海上油田腐蚀探析及防护

海上油田腐蚀探析及防护
郝兰锁;明云峰;徐应波;陈宏程;何素娟;吴涛;刘玉民;滕厚开
【摘要】通过分析南海某油田现场主要技术指标,确定导致腐蚀的主要影响因素包括高矿化度的水质、高含量的CO2以及H2S和硫酸盐还原菌(SRB)；其中SRB是此油田腐蚀产生的最重要影响因素,也是产生点蚀的关键因素.通过在油井井下加入季铵盐衍生物类型的缓蚀剂,并定期应用季铵盐复合杀菌剂对自个系统进行杀菌处理,使油田的腐蚀得到了很好的控制.%According to the analysis of the technical index of the offshore oilfield on Nanhai ,it is confirmed that the main causes of corrosion are the water quality of high TDS (total dissolved solid) ,the high content of CO2,and the existence of H2S and SRB. Among those causes,the existence of SRB is the most important cause of corrosion and the key point of pitting corrosion. The corrosion control has been improved by using corrosion inhibitor of quaternary ammonium salts and using quaternary ammonium salt complex biocide regularly, so as to cany out the bacteriocidal treatment for the whole system.
【期刊名称】《工业水处理》
【年(卷),期】2012(032)006
【总页数】3页(P74-76)
【关键词】CO2腐蚀;H2S腐蚀;SRB;缓蚀剂;杀菌剂
【作者】郝兰锁;明云峰;徐应波;陈宏程;何素娟;吴涛;刘玉民;滕厚开
【作者单位】中海油天津化工研究设计院,天津300131;中海油天津化工研究设计院,天津300131;中海石油(中国)有限公司深圳分公司,广东深圳518067;中海石油(中国)有限公司深圳分公司,广东深圳518067;中海石油(中国)有限公司深圳分公司,广东深圳518067;中海油天津化工研究设计院,天津300131;中海油天津化工研究
设计院,天津300131;中海油天津化工研究设计院,天津300131
【正文语种】中文
【中图分类】TE985
腐蚀一直是困扰海上油田原油开发和生产过程中的难题，由于腐蚀的存在，不但大大降低了原油开采设备（例如油井套管、海底输油管道等）的使用寿命，而且对原油的正常生产和开采活动造成很大的威胁〔1-2〕。

南海某油田于2008年投产，随着开采时间的推移，采出液含水率也不断上升，目前井口采出液的综合含水率已经达到90%以上。

随着采出液含水率的增加，整个
生产系统处理水量也不断增加，从而导致生产系统的腐蚀问题也日益严重。

因此对此油田的腐蚀影响因素进行探析，并对其进行有效防护就显得至关重要。

1.1 现场工艺流程
油田采出液处理工艺流程见图1。

此油田由一个平台和一个油轮组成，采出液从油井采出后在生产管汇汇集，经过生产分离器初步分离后，水相在平台经过撇油罐和旋液分离器处理合格后直接排放，油相通过海底管线输送到油轮继续进行分离处理，处理合格的原油进入油舱储存，而分离出的水相则在油轮经过水舱和悬液分离器处理达标后直接排放。

1.2 油田水水质特点
该油田水水质分析结果见表1。

从表1可以看出，此油田采出水水质呈弱碱性，总矿化度高达 31 000～32 000
mg/L，NaCl、KCl质量浓度占总矿化度的90%以上，并且水中几乎测试不到SO42－的存在。

高矿化度的水质是系统产生电化学腐蚀的重要影响因素。

1.3 CO2质量浓度的测定
经测定：平台分离器水出口、平台撇油罐水出口、平台外排技术管线、油轮热处理器水出口、油轮电脱水处理器水出口的CO2质量浓度分别为1 196、890、695、1 100、852 mg/L。

根据测试结果可以看出，平台及油轮不同位置水中的CO2含量都较高，高质量浓度的CO2是平台及油轮水相产生腐蚀的主要原因。

1.4 硫酸盐还原菌（SRB）测定结果
采用绝迹稀释法（SY/T 0532—1993）测定了平台和油轮不同位置的SRB数量，经测定：平台生产管汇、平台生产分离器水出口、平台撇油罐水出口、生产外排水出口、平台海管入口、油轮海管出口、油轮热处理器水出口、油轮水舱的SRB菌数分别为：2.5、2.5、2.5、0.6、250、700、60、2 500 mL－1。

