油田腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用課件

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所腐蝕監(jiān)測(cè)部唐志文

油氣田腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所腐蝕監(jiān)測(cè)部油氣田腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用1

一、前言二、油氣田常用的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)三、腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)在油氣田的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用四、國(guó)內(nèi)外電感探針技術(shù)比較及緩蝕劑評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)五、油氣田腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)一、前言2近些年來(lái)，石油工業(yè)的腐蝕問(wèn)題日益突出。油田日常生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生含有大量雜質(zhì)的油田水，油田水中含有氯離子、二氧化碳、硫化氫、溶解氧、細(xì)菌等腐蝕介質(zhì)，這些腐蝕介質(zhì)會(huì)對(duì)金屬設(shè)備和管道產(chǎn)生腐蝕；另外，最近幾年各油田天然氣產(chǎn)量不斷增加，天然氣中的二氧化碳、硫化氫等腐蝕介質(zhì)對(duì)設(shè)備的腐蝕危害也日益嚴(yán)重。在日常生產(chǎn)中，如果不對(duì)設(shè)備的腐蝕過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不了解設(shè)備的腐蝕狀態(tài)，對(duì)設(shè)備腐蝕造成的安全隱患就不能進(jìn)行科學(xué)的、有預(yù)見(jiàn)性的判斷，大大增加了安全事故發(fā)生的可能性。為避免腐蝕造成的損失，各油氣田相關(guān)單位普遍采取加注緩蝕劑的措施來(lái)控制設(shè)備的腐蝕，通過(guò)腐蝕監(jiān)測(cè)可以評(píng)定緩蝕劑的緩蝕效率、篩選緩蝕劑的合適濃度，了解在緩蝕劑不斷損耗過(guò)程中的金屬的腐蝕速率變化過(guò)程，評(píng)定緩蝕劑的作用過(guò)程及失效時(shí)間。腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)就是在油氣田日常生產(chǎn)運(yùn)行中，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備及管線的腐蝕形態(tài)、腐蝕速率等情況進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，以便采取各種措施延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、合理使用緩蝕劑、預(yù)防重大安全事故發(fā)生的技術(shù)手段。一、前言近些年來(lái)，石油工業(yè)的腐蝕問(wèn)題日益突出。油田日常生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生3二、油氣田常用的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)1、掛片法

把已知重量的金屬試片放入腐蝕介質(zhì)中，經(jīng)過(guò)一已知的時(shí)間周期取出清洗后稱重，根據(jù)試樣質(zhì)量變化測(cè)量出平均腐蝕速率，其優(yōu)點(diǎn)是試片取出后可以觀察試片表面形狀，分析表面腐蝕產(chǎn)物，從而確定腐蝕的類型。掛片法的缺點(diǎn)是測(cè)量周期長(zhǎng)，而且通過(guò)掛片法得到的數(shù)據(jù)反映的是腐蝕發(fā)生的結(jié)果，不能反映腐蝕過(guò)程中金屬腐蝕速率的變化趨勢(shì)，也無(wú)法反映工藝參數(shù)的快速變化對(duì)腐蝕速率的影響二、油氣田常用的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)1、掛片法4油氣田常用的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)2、在線電化學(xué)探針監(jiān)測(cè)技術(shù)在線電化學(xué)探針監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)腐蝕情況變化響應(yīng)快，能獲得瞬間腐蝕速率，比較靈敏，可以及時(shí)地反映腐蝕過(guò)程中金屬腐蝕速率的變化，也可以反映工藝參數(shù)的變化對(duì)腐蝕過(guò)程的影響。電化學(xué)測(cè)試方法為線性極化電阻法，其基本原理是：施加極化電位使電極極化而產(chǎn)生極化電流，通過(guò)測(cè)量得到極化電阻Rp，進(jìn)而計(jì)算出腐蝕電流Icorr=B/Rp，由于腐蝕電流與腐蝕速率成正比，通過(guò)公式計(jì)算可求得腐蝕速率。油氣田常用的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)2、在線電化學(xué)探針監(jiān)測(cè)技術(shù)5油氣田常用的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)中國(guó)科學(xué)院金屬研究所的電化學(xué)測(cè)試技術(shù)，應(yīng)用了曹楚南院士提出的弱極化理論，通過(guò)弱極化區(qū)測(cè)得的極化電流值求算出的Icorr和B更接近真實(shí)值。一般的線性極化電阻法未考慮介質(zhì)電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，由于不同腐蝕體系溶液電阻值是不同的，而且差別很大，所以我們?cè)跍y(cè)試時(shí)必須考慮介質(zhì)電阻帶來(lái)的測(cè)量誤差，采用交流阻抗的方法可以消除介質(zhì)電阻帶來(lái)的誤差.在線電化學(xué)探針監(jiān)測(cè)技術(shù)可以測(cè)量金屬材料在工業(yè)水等連續(xù)介質(zhì)或潮濕環(huán)境下非連續(xù)介質(zhì)以及土壤等介質(zhì)中的瞬時(shí)腐蝕速率，能夠反映腐蝕過(guò)程中金屬腐蝕速率的變化趨勢(shì)，可以了解工藝參數(shù)的快速變化對(duì)腐蝕速率的影響，也可以評(píng)定緩蝕劑的緩蝕效率以利于合理有效地使用緩蝕劑，從而為石油工業(yè)腐蝕監(jiān)測(cè)提供了新的技術(shù)手段。油氣田常用的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)中國(guó)科學(xué)院金屬研究所的電化6油氣田常用的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)3、在線電阻探針技術(shù)

