謝明1.2.3 吳貴陽(yáng)1.2.3 王月1.2.3

1.中國石油西南油氣田分公司天然氣研究院；

2.國家能源高含硫氣藏開(kāi)采研發(fā)中心；

3.中國石油天然氣集團公司高含硫氣藏開(kāi)采先導試驗基地

摘 要： 長(cháng)寧—威遠國家級頁(yè)巖氣示范區開(kāi)發(fā)過(guò)程中返排液細菌超標問(wèn)題表現明顯，而細菌在適宜環(huán)境中聚集繁殖將對集輸系統金屬材料造成腐蝕。比較了N80S、 N80、 BG90SS、 L245N、 L360NS五種金屬材料在頁(yè)巖氣返排液中的腐蝕狀況，考察了常壓及高壓環(huán)境對每種金屬材料的腐蝕影響。結果表明：金屬材料在有菌環(huán)境中腐蝕速率高于無(wú)菌環(huán)境，而壓力變化對腐蝕速率有一定影響。

關(guān)鍵詞： 頁(yè)巖氣；返排液；金屬材料；細菌腐蝕

目前， 長(cháng)寧—威遠國家級頁(yè)巖氣示范區主要使用大規模體積壓裂施工工藝，水平井壓裂液用量高達3×10 4～4×10 4m 3/井，壓裂返排液量達1×104～2×104m3/井。根據NB/T 14002.3―2015《頁(yè)巖氣 儲層改造 第3部分：壓裂返排液回收和處理方法》中壓裂返排液回用水指標要求，對長(cháng)寧—威遠國家級頁(yè)巖氣示范區返排液開(kāi)展細菌濃度測試分析，結果表明：監測時(shí)間段內，長(cháng)寧頁(yè)巖氣返排液中鐵細菌濃度均小于100個(gè)/mL，符合標準要求，而大部分返排液樣本中硫酸鹽還原菌濃度超標，最高可達6 000個(gè)/mL，不符合標準規定的25個(gè)/mL以?xún)�。威遠頁(yè)巖氣返排液中鐵細菌濃度部分超標，最高可達6 000個(gè)/mL，而硫酸鹽還原菌濃度均超標，最高可達25 000個(gè)/mL。

采氣過(guò)程中，頁(yè)巖氣集輸系統低洼處極易積液積垢，若未定期開(kāi)展清管作業(yè)，該部位細菌快速聚集繁殖，短時(shí)間內即會(huì )造成管線(xiàn)腐蝕穿孔[1]。某頁(yè)巖氣管線(xiàn)投運兩年，多處低洼位置壁厚嚴重減薄，減薄量達到3 ~5 mm。兩處低洼位置腐蝕穿孔，且多為點(diǎn)蝕，如圖 1所示。對腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行成分分析，發(fā)現鐵的硫化物Fe2S2、 Fe4S4及硫酸鹽還原菌的養份FeSO4，而頁(yè)巖氣H2S含量為零，表明硫酸鹽還原菌為腐蝕的原因之一[2]。

圖 1  管線(xiàn)腐蝕形貌

為進(jìn)一步明確N80S、 N80、 BG90SS、 L245N、L360NS五種金屬材料在頁(yè)巖氣返排液中的腐蝕狀況，根據JB/T 7901―1999《金屬材料實(shí)驗室均勻腐蝕全浸試驗方法》與SY/T 0532―2012《油田注入水細菌分析方法 絕跡稀釋法》，開(kāi)展現場(chǎng)返排液無(wú)菌/有菌環(huán)境中及常壓/高壓條件下的腐蝕評價(jià)實(shí)驗[3]。

