苏ICP备112451047180号-6
目录
前 言 2
第一章 重庆气矿高含CO2含硫气井地面集输系统基本情况 5
第一节 重庆气矿中高含CO2含硫气井的生产情况 5
第二节 高含CO2含硫气井及地面集输系统运行现状 9
第二章 室内实验 12
第一节 正交试验研究 12
第二节 腐蚀挂片试验 18
第三章 缓蚀剂筛选评价 23
第一节 缓蚀剂防腐性能筛选评价 23
附录A 云安012-X8至云安012-1井集气管道缓蚀剂预膜试验方案 28
附录B 电化学试验极化曲线图 34
附录C 试片腐蚀产物SEM+EDS分析 45
前 言
一、项目（课、专题）来源
本项目来源于重庆气矿。重庆气矿委托西南油气田分公司天然气研究院完成《重庆气矿高含二氧化碳含硫气井地面集输系统腐蚀防护措施研究及应用（腐蚀防护措施研究）》，合同编号为：XNS02NZ2016-0017。起止时间：2016年7月～2017年12月。
二、主要研究内容
1．重庆气矿高含二氧化碳含硫气井地面集输系统腐蚀主导因素研究
1）通过高温高压反应釜、电化学试验分析L245NS PSL2、L245NCS、L360、20G四种不同管材随着温度、H2S/CO2分压、流速等因素的改变，在一定系统压力下所呈现的腐蚀规律，得出重庆气矿高含二氧化碳含硫气井地面集输系统的主要生产参数对腐蚀速率的影响规律，形成报告。
2）缓蚀剂室内筛选评价
2. 根据现室内试验结果，选定1口气井/管线制定现场试验方案。并在现场试验时承担技术指导承担检测工作：
1）缓蚀剂预膜技术指导服务至少1次；
2）氢通量检测80点次；
3）超声波测厚3期；
4）缓蚀剂剩余浓度检测；
5）根据试验结果编写现场试验效果分析报告，制定重庆气矿高含二氧化碳含硫气井地面集输系统的内腐蚀防护方案。
三、技术要求
1．提出对重庆气矿高含二氧化碳含硫气井的地面集输系统内腐蚀主导因素对腐蚀速率的影响规律分析；
2、提出的现场试验方案与风险控制措施具有可操作性；
3、承担现场试验技术指导；
4、按期提交研究报告。
四、项目进度安排
项目进度如下表：
表1 项目进度安排
五、完成的工作量
截至2016年11月，本项目完成的工作量如下：
表2 目前已完成的工作量
第一章 重庆气矿高含CO2含硫气井地面集输系统 基本情况
根据GB26979-2011《天然气藏分类》中对含酸性气体气藏的划分规定，将CO2含量大于10%小于50%、H2S含量大于0.02g/m3或体积分数大于0.0013%的气藏视为高含CO2含硫气藏，具体规定见表1-1、1-2所示。
表1-1 含CO2气藏分类
表1-2 含H2S气藏分类
第二章 室内实验
为了得出重庆气矿高含二氧化碳含硫气井地面集输系统的主要生产参数对腐蚀速率的影响规律，明确腐蚀主导因素，采用正交试验设计方法，对气矿工况范围内的H2S、CO2分压、温度、流速等因素的腐蚀规律进行研究；采用高压腐蚀挂片试验模拟评价现场腐蚀环境和L245NS PSL2、L245NCS、L360、20G四种材质的抗电化学腐蚀性能；并采用SEM+EDS分析腐蚀产物以明确腐蚀主控因素。
第一节 正交试验研究
试验采用电化学高温高压釜装置，设计了正交实验：对气矿工况范围内的H2S、CO2分压、温度、流速等因素的腐蚀规律进行研究；
试验条件：模拟云安012-X8井现场水，系统压力7MPa，试片材质：L245NCS。
1.因素和水平的选择
表2-1 正交试验因素和水平表
实验水平的选择
实验温度：25℃-60℃ （1）气矿井温在-2-54℃。
（2）根据文献资料，低温条件下腐蚀速率呈现减缓的趋势。
（3）根据文献资料，纯CO2环境下，腐蚀存在2个拐点，60和150℃，在通入H2S后，拐点温度降低。
H2S分压：0.01-0.5MPa 第一章统计的单井产气气质组分中H2S的浓度含量为0.01%-9.12%（压力系统在1-7.5MPa），根据计算：分压在0.0002MPa-0.462MPa。实验条件限制，下限选择0.01MPa,上限0.5MPa。
CO2分压：0.6-2.4MPa 气矿2口高含CO2气井的CO2浓度含量为11.5%、15.01%，系统压力分别为5.5、7MPa，根据计算：分压在0.63-1.05MPa。由于参考气井只有2口，为了提高研究结果的适用性，将实验范围扩大至0.6-2.4MPa。
流体流速：0-8m/s 8m/s，缓蚀剂不起作用
