准的关键所在。因此自1995年以来，中原油田狠抓注入水水质的达标工作，通过水质改性等一系列技术措施的实施使注入水水质得到明显改善，从图7可以看出，处理后水由监测初期的0.99mm/a 下降到目前的0.076mm /a以下，腐蚀得到了有效控制，为中原油田降低腐蚀提高油田开发效益做出了巨大贡献。 3.1.2 生产系统腐蚀特点 油井井筒腐蚀特点：从油井井筒监测数据表明，腐蚀速度随井深增加而升高；油管内腐蚀速度约为油套环形空间腐蚀速度的510倍，从监测看，约有30%40%的油井属严重、极严重腐蚀（大于0.126 mm/a），如采油五厂7-276油井1586m 处内环腐蚀速度高达0.3282 mm/a，腐蚀状况见图8； 60%70%属中轻 度腐蚀（0.0250.125 mm/a）。 地面油系统腐蚀特点： 地面油气集输系统从大量监测数据表明属中、轻度腐蚀，但也存在一些特例：弯头处的冲刷腐蚀（见图9）；大管径小流量引起的中下部腐蚀（见图10）；注清水区块产出液腐蚀大于回注污水区块产出液。 地面水系统腐蚀特点： 从大量水系统监测数据表明，采油三厂明一联、明二联，采油五厂胡19块、庆祖区块，采油二厂濮二联、濮三联，采油四厂文二联，采油七厂马厂联产出水腐蚀严重且点蚀、坑蚀远远大于均匀腐蚀，试片、棒腐蚀状况见图11。因此，以上污水站的处理难度更大，要求更高，从几年连续监测数据看，污水站运行正常与否是控制处理后水腐蚀性高低的重要因素之一。 注水井井筒腐蚀特点： 从目前监测水井井筒资料看，注水井油管内腐蚀略大于环空腐蚀，且随井深度增加而减小，由于近几年注入水水质好转，大量监测资料表明腐蚀速度均低于0.076 mm/a的标准，腐蚀控制好。 3.2 实时在线快速腐蚀监测 为及时掌握油田生产系统腐蚀状况，利用现场已建监测点开展实时在线快速监测。通过对国内、外一些生产浸入式快速腐蚀监测设备研究对比，选择了中科院沈阳腐蚀与防护研究所生产的 CMB-1510B便携式智能腐蚀速度测量仪做为我们开展在线应用研究的基础设备。 3.2.1 CMB-1510B便携式智能腐蚀速度测量仪工作原理 CMB-1510B是一种线性极化电阻探针的腐蚀测量仪，腐蚀速度测量的方法是测量极化电阻，是通过把-个小电压施加到一个正在发生腐蚀的电极上，并测量装置的阳极与阴极半电池或电极之间的腐蚀电流来完成的。 3.2.2 CMB-1510B腐蚀测量仪的在线应用研究 为满足现场快速腐蚀监测的需要，在不改变原设备性能的基础上，对电极探头部分进行改进。利用已建监测点的挂片装置进行在线监测。首先对挂片取放器的拉杆进行改进：将原有的实心拉杆改成空心杆，然后将CMB-1510B探头改进与空心杆下端实现对接，并将电极导线从空心杆上部拉出与监测设备进行连接，实现在线密闭监测，做到不停产、不倒流程、带压检则。监测装置见图12。 检测操作步骤： 将电极安装在探头上，并拉秆拉起使探头进入套筒内。 将取放器(套筒)与挂片器连接。 打开挂片器阀门。 将拉杆推入使电极浸没在被测介质中。 关闭挂片器阀门至锁定拉杆不出现滑动。 开启CMB-1510B腐蚀测量仪进行测量。 通过以上6个步骤即可实现在线快速腐蚀测量。测试完毕后，进行以上步骤逆过程，方可取出探头，进行下一个监测点的在线测量。 3.2.3 CMB-1510B腐蚀测量仪的现场应用 在设备进行现场应用前，我们进行了大量室内静态、动态测试，以清水为被测对象，测试结果一般稳定在0.1-0.2mn/a之间，且在测试20分钟后较为稳定。该测试结果与清水挂片测腐蚀速度较为吻合，为进入现场测试奠定了良好基础。 图13 一厂209注水泵进口 图14 二厂濮一联注水泵进口 根据设备性能特点，在全局七个采油厂注水泵进口、注水井确定了27个监测点进行快速监测，首次取得了注入水水质的瞬时腐蚀数据，为及时反映注入水腐蚀状况奠定了基础，部分原始测试结果见图13、14。 从图13、14可以看出，测量结果从20分钟以后，测量值趋于稳定，测量值较为真实地反映了当时介质的腐蚀情况。 数据处理： 现场快速腐蚀监测结果反映的是某时刻的腐蚀速度。在进行测量时，要求水量稳定，测试时间为1个小时，每4分钟采集一个数据，从图13、14可以看出，20分钟以后数据为有效数值，最终测试结果以20分钟以后所测数据的平均值做为该介质的快速监测结果。CMB-1510B成功运用于油田水系统腐蚀监测，为中原油田生产系统腐蚀监测又提供了一种快速检测、评价手段。 4 腐蚀监测数据对中原油田防腐措施的参考及指导作用 明确了防腐目标，使防腐工作有计划、有目的地进行。 腐蚀监测数据有效地监督、评价用于生产系统各种防腐化学药剂的适用