1 實(shí)驗部分

1.1 試劑與儀器

常壓：現場(chǎng)返排液650 mL：MgSO4濃度0.04 125 g/L、 CaCI 2濃度2.2 977 g/L、 NaCl濃度32.0 346 g/L、 NaHCO3濃度0.436 548 g/L。硫酸鹽還原菌、鐵細菌、試片、掛具、廣口瓶、恒溫水浴鍋。高 壓 ： 現 場(chǎng) 返 排 液 3 2 5 0 m L ： M g S O 4濃 度0.04 125 g/L、 CaCI 2濃度2.2 977 g/L、 NaCl濃度32.0 346 g/L、 NaHCO3濃度0.436 548 g/L。硫酸鹽還原菌、鐵細菌、試片、掛具、反應釜。

1.2 實(shí)驗方法

常壓：配置所需溶液，分別裝入已標記好的多個(gè)廣口瓶中。將試片清洗干凈并稱(chēng)重，固定在掛具上，置于廣口瓶溶液內。將溶液內氧氣驅除，通入一定量二氧化碳后，置于恒溫水浴鍋中，升溫至反應溫度。恒溫168 h，取出試片并清洗稱(chēng)重，計算腐蝕失重及腐蝕速率。

高壓：配置所需溶液，分次裝入反應釜中。將試片清洗干凈并稱(chēng)重，固定在掛具上，置于反應釜溶液內。將溶液內氧氣驅除，通入一定量二氧化碳后，將反應釜升溫至反應溫度，同時(shí)升壓至反應壓力。恒溫恒壓168 h，取出試片并清洗稱(chēng)重，計算腐蝕失重及腐蝕速率。

2 結果與討論

2.1 常壓條件下頁(yè)巖氣返排液對金屬材料的腐蝕影響往配置溶液中同時(shí)加入硫酸鹽還原菌1×10 6個(gè)和鐵細菌1×106個(gè)，在40℃、 0 MPa環(huán)境中恒溫168 h，考察有菌/無(wú)菌環(huán)境中五種金屬材料的腐蝕狀況，如表 1所示。

根據NACE RP0775― 2005《油田生產(chǎn)中腐蝕掛片的準備和安裝以及試驗數據的分析》，從表 1可以看出：①N80S在無(wú)菌環(huán)境中腐蝕速率為0.136 mm/a，有菌環(huán)境中的腐蝕速率是無(wú)細菌環(huán)境中的1.28倍，均屬于嚴重腐蝕。②N80在無(wú)菌環(huán)境中腐蝕速率為0.042 mm/a，有菌環(huán)境中的腐蝕速率是無(wú)細菌環(huán)境中的1.10倍，均屬于中等腐蝕。③BG90SS在無(wú)菌環(huán)境中腐蝕速率為0.062 mm/a，有菌環(huán)境中的腐蝕速率是無(wú)細菌環(huán)境中的2.63倍，分別屬于中度腐蝕和嚴重腐蝕。④L245N在無(wú)菌環(huán)境中腐蝕速率為0.091 mm/a，有菌環(huán)境中的腐蝕速率是無(wú)細菌環(huán)境中的1.45倍，分別屬于中度腐蝕和嚴重腐蝕。⑤L360NS在無(wú)菌環(huán)境中腐蝕速率為0.043 mm/a，有菌環(huán)境中的腐蝕速率是無(wú)細菌環(huán)境中的1.98倍，均屬于中度腐蝕。試片表面為均勻腐蝕，部分存在點(diǎn)蝕，如圖 2所示。

圖2  N80S試片腐蝕形貌（常壓）

2.2 高壓條件下頁(yè)巖氣返排液對金屬材料的腐蝕影響

往配置溶液中同時(shí)加入硫酸鹽還原菌1×106個(gè)和鐵細菌1×106個(gè)，在40 ℃、 6 MPa環(huán)境中恒溫168 h，考察有菌/無(wú)菌環(huán)境中五種金屬材料的腐蝕狀況，如表 2所示。