在線電阻探針技術(shù)測(cè)量金屬腐蝕速率,是根據(jù)金屬試樣由于腐蝕作用使橫截面積減小,從而電阻增大的原理.

電阻探針直接測(cè)得金屬試樣的腐蝕深度，腐蝕深度隨時(shí)間變化曲線的斜率為金屬的腐蝕速率.在線電阻探針技術(shù)也常被稱作可自動(dòng)測(cè)量的掛片法，其測(cè)量元件有絲狀、片狀、管狀，由于金屬材料電阻率是隨溫度變化的，為避免因介質(zhì)溫度變化引起的測(cè)量誤差，在探頭桿內(nèi)置入溫度補(bǔ)償元件，溫度的影響可完全消除.油氣田常用的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)3、在線電阻探針技術(shù)7油氣田常用的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)利用電阻探針技術(shù)可以在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中對(duì)設(shè)備的腐蝕狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)地監(jiān)測(cè),能準(zhǔn)確地反映出設(shè)備運(yùn)行各階段的腐蝕速率及其變化.在線電阻探針技術(shù)即適用于電解質(zhì)溶液，也適用于非電解質(zhì)溶液，同時(shí)也能在氣相介質(zhì)中測(cè)量，能適用于各種不同的介質(zhì).中國(guó)科學(xué)院金屬研究所已開(kāi)發(fā)出適用于高溫高壓設(shè)備的電阻探針技術(shù)，電阻探針與高溫可拆卸裝置共同使用，被監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)部最高溫度可達(dá)到430℃，電阻探針與高壓可拆卸裝置共同使用，被監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)部最高壓力可達(dá)到40MPa.油氣田常用的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)利用電阻探針技術(shù)可以在設(shè)8油氣田常用的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)4、在線電感探針技術(shù)在線電感探針技術(shù)是通過(guò)測(cè)量金屬試樣腐蝕減薄所引起的磁通量的變化來(lái)直接測(cè)得金屬試樣的腐蝕深度，從而計(jì)算金屬腐蝕速率的方法。在線電感探針技術(shù)主要特點(diǎn)是比掛片法、電阻法的響應(yīng)速度快，而且能適用于各種不同的介質(zhì),不受介質(zhì)導(dǎo)電率的影響。比較腐蝕速率在0.25mm/a時(shí)各種腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)的響應(yīng)時(shí)間，掛片法的測(cè)量周期最長(zhǎng)，其次是電阻探針?lè)椒?，普?27μm厚度的電阻探針的響應(yīng)時(shí)間為70小時(shí)，響應(yīng)時(shí)間最快的是電感探針技術(shù)，127μm厚度的電感探針的響應(yīng)時(shí)間為0.8小時(shí)，油氣田常用的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)4、在線電感探針技術(shù)9油氣田常用的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)電感探針的測(cè)量精度最小可達(dá)30nm,能夠在幾分鐘或幾小時(shí)內(nèi)測(cè)量金屬的腐蝕速率,并對(duì)金屬腐蝕速率的變化做出快速反應(yīng)。在線電感探針技術(shù)可以測(cè)量到常規(guī)測(cè)量技術(shù)無(wú)法測(cè)量的腐蝕速率的短期變化，這種技術(shù)可以應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，適用于工業(yè)管道的腐蝕監(jiān)測(cè)，也可以及時(shí)了解工藝參數(shù)的變化對(duì)腐蝕過(guò)程的影響，另外，應(yīng)用電感探針技術(shù)的便攜式儀器，即可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行腐蝕速率的測(cè)量，也可以在室內(nèi)進(jìn)行腐蝕速率的測(cè)量，篩選評(píng)價(jià)緩蝕劑只需幾小時(shí)就能完成。油氣田常用的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)電感探針的測(cè)量精度最小可達(dá)10油氣田常用的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)5、腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)腐蝕在線監(jiān)測(cè)技術(shù)被進(jìn)一步拓展為基于企業(yè)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),數(shù)據(jù)可在企業(yè)局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)上瀏覽和下載。腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的終端計(jì)算機(jī)在企業(yè)網(wǎng)上成為前端采集機(jī),在企業(yè)網(wǎng)上前端采集機(jī)被分配唯一的IP地址,在客戶端上輸入前端采集機(jī)的IP地址既可獲取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)以及預(yù)先設(shè)置的系統(tǒng)信息。另外,腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的異地管理以及在相關(guān)行業(yè)的共享也是近切需要的,因此我們開(kāi)發(fā)了Internet網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的數(shù)據(jù)管理軟件,使腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)上也可以以瀏覽和下載，而且能夠確保數(shù)據(jù)的安全性。