2.表头设计
由于需要考虑H2S分压和CO2分压，H2S分压和流速，CO2分压和流速之间的交互作用，因此选用L27（313）正交表，表头设计如下表：
表2-2 正交试验表头设计
3.试验设计及结果计算
电化学试验极化曲线见附件B，试验结果如下表：
表2-3 正交试验结果
对试验结果进行方差计算：
表2-4 正交试验方差计算表
分析方差计算结果，进行F值检验，结果如下表：
表2-5 方差分析表
一、项目（课、专题）来源
本项目来源于重庆气矿。重庆气矿委托西南油气田分公司天然气研究院完成《重庆气矿高含二氧化碳含硫气井地面集输系统腐蚀防护措施研究及应用（腐蚀防护措施研究）》，合同编号为：XNS02NZ2016-0017。起止时间：2016年7月～2017年12月。
二、主要研究内容
1．重庆气矿高含二氧化碳含硫气井地面集输系统腐蚀主导因素研究
1）通过高温高压反应釜、电化学试验分析L245NS PSL2、L245NCS、L360、20G四种不同管材随着温度、H2S/CO2分压、流速等因素的改变，在一定系统压力下所呈现的腐蚀规律，得出重庆气矿高含二氧化碳含硫气井地面集输系统的主要生产参数对腐蚀速率的影响规律，形成报告。
2）缓蚀剂室内筛选评价
2. 根据现室内试验结果，选定1口气井/管线制定现场试验方案。并在现场试验时承担技术指导承担检测工作：
1）缓蚀剂预膜技术指导服务至少1次；
2）氢通量检测80点次；
3）超声波测厚3期；
4）缓蚀剂剩余浓度检测；
5）根据试验结果编写现场试验效果分析报告，制定重庆气矿高含二氧化碳含硫气井地面集输系统的内腐蚀防护方案。
三、技术要求
1．提出对重庆气矿高含二氧化碳含硫气井的地面集输系统内腐蚀主导因素对腐蚀速率的影响规律分析；
2、提出的现场试验方案与风险控制措施具有可操作性；
3、承担现场试验技术指导；
4、按期提交研究报告。
四、项目进度安排
项目进度如下表：
表1 项目进度安排
| 起止时间 | 研究内容 | 阶段目标 | 完成情况 |
| 2016.7-2016.10 | 重庆气矿高含CO2含硫气井地面集输系统腐蚀主导因素研究 | 1、高压电化学实验：得出重庆气矿高含二氧化碳气井一定工况下（参考实际工况设置试验参数），钢材随着H2S、CO2分压、温度、流速等因素的变化所呈现的腐蚀规律，分析腐蚀主导因素。 | 完成 |
| 2、高压挂片实验：模拟现场工况，用L245NS PSL2、L245NCS、L360、20G四种不同钢材开展高压挂片试验，验证电化学试验结果，评价现场腐蚀环境。 | 完成 | ||
| 3、腐蚀产物SEM+EDS分析，明确腐蚀主导因素。 | 完成 | ||
| 2016.9-2016.10 | 缓蚀剂筛选评价及现场试验方案编制 | 1、缓蚀剂室内筛选评价 | 完成 |
| 2、编写现场试验方案 | 完成 | ||
| 2016.11-2017.9 | 根据提出的防护措施，应用于现场 |
1.制定出合理的现场实验方案进行现场应用研究 2.开展现场试验 ：缓蚀剂预膜、腐蚀监测数据分析、缓蚀剂效果评价。 3、针对现场应用效果进行防护效果评价。 |
|
| 2017.10 | 根据现场应用情况，编制腐蚀防护方案 | 编制腐蚀防护方案 | |
| 2017.11-2017.12 |
1、编写报告 2、合同验收 |
||
五、完成的工作量
截至2016年11月，本项目完成的工作量如下：
表2 目前已完成的工作量
| 室内腐蚀模拟试验 | 高压电化学试验 | 27组 |
| 高压腐蚀挂片试验 | 10组 | |
| 试片表面腐蚀产物电镜+能谱分析（SEM+EDS） | 20组 | |
| 缓蚀剂筛选评价试验 | 缓蚀剂配伍性评价试验 | 8组 |
| 缓蚀剂防腐性能评价试验 | 10组 | |
| 方案编写 | 012-X8井管线缓蚀剂预膜试验方案 | 1份 |
第一章 重庆气矿高含CO2含硫气井地面集输系统 基本情况
根据GB26979-2011《天然气藏分类》中对含酸性气体气藏的划分规定，将CO2含量大于10%小于50%、H2S含量大于0.02g/m3或体积分数大于0.0013%的气藏视为高含CO2含硫气藏，具体规定见表1-1、1-2所示。
表1-1 含CO2气藏分类
| 分类 |
微含CO2 气藏 |
低含CO2 气藏 |
中含CO2 气藏 |
高含CO2 气藏 |
特高含CO2 气藏 |
