分析壓縮天然氣加氣站地下儲(chǔ)氣井的腐蝕與防護(hù)

郇宜濤

1 壓縮天然氣加氣站地下儲(chǔ)氣井概述

壓縮天然氣加氣站地下儲(chǔ)氣井作為儲(chǔ)存壓縮天然氣的裝置，本身對(duì)安全性、密封性和壓縮性的要求極高，一旦哪方面的性能稍有不足，都會(huì)對(duì)壓縮天然氣的安全儲(chǔ)存造成嚴(yán)重威脅。為了保證地下儲(chǔ)氣井具有極強(qiáng)的密封性，一般需要使用井底封頭、井口封頭、套管等裝置。在此基礎(chǔ)之上，還需要利用高強(qiáng)度固井水泥來(lái)保證井底的穩(wěn)定性。而井口控制裝置則是用來(lái)保證儲(chǔ)氣井安全的重要裝置，其能夠?qū)?chǔ)氣井的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)施進(jìn)行有效控制，從而保證儲(chǔ)氣井的正常使用，還能針對(duì)儲(chǔ)氣井的部分簡(jiǎn)單問(wèn)題進(jìn)行快速修復(fù)，是儲(chǔ)氣井中不可或缺的重要部分。地下儲(chǔ)氣井的深度一般在100米到200米之間，既能保證天然氣的正常使用，也能防止地面安全隱患的威脅。另外，地下儲(chǔ)氣井具有的建設(shè)成本低、建設(shè)周期短、管理維護(hù)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，故而在我國(guó)得以大量應(yīng)用。

2 壓縮天然氣加氣站地下儲(chǔ)氣井的腐蝕問(wèn)題

腐蝕是地下儲(chǔ)氣井普遍存在的現(xiàn)象，對(duì)儲(chǔ)氣井的安全及正常使用造成了嚴(yán)重影響與威脅。當(dāng)腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，更會(huì)出現(xiàn)天然氣泄露的情況，從而引發(fā)安全事故。一般來(lái)說(shuō)，壓縮天然氣地下儲(chǔ)氣井的腐蝕現(xiàn)象都是由腐蝕性介質(zhì)所引起的，包括溶解氧、CO2、H2S、SRB等。

2.1 溶解氧引發(fā)的腐蝕

溶解氧是指溶解在水中的空氣中的分子態(tài)氧，其會(huì)與地下儲(chǔ)氣井的金屬發(fā)生反應(yīng)，從而使得自身被還原生成OH-，而金屬則被氧化生成相應(yīng)的金屬陽(yáng)離子，常見(jiàn)的鐵被氧化生成Fe2+。在OH-和Fe2+生成后，會(huì)各自向陽(yáng)極與陰極擴(kuò)散，從而形成氧化腐蝕電池。如此一來(lái)，地下儲(chǔ)氣井金屬部分的腐蝕現(xiàn)象將會(huì)進(jìn)一步加速，從而使得儲(chǔ)氣井的安全、正常使用受到威脅。一般來(lái)說(shuō)，水中溶解氧的濃度越高，儲(chǔ)氣井的腐食速度也就越快。

