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1、中国科学院金属研究所腐蚀监测部 唐志文,油气田腐蚀监测技术及应用,一、前言二、油气田常用的腐蚀监测技术三、腐蚀监测技术在油气田的现场应用四、国内外电感探针技术比较及缓蚀剂评价实验五、油气田腐蚀监测技术的发展趋势,近些年来，石油工业的腐蚀问题日益突出。油田日常生产中会产生含有大量杂质的油田水，油田水中含有氯离子、二氧化碳、硫化氢、溶解氧、细菌等腐蚀介质，这些腐蚀介质会对金属设备和管道产生腐蚀；另外，最近几年各油田天然气产量不断增加，天然气中的二氧化碳、硫化氢等腐蚀介质对设备的腐蚀危害也日益严重。在日常生产中，如果不对设备的腐蚀过程进行监测，不了解设备的腐蚀状态，对设备腐蚀造成的安全隐患就不能进行
2、科学的、有预见性的判断，大大增加了安全事故发生的可能性。为避免腐蚀造成的损失，各油气田相关单位普遍采取加注缓蚀剂的措施来控制设备的腐蚀，通过腐蚀监测可以评定缓蚀剂的缓蚀效率、筛选缓蚀剂的合适浓度，了解在缓蚀剂不断损耗过程中的金属的腐蚀速率变化过程，评定缓蚀剂的作用过程及失效时间。腐蚀监测技术就是在油气田日常生产运行中，对生产设备及管线的腐蚀形态、腐蚀速率等情况进行系统测试，以便采取各种措施延长设备使用寿命、合理使用缓蚀剂、预防重大安全事故发生的技术手段。,一、前言,二、油气田常用的腐蚀监测技术,1、挂片法 把已知重量的金属试片放入腐蚀介质中，经过一已知的时间周期取出清洗后称重，根据试样质量变化
3、测量出平均腐蚀速率，其优点是试片取出后可以观察试片表面形状，分析表面腐蚀产物，从而确定腐蚀的类型。挂片法的缺点是测量周期长，而且通过挂片法得到的数据反映的是腐蚀发生的结果，不能反映腐蚀过程中金属腐蚀速率的变化趋势，也无法反映工艺参数的快速变化对腐蚀速率的影响,油气田常用的腐蚀监测技术,2、在线电化学探针监测技术 在线电化学探针监测技术对腐蚀情况变化响应快，能获得瞬间腐蚀速率，比较灵敏，可以及时地反映腐蚀过程中金属腐蚀速率的变化，也可以反映工艺参数的变化对腐蚀过程的影响。电化学测试方法为线性极化电阻法，其基本原理是：施加极化电位使电极极化而产生极化电流，通过测量得到极化电阻Rp，进而计算出腐蚀电
4、流Icorr=B/Rp，由于腐蚀电流与腐蚀速率成正比，通过公式计算可求得腐蚀速率。,油气田常用的腐蚀监测技术,中国科学院金属研究所的电化学测试技术，应用了曹楚南院士提出的弱极化理论，通过弱极化区测得的极化电流值求算出的Icorr和B更接近真实值。一般的线性极化电阻法未考虑介质电阻对测量结果的影响，由于不同腐蚀体系溶液电阻值是不同的，而且差别很大，所以我们在测试时必须考虑介质电阻带来的测量误差，采用交流阻抗的方法可以消除介质电阻带来的误差.在线电化学探针监测技术可以测量金属材料在工业水等连续介质或潮湿环境下非连续介质以及土壤等介质中的瞬时腐蚀速率，能够反映腐蚀过程中金属腐蚀速率的变化趋势，可以了