CO2 气藏 |
|
CO2的体积分数 （%） |
＜0.01 |
0.01～ ＜2.0 |
2.0～ ＜10.0 |
10.0～ ＜50.0 |
50.0～ ＜70.0 |
≥70.0 |
| 分类 | 微含硫气藏 | 低含硫气藏 | 中含硫气藏 | 高含硫气藏 |
特高含硫 气藏 |
H2S气藏 |
|
H2S （g/m3） |
＜0.02 |
0.02～ ＜5.0 |
5.0～ ＜30.0 |
30.0～ ＜150.0 |
150.0～ ＜770.0 |
≥770.0 |
|
H2S的体积分数 （%） |
＜0.0013 |
0.0013～ ＜0.3 |
0.3～ ＜2.0 |
2.0～ ＜10.0 |
10.0～ ＜50.0 |
≥50.0 |
第二章 室内实验
为了得出重庆气矿高含二氧化碳含硫气井地面集输系统的主要生产参数对腐蚀速率的影响规律，明确腐蚀主导因素，采用正交试验设计方法，对气矿工况范围内的H2S、CO2分压、温度、流速等因素的腐蚀规律进行研究；采用高压腐蚀挂片试验模拟评价现场腐蚀环境和L245NS PSL2、L245NCS、L360、20G四种材质的抗电化学腐蚀性能；并采用SEM+EDS分析腐蚀产物以明确腐蚀主控因素。
第一节 正交试验研究
试验采用电化学高温高压釜装置，设计了正交实验：对气矿工况范围内的H2S、CO2分压、温度、流速等因素的腐蚀规律进行研究；
试验条件：模拟云安012-X8井现场水，系统压力7MPa，试片材质：L245NCS。
1.因素和水平的选择
表2-1 正交试验因素和水平表
|
A：H2S分压 （MPa） |
B：CO2分压 （MPa） |
C：流速 （m/s） |
D：温度 （℃） |
|
| 水平1 | 0.01（低含硫范围） | 0.6 | 0 | 25 |
| 水平2 | 0.1（中含硫） | 1.8 | 3 | 40 |
| 水平3 | 0.5（高含硫） | 2.4 | 8 | 60 |
实验温度：25℃-60℃ （1）气矿井温在-2-54℃。
（2）根据文献资料，低温条件下腐蚀速率呈现减缓的趋势。
（3）根据文献资料，纯CO2环境下，腐蚀存在2个拐点，60和150℃，在通入H2S后，拐点温度降低。
H2S分压：0.01-0.5MPa 第一章统计的单井产气气质组分中H2S的浓度含量为0.01%-9.12%（压力系统在1-7.5MPa），根据计算：分压在0.0002MPa-0.462MPa。实验条件限制，下限选择0.01MPa,上限0.5MPa。
CO2分压：0.6-2.4MPa 气矿2口高含CO2气井的CO2浓度含量为11.5%、15.01%，系统压力分别为5.5、7MPa，根据计算：分压在0.63-1.05MPa。由于参考气井只有2口，为了提高研究结果的适用性，将实验范围扩大至0.6-2.4MPa。
流体流速：0-8m/s 8m/s，缓蚀剂不起作用
2.表头设计
由于需要考虑H2S分压和CO2分压，H2S分压和流速，CO2分压和流速之间的交互作用，因此选用L27（313）正交表，表头设计如下表：
表2-2 正交试验表头设计
| 项目 | A（H2S分压/MPa） | B（CO2分压/MPa） | A×B | A×B | C（液体流速/m/s） | A×C | A×C | B×C | B×C | D（温度/℃） | 空 | 空 | 空 |
电化学试验极化曲线见附件B，试验结果如下表：
表2-3 正交试验结果
| 项目 | A:H2S分压（MPa） | B：CO2分压（MPa） | C：液体流速（m/s） | D：温度（℃） | 腐蚀速率（mm/a） |
| 1 | 1（0.01） | 1（0.6） | 1（0） | 1（25） | 0.6717 |
| 2 | 1 | 1 | 2（3） | 2（40） | 1.0724 |
| 3 | 1 | 1 | 3（8） | 3（60） | 1.1098 |
| 4 | 1 | 2（1.8） | 1 | 2 | 0.9196 |
| 5 | 1 | 2 | 2 | 3 | 1.3212 |
| 6 | 1 | 2 | 3 | 1 | 1.4609 |
| 7 | 1 | 3（2.4） | 1 | 3 | 1.2989 |
| 8 | 1 | 3 | 2 | 1 | 1.5476 |
| 9 | 1 | 3 | 3 | 2 | 1.7894 |