从不同位置的SRB测定结果可以看出，越靠近流程的下游SRB数量越多，而在生产流程的井口位置，SRB数量很少。

虽然油田水中几乎测试不到SO42－的存在，但SRB的繁殖也非常快。

SRB也是流程产生腐蚀的重要影响因素。

1.5 H2S质量浓度测定
测定了油田平台和油轮不同位置水中H2S质量浓度，经检测：平台井口、平台分离器水出口、平台撇油罐水出口、平台外排水管线、油轮热处理器水出口、油轮电脱水处理器水出口、油轮电脱盐处理器水出口的 H2S 质量浓度分别为：2、32、8.5、10.7、14.9、8.5、96 mg/L。

根据测试结果可以看出，平台及油轮不同位置水中的H2S质量浓度不同，平台上各位置的H2S质量浓度一般不超过30 mg/L，油轮上不同位置H2S质量浓度差别较大，且下游超过上游，而对单井伴生气的监测发现H2S质量浓度很低，这表
明此海上油田H2S主要来自于系统中SRB的产物。

研究表明，SRB可以通过降解原油生成 H2S〔3〕。

2.1 矿化度对腐蚀速率的影响
采用动态挂片法（48 h）在水温60℃条件下测定了矿化度为20 000～35 000
mg/L的NaCl配水对碳钢材质（AISI 1018）的腐蚀速率，发现在矿化度为20 000、25 000、30 000、35 000 mg/L 时，挂片腐蚀速率分别为 0.296 0、
0.349 9、0.347 8、0.339 2 mm/a，且挂片表面均被均匀腐蚀。

从不同矿化度下碳钢挂片的腐蚀速率可以看出，在矿化度达到25 000 mg/L时，腐蚀速率达到最高，此后随着水矿化度的增加，腐蚀速率略有下降。

笔者研究的海上油田采出水的矿化度在32 000 mg/L左右，属于高腐蚀速率矿化度区域。

2.2 CO2对腐蚀的影响
该油田在各个测试点的水中CO2质量浓度都比较高，CO2可溶解在水中，生成碳酸，引起电化学腐蚀。

一般来说，CO2除会导致管线均匀腐蚀外，还会导致管线
局部腐蚀〔4〕。

因为此油田水pH＞7，水中溶解的CO2大部分以HCO3－的形
式存在。

经测定：当HCO3－质量浓度为 50、200、500、1 000、3 000、5
000 mg/L时，碳钢挂片腐蚀速率分别为0.135、0.151、0.168、0.180、0.190、0.200 mm/a，在 HCO3－质量浓度低于1 000 mg/L时腐蚀速率随着HCO3－
质量浓度的增加迅速增加，当HCO3－质量浓度大于1 000 mg/L时随着HCO3
－质量浓度的增加腐蚀速率的增加趋缓。

油田平台和油轮各个位置水中溶解CO2
的质量浓度及水中HCO3－质量浓度都处于较高的数值，所以高质量浓度的CO2
是此海上油田腐蚀的重要影响因素。

因为该油田水的pH大于7，铁在含有高质量浓度CO2的溶液中的腐蚀机理可以
表述如下：
从以上腐蚀机理可以看出，此油田CO2腐蚀的产物主要以Fe（OH）2的形式存
在。

2.3 SRB对腐蚀的影响
此海上油田水中基本不能检测到SO42－的存在，但SRB可以通过降解原油获得
营养，从而大量繁殖，并伴生大量 H2S 气体〔3〕。

SRB的腐蚀作用看起来与H2S腐蚀很相近，但SRB的腐蚀危害程度更严重，SRB 中的氢化酶可以促进阴极的去极化作用〔5〕，从而加速金属的腐蚀，而且其腐蚀形态也以点蚀为主。