5、解工艺参数的快速变化对腐蚀速率的影响，也可以评定缓蚀剂的缓蚀效率以利于合理有效地使用缓蚀剂，从而为石油工业腐蚀监测提供了新的技术手段。,油气田常用的腐蚀监测技术,3、在线电阻探针技术 在线电阻探针技术测量金属腐蚀速率,是根据金属试样由于腐蚀作用使横截面积减小,从而电阻增大的原理.电阻探针直接测得金属试样的腐蚀深度，腐蚀深度随时间变化曲线的斜率为金属的腐蚀速率.在线电阻探针技术也常被称作可自动测量的挂片法，其测量元件有丝状、片状、管状，由于金属材料电阻率是随温度变化的，为避免因介质温度变化引起的测量误差，在探头杆内置入温度补偿元件，温度的影响可完全消除.,油气田常用的腐蚀监测技术,利用电阻探针技
6、术可以在设备运行过程中对设备的腐蚀状态进行连续地监测,能准确地反映出设备运行各阶段的腐蚀速率及其变化.在线电阻探针技术即适用于电解质溶液，也适用于非电解质溶液，同时也能在气相介质中测量，能适用于各种不同的介质.中国科学院金属研究所已开发出适用于高温高压设备的电阻探针技术，电阻探针与高温可拆卸装置共同使用，被监测设备内部最高温度可达到430，电阻探针与高压可拆卸装置共同使用，被监测设备内部最高压力可达到40MPa.,油气田常用的腐蚀监测技术,4、在线电感探针技术 在线电感探针技术是通过测量金属试样腐蚀减薄所引起的磁通量的变化来直接测得金属试样的腐蚀深度，从而计算金属腐蚀速率的方法。在线电感探针技
7、术主要特点是比挂片法、电阻法的响应速度快，而且能适用于各种不同的介质,不受介质导电率的影响。比较腐蚀速率在0.25mm/a时各种腐蚀监测技术的响应时间，挂片法的测量周期最长，其次是电阻探针方法，普通127m厚度的电阻探针的响应时间为70小时，响应时间最快的是电感探针技术，127m厚度的电感探针的响应时间为0.8小时，,油气田常用的腐蚀监测技术,电感探针的测量精度最小可达30nm,能够在几分钟或几小时内测量金属的腐蚀速率,并对金属腐蚀速率的变化做出快速反应。在线电感探针技术可以测量到常规测量技术无法测量的腐蚀速率的短期变化，这种技术可以应用于工业现场，适用于工业管道的腐蚀监测，也可以及时了解工艺
8、参数的变化对腐蚀过程的影响，另外，应用电感探针技术的便携式仪器，即可以在现场进行腐蚀速率的测量，也可以在室内进行腐蚀速率的测量，筛选评价缓蚀剂只需几小时就能完成。,油气田常用的腐蚀监测技术,5、腐蚀监测数据网络化技术 腐蚀在线监测技术被进一步拓展为基于企业网与互联网的监测系统,数据可在企业局域网或互联网上浏览和下载。腐蚀监测系统的终端计算机在企业网上成为前端采集机,在企业网上前端采集机被分配唯一的IP地址,在客户端上输入前端采集机的IP地址既可获取现场数据以及预先设置的系统信息。另外,腐蚀监测数据的异地管理以及在相关行业的共享也是近切需要的,因此我们开发了Internet网络平台的数据管理软件
9、,使腐蚀监测数据在互联网上也可以以浏览和下载，而且能够确保数据的安全性。,腐蚀监测技术在胜利油田的应用,胜利油田坨六站电感探针腐蚀在线监测系统,现场数据分析,2007年1月份上半月加药前（即一次除油罐出口）腐蚀速度0.838mm/a；过滤罐出口（即加药后）腐蚀速度0.298mm/a；,现场数据分析,2007年1月份下半月加药前（即一次除油罐出口）腐蚀速度0.780mm/a；过滤罐出口（即加药后）腐蚀速度0.122mm/a。,现场数据分析,2007年2月份数据过滤罐出口位置腐蚀速度0.009mm/a，管线得到保护；可以稍微减少注剂加注量，减少生产成本,现场数据分析,2007年3月份过滤罐出口腐蚀