根據NACE RP0775―2005，從表 2可以看出：①N80S在無(wú)菌環(huán)境中腐蝕速率為0.021 mm/a，有菌環(huán)境中的腐蝕速率是無(wú)細菌環(huán)境中的8.48倍，分別屬于輕度腐蝕和嚴重腐蝕。②N80在無(wú)菌環(huán)境中腐蝕速率為0.114 mm/a，有菌環(huán)境中的腐蝕速率是無(wú)細菌環(huán)境中的1.31倍，分別屬于中度腐蝕和嚴重腐蝕。③BG90SS在無(wú)菌環(huán)境中腐蝕速率為0.102 mm/a，有菌環(huán)境中的腐蝕速率是無(wú)細菌環(huán)境中的1.41倍，分別屬于中度腐蝕和嚴重腐蝕。④L245N在無(wú)菌環(huán)境中腐蝕速率為0.023 mm/a，有菌環(huán)境中的腐蝕速率是無(wú)細菌環(huán)境中的9.65倍，分別屬于中度腐蝕和嚴重腐蝕。⑤L360NS在無(wú)菌環(huán)境中腐蝕速率為0.128 mm/a，有菌環(huán)境中的腐蝕速率是無(wú)細菌環(huán)境中的1.71倍。均屬于嚴重腐蝕。試片表面為均勻腐蝕，部分存在點(diǎn)蝕，如圖 3所示。

圖3  N80S試片腐蝕形貌（高壓）

3 結論

實(shí)驗研究了N80S、 N80、 BG90SS、 L245N、L360NS五種金屬材料在頁(yè)巖氣返排液無(wú)菌/有菌環(huán)境中及常壓/高壓條件下的腐蝕狀況，結果得出以下結論。

（1）常壓及高壓條件下，頁(yè)巖氣返排液有菌環(huán)境中金屬材料腐蝕速率均高于無(wú)菌環(huán)境。

（2） N80S常壓無(wú)菌環(huán)境中的腐蝕速率高于高壓無(wú)菌環(huán)境中的腐蝕速率，而常壓有菌環(huán)境中的腐蝕速率與高壓有菌環(huán)境中腐蝕速率相近。 N80常壓有/無(wú)菌環(huán)境中的腐蝕速率相近，高壓有/無(wú)菌環(huán)境中的腐蝕速率相近，且高壓環(huán)境中腐蝕速率變大。 BG90SS在高壓無(wú)菌環(huán)境中的腐蝕速率高于常壓無(wú)菌環(huán)境中的腐蝕速率，而高壓有菌環(huán)境中的腐蝕速率低于常壓有菌環(huán)境中的腐蝕速率。 L245N在高壓無(wú)菌環(huán)境中的腐蝕速率低于常壓無(wú)菌環(huán)境中的腐蝕速率，而高壓有菌環(huán)境中的腐蝕速率高于常壓有菌環(huán)境中的腐蝕速率。L360NS在高壓有/無(wú)菌環(huán)境中的腐蝕速率均高于常壓有/無(wú)菌環(huán)境中的腐蝕速率。

參考文獻：

[1]李家俊，劉玉民，張香文，等. 油田回注水中硫酸鹽還原菌對金屬腐蝕的機理及其防治方法[J].工業(yè)水處理， 2007， 27（11）： 4-6.

[2]黃金營(yíng)，魏紅飚，金丹，等. 抑制油田生產(chǎn)系統中硫酸鹽還原菌的方法[J]. 石油化工腐蝕與防護，2005， 22（6）： 48-50.

[3]魏利，馬放，劉廣民，等. 二氧化氯用于油田注水系統殺菌的試驗[J]. 給水排水， 2006 ， 32（4）：51-53.

項目來(lái)源：中國石油西南油氣田分公司2018年科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)項目“威遠區塊頁(yè)巖氣集輸系統腐蝕原因、控制措施及監測系統研究（20180305-11）”。

四川長(cháng)寧天然氣開(kāi)發(fā)有限責任公司2018年科技現場(chǎng)應用試驗項目“2018年長(cháng)寧壓裂液與返排液細菌濃度分析控制及跟蹤評價(jià)（20180501-06）”。

作者：謝明，男，工程師，目前主要從事頁(yè)巖氣腐蝕與防護工作。