| 10 | 2（0.1） | 1 | 1 | 3 | 1.0912 |
| 11 | 2 | 1 | 2 | 1 | 1.2983 |
| 12 | 2 | 1 | 3 | 2 | 1.5144 |
| 13 | 2 | 2 | 1 | 1 | 1.0233 |
| 14 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1.6412 |
| 15 | 2 | 2 | 3 | 3 | 1.9213 |
| 16 | 2 | 3 | 1 | 2 | 1.8175 |
| 17 | 2 | 3 | 2 | 3 | 2.4964 |
| 18 | 2 | 3 | 3 | 1 | 1.8601 |
| 19 | 3（0.5） | 1 | 1 | 2 | 1.4972 |
| 20 | 3 | 1 | 2 | 3 | 1.9428 |
| 21 | 3 | 1 | 3 | 1 | 1.9696 |
| 22 | 3 | 2 | 1 | 3 | 1.9813 |
| 23 | 3 | 2 | 2 | 1 | 1.4672 |
| 24 | 3 | 2 | 3 | 2 | 2.0399 |
| 25 | 3 | 3 | 1 | 1 | 1.8282 |
| 26 | 3 | 3 | 2 | 2 | 2.6098 |
| 27 | 3 | 3 | 3 | 3 | 2.6248 |
表2-4 正交试验方差计算表
| 项目 | A：H2S分压（MPa） | B：CO2分压（MPa） | A×B | A×B | C：液体流速（m/s） | A×C | A×C | B×C | B×C | D：温度（℃） | 腐蚀速率（mm/a） |
| 1 | 1(0.01) | 1(0.6) | 1 | 1 | 1(0) | 1 | 1 | 1 | 1 | 1(25) | 0.6717 |
| 2 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2(3) | 2 | 2 | 2 | 2 | 2(40) | 1.0724 |
| 3 | 1 | 1 | 1 | 1 | 3(8) | 3 | 3 | 3 | 3 | 3(60) | 1.1098 |
| 4 | 1 | 2(1.8) | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 0.9196 |
| 5 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 3 | 3 | 3 | 1.3212 |
| 6 | 1 | 2 | 2 | 2 | 3 | 3 | 3 | 1 | 1 | 1 | 1.4609 |
| 7 | 1 | 3(2.4) | 3 | 3 | 1 | 1 | 1 | 3 | 3 | 3 | 1.2989 |
| 8 | 1 | 3 | 3 | 3 | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 | 1.5476 |
| 9 | 1 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 2 | 2 | 2 | 1.7894 |
| 10 | 2(0.1) | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | 1.0912 |
| 11 | 2 | 1 | 2 | 3 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | 1 | 1.2983 |
| 12 | 2 | 1 | 2 | 3 | 3 | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 1.5144 |
| 13 | 2 | 2 | 3 | 1 | 1 | 2 | 3 | 2 | 3 | 1 | 1.0233 |
| 14 | 2 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | 1 | 3 | 1 | 2 | 1.6412 |