10、速度0.084mm/a，污水腐蚀速度比2月份稍高，可能是对注剂加注量进行了调整厂、局相同位置同期挂片（3个月）数据为0.1mm/a,总结,电感探针监测数据和现场挂片测量数据一致；电感探针腐蚀在线监测技术能够准确监测加药前后腐蚀速度变化；电感探针腐蚀在线监测技术能够评价防腐技术应用效果，并指导油田缓蚀剂加注，节约成本。,腐蚀监测技术在油气田的现场应用,腐蚀监测技术在油气田的现场应用,2、电阻探针监测技术在塔里木油田的应用 2005年7月，塔里木油田新建阿克苏集气站，在阿克苏集气站建立了在线腐蚀监测系统，该系统主要由高压电阻探针、数据采集器、高压可拆卸装置、电源模块、通讯传输模块、数据通讯处理软件
11、包组成。,腐蚀监测技术在油气田的现场应用,腐蚀监测技术在油气田的现场应用,腐蚀监测技术在油气田的现场应用,采用电感探针技术评定缓蚀剂的实验,油田生产现场添加缓蚀剂是减缓生产设备腐蚀的常用措施。油田生产现场分析测试缓蚀剂通常采用挂片法，挂片法分析测试缓蚀剂已延用多年，但采用挂片法评定缓蚀剂不仅试验周期长，而且只能得到较长一段时间的平均腐蚀速率，对缓蚀剂的作用时间、失效过程无法了解。采用电感探针技术分析测试缓蚀剂，响应时间快，测量周期短，灵敏度高；通过实验发现电感探针技术是缓蚀剂评估的有效手段。,采用电感探针技术评定缓蚀剂的实验,实验1 电感探针与挂片对比试验 采用电感探针、挂片失重法同时测量20
12、钢在工业水样中动态全浸泡状态下的腐蚀速率。试验时在烧杯中心位置搅拌，电感探针探头和三片挂片分别对称放置在烧杯中，尽量保证介质流动状态一致。试验时间88小时，电感探针监测数据见图1，探针腐蚀损耗1727nm，腐蚀速率为0.182mm/a；挂片数据见表1所示三片挂片平均腐蚀速率为0.162mm/a。由试验得电感探针监测数据与挂片数据基本一致，误差10.8。由于试验时间短，且采用动态实验，误差相对会较大。,一、电感探针与挂片对比实验,电感探针腐蚀减薄1727nm，腐蚀速率为0.182mm/a,挂片平均腐蚀速率为0.162mm/a，与电感探针误差为10,一、电感探针与挂片对比实验,采用电感探针技术评定
13、缓蚀剂的实验,实验2 电感探针评定不同浓度缓蚀剂缓蚀效果试验 采用电感探针监测20钢分别在静止状态下，添加30ppm及60ppm缓蚀剂的0.1HCl溶液中的腐蚀速率，评定不同浓度缓蚀剂的缓蚀效果，试验时间12小时，试验结果见图3所示。由图2腐蚀损耗累积量随时间变化曲线对比中可以清晰地看出20钢在添加有30ppm、60ppm不同浓度缓蚀剂的0.1盐酸介质中腐蚀损耗速度是不同的，在添加30ppm缓蚀剂的盐酸中腐蚀损耗速度大于在添加60ppm缓蚀剂的盐酸介质中腐蚀损耗速度，腐蚀损耗分别为79nm和10nm，腐蚀速率分别为0.078mm/a和0.010mm/a。,二、不同浓度缓蚀剂效果评定,斜率即为腐蚀速率，斜率越小，腐蚀速率越低,实验内容：DG5300A系统与MK-9300电感探针系统对比监测在缓慢流动状态下的一次蒸馏水中加入盐酸过程的腐蚀。,国内外电感探针技术对比实验,测试结果一致,五、油田腐蚀监测的发展趋势,油田腐蚀监测技术的发展方向是各种腐蚀监测技术优势互补，共同推进腐蚀防护研究快速发展，腐蚀监测技术和计算机技术的结合是目前研究腐蚀监测技术的方向，在油气田开发过程中，通过腐蚀监测能够及时提供大量的基础数据，这对于油气田安全、经济、有效的运行有着重大意义。,谢谢！,