油氣田常用的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)5、腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)11腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)在勝利油田的應(yīng)用勝利油田坨六站電感探針腐蝕在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)在勝利油田的應(yīng)用勝利油田坨六站電感探針腐蝕在線監(jiān)12現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析2007年1月份上半月加藥前（即一次除油罐出口）腐蝕速度0.838mm/a；過(guò)濾罐出口（即加藥后）腐蝕速度0.298mm/a；現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析2007年1月份上半月13現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析2007年1月份下半月加藥前（即一次除油罐出口）腐蝕速度0.780mm/a；過(guò)濾罐出口（即加藥后）腐蝕速度0.122mm/a?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析2007年1月份下半月14現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析2007年2月份數(shù)據(jù)過(guò)濾罐出口位置腐蝕速度0.009mm/a，管線得到保護(hù)；可以稍微減少注劑加注量，減少生產(chǎn)成本現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析2007年2月份數(shù)據(jù)15現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析2007年3月份過(guò)濾罐出口腐蝕速度0.084mm/a，污水腐蝕速度比2月份稍高，可能是對(duì)注劑加注量進(jìn)行了調(diào)整廠、局相同位置同期掛片（3個(gè)月）數(shù)據(jù)為0.1mm/a現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析2007年3月份16總結(jié)電感探針監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)掛片測(cè)量數(shù)據(jù)一致；電感探針腐蝕在線監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)加藥前后腐蝕速度變化；電感探針腐蝕在線監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠評(píng)價(jià)防腐技術(shù)應(yīng)用效果，并指導(dǎo)油田緩蝕劑加注，節(jié)約成本。總結(jié)電感探針監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)掛片測(cè)量數(shù)據(jù)一致；17腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)在油氣田的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)在油氣田的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用18腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)在油氣田的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用2、電阻探針監(jiān)測(cè)技術(shù)在塔里木油田的應(yīng)用2005年7月，塔里木油田新建阿克蘇集氣站，在阿克蘇集氣站建立了在線腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由高壓電阻探針、數(shù)據(jù)采集器、高壓可拆卸裝置、電源模塊、通訊傳輸模塊、數(shù)據(jù)通訊處理軟件包組成。腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)在油氣田的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用2、電阻探針監(jiān)測(cè)技術(shù)在塔里木油19腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)在油氣田的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)在油氣田的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用20腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)在油氣田的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)在油氣田的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用21腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)在油氣田的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)在油氣田的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用22采用電感探針技術(shù)評(píng)定緩蝕劑的實(shí)驗(yàn)油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)添加緩蝕劑是減緩生產(chǎn)設(shè)備腐蝕的常用措施。油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)分析測(cè)試緩蝕劑通常采用掛片法，掛片法分析測(cè)試緩蝕劑已延用多年，但采用掛片法評(píng)定緩蝕劑不僅試驗(yàn)周期長(zhǎng)，而且只能得到較長(zhǎng)一段時(shí)間的平均腐蝕速率，對(duì)緩蝕劑的作用時(shí)間、失效過(guò)程無(wú)法了解。采用電感探針技術(shù)分析測(cè)試緩蝕劑，響應(yīng)時(shí)間快，測(cè)量周期短，靈敏度高；通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電感探針技術(shù)是緩蝕劑評(píng)估的有效手段。

