普光气田集输管道清管周期优化赵果中原油田普光分公司摘要：普光.DOC

普光气田集输管道清管周期优化 赵果 中原油田普光分公司 摘要：普光气田集输管道为提高系统效率与减缓腐蚀，在管道内壁需定期进行清管和批处理涂膜作业。频繁地进行清管和批处理作业将影响气田的产气量，同时还增加现场操作人员的劳动强度和生产成本，然而长时间运行的湿气管道，会造成缓蚀剂涂膜破坏，腐蚀速率增加、管道输送效率降低，影响集输管网的安全高效运行。通过对油溶性缓蚀剂的失效规律进行分析，并结合气田腐蚀数据，延长了管道清管和批处理作业周期5天，在有效控制管道内腐蚀速率的前提下，降低了清管作业费用，减小管线停运时间，带来了显著的经济效益，并保障了集输系统的平稳运行。 关键词：普光气田；集输管道；清管；缓蚀剂；腐蚀 1 引言 普光气田集管线长时间的连续运行会导致管道内腐蚀产物、固体沉积物不断增多，缓蚀剂涂膜逐渐失效，腐蚀速率显著增加。 图1缓蚀剂有效成分作用机理示意图 由于涂覆缓蚀剂膜通常控制在微米量级，而且油溶性涂膜的粘度较大（远大于气相）， 所以一般情况下认为油溶性缓蚀剂在管底积聚液的流动处于层流子层区。 图2缓蚀剂管道底部速度分布示意图 缓蚀剂涂膜后流动时，远离管道起点位置处可以得到前方来流补充，厚度减小较缓慢，近似用下式表示： （1） 不易流动部分流动过程分析，这类较稳定的缓蚀剂涂膜，我们认为它的失效主要源于涂层与主流介质间的分子浓差扩散可以写成： （2） 综合以上两式，油溶性缓蚀剂涂膜流动方程简化为： （3） 式中a1表示与挂片几何尺寸、缓蚀剂动力粘度、壁面剪切应力参数相关的系数；a2缓蚀剂不可流动层厚度相关的系数；b表示与分子扩散系数有关的参数。a1随剪切应力τ增大而减小，a2是不易流动部分初始厚度C0的倍数，随剪切力τ增大减小，随吸附能力增大而增大。 2.2油溶性缓蚀剂失效测试实验 参照SY/T5273—2000《油田采出水用缓蚀剂性能评价方法》打磨以及清洗挂片，使用注射器往称重后的而金属挂片表面添加0.12-0.13ml（即初始厚度约100μm）的缓蚀剂，精确至μm，将挂片置入气流流速为5-7m/s的管道，隔不同时间取出测试厚度，记录数据。 图3管道内挂片放置图 利用公式对实验数据进行拟合，得出缓蚀剂涂膜失效速度随时间变小，涂覆结束的20h内缓蚀剂涂膜急剧减小至10μm左右，之后缓蚀剂涂膜厚度变化平缓。 图4缓蚀剂涂膜厚度随时间变化规律 2.3油溶性缓蚀剂电化学失效规律 （1）腐蚀电化学阻抗变化规律 将涂有缓蚀剂的腐蚀电极安装在特殊的支架上（如所示），置入容器内，利用搅拌器产生强制扰动，对金属电极表面进行剪切。通过Fluent软件可以计算得到金属表面所经受的剪切应力。实验中控制约350r/min转速，可以对金属表面产生3~5Pa剪切应力 图5强制剪切容器内电极置放图 利用等效电路对不同浓度下的阻抗谱图进行拟合 图6 电化学阻抗随时间变化图 式中R1：溶液电阻，R2：缓蚀剂涂膜电阻，R3：缓蚀剂涂膜与金属界面的双电层电荷转移电阻 根据可以看出，代表缓蚀剂涂膜与金属界面的双电层电荷转移电阻的随着实验天数的增加，一直在减小；代表缓蚀剂涂膜的电阻的在开始的一段时间内减小，之后稳定在一个范围内；代表溶液电阻的变化不大。所以缓蚀剂涂膜在经受剪切冲刷的过程中，吸附层电阻随时间一直在减小，而可流动的缓蚀剂主剂产生的阻抗值先急剧减小，但吸附层电阻数值较大，对防腐效果起着决定作用。 腐蚀电流密度变化规律 腐蚀电流密度与腐蚀速率具有一定的数值对应关系，是评价腐蚀速率的直接指标。所以研究涂膜金属表面腐蚀电流密度随冲刷时间的变化情况，对确定缓蚀剂涂覆周期具有决定性作用。 腐蚀电流密度代表了金属失电子数，与腐蚀速率直接相关，根据管道内壁金属腐蚀特点，得出二者关系如下。 （4） 式中x为金属腐蚀速率 实验中，控制与现场近似的溶液环境，对涂覆有缓蚀剂涂膜的金属进行冲刷实验，间隔一定的天数，取出金属电极，在相同的溶液环境中进行电化学特性测试，并拟合相应的腐蚀电流密度数据。 腐蚀电流密度（腐蚀速率）随冲刷时间的延长，呈线性规律增长。这与缓蚀剂涂膜厚度的变化规律存在差别，也不同于常见裸露金属电极表面腐蚀变化规律。拟合公式中的系数k与冲刷剪切强度、缓蚀剂与金属表面吸附特性、冲刷介质性质等因素有关。 （5） 式中IO为初始时刻腐蚀电流密度 3管道清管周期计算方法 对于现场腐蚀环境、剪切应力与实验室环境存在很大差异，所以借助现场的腐蚀监测数据，结合实验室内测试的腐蚀变化规律，对现场进行合理的预测是一种较为可行的方法。通过涂膜的电极表面腐蚀电流密度随冲刷时间的变化规律。可以得出，涂膜金属管壁腐蚀速率随时间的变化规律