| 15 | 2 | 2 | 3 | 1 | 3 | 1 | 2 | 1 | 2 | 3 | 1.9213 |
| 16 | 2 | 3 | 1 | 2 | 1 | 2 | 3 | 3 | 1 | 2 | 1.8175 |
| 17 | 2 | 3 | 1 | 2 | 2 | 3 | 1 | 1 | 2 | 3 | 2.4964 |
| 18 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 2 | 3 | 1 | 1.8601 |
| 19 | 3(0.5) | 1 | 3 | 2 | 1 | 3 | 2 | 1 | 3 | 2 | 1.4972 |
| 20 | 3 | 1 | 3 | 2 | 2 | 1 | 3 | 2 | 1 | 3 | 1.9428 |
| 21 | 3 | 1 | 3 | 2 | 3 | 2 | 1 | 3 | 2 | 1 | 1.9696 |
| 22 | 3 | 2 | 1 | 3 | 1 | 3 | 2 | 2 | 1 | 3 | 1.9813 |
| 23 | 3 | 2 | 1 | 3 | 2 | 1 | 3 | 3 | 2 | 1 | 1.4672 |
| 24 | 3 | 2 | 1 | 3 | 3 | 2 | 1 | 1 | 3 | 2 | 2.0399 |
| 25 | 3 | 3 | 2 | 1 | 1 | 3 | 2 | 3 | 2 | 1 | 1.8282 |
| 26 | 3 | 3 | 2 | 1 | 2 | 1 | 3 | 1 | 3 | 2 | 2.6098 |
| 27 | 3 | 3 | 2 | 1 | 3 | 2 | 1 | 2 | 1 | 3 | 2.6248 |
| yj1 | 11.19 | 12.16 | 14.51 | 14.50 | 12.12 | 14.20 | 14.96 | 15.33 | 15.20 | 13.12 | |
| yj2 | 14.66 | 13.77 | 14.66 | 15.28 | 15.39 | 14.50 | 14.54 | 14.51 | 14.55 | 14.90 | |
| yj3 | 17.96 | 17.87 | 14.63 | 14.02 | 16.29 | 15.10 | 14.31 | 13.96 | 14.05 | 15.78 | |
| yj12 | 125.24 | 148.04 | 210.72 | 210.32 | 147.11 | 201.80 | 223.81 | 235.19 | 231.10 | 172.31 | |
| yj22 | 215.024 | 189.77 | 215.16 | 233.64 | 237.06 | 210.46 | 211.51 | 210.59 | 211.85 | 222.05 | |
| yj32 | 322.59 | 319.43 | 214.07 | 196.79 | 265.37 | 228.091 | 204.83 | 195.10 | 197.64 | 249.25 | |
| Qj | 73.65 | 73.02 | 71.10 | 71.19 | 72.17 | 71.15 | 71.12 | 71.21 | 71.17 | 71.51 |
表2-5 方差分析表
| 方差来源 | 离差平方和 | 自由度 | 平均离差平方和（均方） | F值 | 临界值 | 显著性 | 优方案 |
| A | 2.54 | 2 | 1.27 | 33.4 | F0.05（2，6）=5.14 | 显著 | A3 |
| B | 1.92 | 2 | 0.96 | 25.3 | 显著 | B3 | |
| C | 1.07 | 2 | 0.53 | 13.9 | 显著 | C3 | |
| D | 0.41 | 2 | 0.20 | 5.26 | 显著 | D3 | |
| A×B | 0.091 | 4 | 0.023 | 0.61 | F0.05（4，6）=4.53 | 不显著 | |
| A×C | 0.070 | 4 | 0.018 | 0.47 | 不显著 | ||
| B×C | 0.18 | 4 | 0.045 | 1.18 | 不显著 | ||
| 误差E | 0.23 | 6 | 0.038 | ||||
| 总和T | 26 |