采用電感探針技術(shù)評(píng)定緩蝕劑的實(shí)驗(yàn)23采用電感探針技術(shù)評(píng)定緩蝕劑的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1電感探針與掛片對(duì)比試驗(yàn)采用電感探針、掛片失重法同時(shí)測(cè)量20鋼在工業(yè)水樣中動(dòng)態(tài)全浸泡狀態(tài)下的腐蝕速率。試驗(yàn)時(shí)在燒杯中心位置攪拌，電感探針探頭和三片掛片分別對(duì)稱放置在燒杯中，盡量保證介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)一致。試驗(yàn)時(shí)間88小時(shí)，電感探針監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1，探針腐蝕損耗1727nm，腐蝕速率為0.182mm/a；掛片數(shù)據(jù)見(jiàn)表1所示三片掛片平均腐蝕速率為0.162mm/a。由試驗(yàn)得電感探針監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與掛片數(shù)據(jù)基本一致，誤差10.8％。由于試驗(yàn)時(shí)間短，且采用動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，誤差相對(duì)會(huì)較大。采用電感探針技術(shù)評(píng)定緩蝕劑的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1電感探針與掛片對(duì)比試24一、電感探針與掛片對(duì)比實(shí)驗(yàn)電感探針腐蝕減薄1727nm，腐蝕速率為0.182mm/a

一、電感探針與掛片對(duì)比實(shí)驗(yàn)電感探針腐蝕減薄1727nm，腐25

掛片平均腐蝕速率為0.162mm/a，與電感探針誤差為10％一、電感探針與掛片對(duì)比實(shí)驗(yàn)掛片平均腐蝕速率為0.162mm/a，與電感探針誤差為26采用電感探針技術(shù)評(píng)定緩蝕劑的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2電感探針評(píng)定不同濃度緩蝕劑緩蝕效果試驗(yàn)采用電感探針監(jiān)測(cè)20鋼分別在靜止?fàn)顟B(tài)下，添加30ppm及60ppm緩蝕劑的0.1％HCl溶液中的腐蝕速率，評(píng)定不同濃度緩蝕劑的緩蝕效果，試驗(yàn)時(shí)間12小時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3所示。由圖2腐蝕損耗累積量隨時(shí)間變化曲線對(duì)比中可以清晰地看出20鋼在添加有30ppm、60ppm不同濃度緩蝕劑的0.1％鹽酸介質(zhì)中腐蝕損耗速度是不同的，在添加30ppm緩蝕劑的鹽酸中腐蝕損耗速度大于在添加60ppm緩蝕劑的鹽酸介質(zhì)中腐蝕損耗速度，腐蝕損耗分別為79nm和10nm，腐蝕速率分別為0.078mm/a和0.010mm/a。

采用電感探針技術(shù)評(píng)定緩蝕劑的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2電感探針評(píng)定不同濃27二、不同濃度緩蝕劑效果評(píng)定斜率即為腐蝕速率，斜率越小，腐蝕速率越低二、不同濃度緩蝕劑效果評(píng)定斜率即為腐蝕速率，斜率越小，腐蝕速28實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

DG－5300A系統(tǒng)與MK-9300電感探針系統(tǒng)對(duì)比監(jiān)測(cè)在緩慢流動(dòng)狀態(tài)下的一次蒸餾水中加入鹽酸過(guò)程的腐蝕。國(guó)