从不同位置的SRB监测结果可以看出，SRB在井口位置很少，而且整个流程中缺少一般认为的SRB繁殖的营养源SO42－，但SRB在后边生产流程中通过降解原油来获得营养，从而快速繁殖，并伴有H2S气体生成〔3〕。

所以SRB是此油田腐蚀的最重要的影响因素，也是产生点蚀的决定性因素。

2.4 H2S对腐蚀的影响
油田各监测点的H2S质量浓度不同，平台井口H2S质量浓度极低，在下游流程里，油轮H2S质量浓度大于平台，说明油田H2S都来自于SRB滋生的产物。

采用静
态挂片法检测了不同H2S质量浓度下碳钢挂片的腐蚀速率。

发现：当H2S质量浓度为0、10、20、30、40、50、60、100、150、200 mg/L 时，腐蚀速率分别为 0.019 5、0.194 0、0.319 0、0.445 8、0.408 5、0.368 0、0.267 0、0.201 8、0.177 3、0.138 8 mm/a。

H2S 质量浓度在20～50 mg/L时，碳钢挂片的腐蚀速率最高。

从对油田各测试点监测的H2S质量浓度结果可以看出，生产流程中
很多位置的H2S质量浓度处于H2S的高腐蚀浓度区域，所以H2S的存在也是造
成此油田腐蚀的重要因素。

2.5 小结
通过对油田生产现场各种监测指标的分析，确定引起油田腐蚀的因素包括高矿化度的水质、高质量浓度的CO2、SRB及由SRB产生的H2S。

虽然油田水中没有一般认为的SRB的营养源SO42－，但SRB在生产系统中通过降解原油获得营养，并
快速繁殖，同时伴有H2S气体的产生，所以SRB是此油田腐蚀影响的最重要因素，也是产生点蚀的关键影响因素。

防治措施的决策方案是建立在对腐蚀机理正确认识的基础上。

通过对此海上油田腐蚀影响因素的探析，确定SRB是引起油田腐蚀最重要的影响因素。

通过连续地在
油井井下加入15 mg/L的季铵盐衍生物类型的油田缓蚀剂，并定期应用季铵盐复
合杀菌剂对整个生产系统进行杀菌处理，可以大大减缓由SRB及其他影响因素导
致的腐蚀。

处理方案的现场评价结果表明：在井口、生产分离器水相、热处理器水相、平台外排水测得的平均腐蚀速率分别为0.041、0.023、0.005、0.038 mm/a。

可以看出，通过连续加入缓蚀剂和根据SRB监测结果定期进行杀菌处理，生产系
统的腐蚀得到了很好的控制。

（1）通过对南海某油田生产现场各种监测指标的分析，确定引起油田腐蚀的因素包括水的高矿化度、高质量浓度的CO2、SRB及由SRB产生的H2S。

（2）虽然此油田水中没有一般认为的SRB的营养源SO42－，但SRB在生产系
统中通过降解原油获得营养，并快速繁殖，同时伴有H2S气体的产生。

所以SRB 是此油田腐蚀产生的最重要因素，也是产生点蚀的关键影响因素。

（3）通过对油田腐蚀各种影响因素的探析，确定了定期杀菌处理及连续加入缓蚀剂的处理方案，使油田的腐蚀得到了很好的控制。

【相关文献】
［1］曹楚南，陈家坚.缓蚀剂在油气田的应用［J］.石油化工腐蚀与防护，1997，14（4）：34－36.
［2］陆柱.油田水处理技术［M］.北京：石油工业出版社，1990：138－144.
［3］向廷生，万家云，蔡春芳，等.硫酸盐还原菌对原油的降解作用和硫化氢的生成［J］ .天然气
地球科学，2004，15（2）：171－173.
［4］蒋官澄，黄春，张国荣.海上油气设施腐蚀与防护［M］.山东：中国石油大学出版社，2006：10－20.
［5］李家俊，刘玉民，张香文，等.油田回注水中硫酸盐还原菌对金属腐蚀的机理及其防治方法［J］ .工业水处理，2007，27（11）：4－7.。