2.2 CO2和H2S引發(fā)的腐蝕

CO2和H2S都是導(dǎo)致地下儲(chǔ)氣井出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象的主要因素，大多數(shù)情況下，CO2和H2S都是共同存在、共同作用的。在CO2和H2S共存情況下，二者濃度不同，會(huì)導(dǎo)致腐蝕速度發(fā)生相應(yīng)的變化。由于H2S腐蝕作用下產(chǎn)生的硫化物膜，會(huì)對(duì)儲(chǔ)氣井形成保護(hù)作用，所以在CO2和H2S共存的情況下，后者對(duì)腐蝕速度的影響更大。在CO2和H2S共存的情況下，當(dāng)H2S濃度偏低時(shí)，腐蝕速度會(huì)受到硫化物膜的影響而降低。而當(dāng)H2S濃度偏高時(shí)，腐蝕速度會(huì)因?yàn)镠2S的腐蝕作用增強(qiáng)而加快。在CO2和H2S共存的情況下，影響腐蝕速度的因素除了H2S濃度外，還包括溫度、CO2分壓及地下井材質(zhì)。其中，溫度變化會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)中CO2和H2S的濃度發(fā)生變化而影響腐蝕速度，但同時(shí)CO2及H2S和金屬的反應(yīng)速度會(huì)得以反向加強(qiáng)，腐蝕產(chǎn)物膜也會(huì)對(duì)腐蝕速度造成影響。例如，當(dāng)溫度升高，CO2和H2S的溶解度降低，但相應(yīng)的反應(yīng)速度會(huì)加快，腐蝕產(chǎn)物膜也會(huì)對(duì)腐蝕速度造成影響。因此要明確溫度變化對(duì)腐蝕速度的影響，需要根據(jù)實(shí)際情況加以分析。

2.3 SRB引發(fā)的腐蝕

SRB也就是硫酸鹽還原菌，其引發(fā)的腐蝕是微生物腐蝕的典型情況。SRB的代謝產(chǎn)物H2S會(huì)與金屬發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而造成腐蝕，同時(shí)其反應(yīng)產(chǎn)物FeS也對(duì)金屬的腐蝕有著影響，會(huì)進(jìn)一步加以腐蝕強(qiáng)度。SRB腐蝕的主要機(jī)理實(shí)際上在于氫化酶，它為氧化還原反應(yīng)提供了足量的氫，從而促進(jìn)了氧化還原反應(yīng)的形成與加劇，對(duì)儲(chǔ)氣井造成嚴(yán)重腐蝕影響。

3 壓縮天然氣加氣站地下儲(chǔ)氣井的腐蝕防護(hù)措施

地下儲(chǔ)氣井的腐蝕防護(hù)措施非常多，其中最簡(jiǎn)單的當(dāng)屬改善固井方法。一般情況下，地下儲(chǔ)氣井的固定都是通過(guò)由上向下灌注水泥漿的方式完成，但這種方法的應(yīng)用容易出現(xiàn)縫隙及松動(dòng)現(xiàn)象，從而使得地下水及有害氣體能夠通過(guò)縫隙直接與井筒接觸而產(chǎn)生腐蝕。而采用由下向上的固井方法，利用小管從儲(chǔ)氣井底部灌入水泥漿，在水泥漿不斷灌入的過(guò)程中，壓力會(huì)逐漸增大，從而避免了縫隙的出現(xiàn)。

其次，使用密封脂來(lái)輔助密封，從而起到改善鋼管連接處的密封性能的作用，可以很好地防止有害氣體等與套管發(fā)生反應(yīng)，從而防止腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。另外，對(duì)加氣站的壓縮天然氣氣質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格要求，避免水、硫化氫等的含量超標(biāo)，是緩解腐蝕現(xiàn)象發(fā)生的有效方法。當(dāng)然，選用抗腐蝕強(qiáng)度更高的鋼材作為套管材料，也能有效降低腐蝕速度。最后，合理運(yùn)用套管防腐蝕技術(shù)來(lái)對(duì)套管進(jìn)行強(qiáng)化處理，可以對(duì)化學(xué)腐蝕起到較好的防護(hù)作用，從而在混凝土防護(hù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升了腐蝕防護(hù)強(qiáng)度。

4 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)大力建設(shè)壓縮天然氣加氣站地下儲(chǔ)氣井，對(duì)我國(guó)天然氣能源的推廣使用有著積極意義。然而，地下儲(chǔ)氣井的腐蝕問(wèn)題卻嚴(yán)重影響了儲(chǔ)氣井的正常使用，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)安全事故，需要采取合理措施加以防護(hù)。本文對(duì)壓縮天然氣地下儲(chǔ)氣井的腐蝕機(jī)理進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，并從固井方法、密封性能、天然氣氣質(zhì)、套管材料及套管防腐蝕技術(shù)等方面，對(duì)地下儲(chǔ)氣井的腐蝕防護(hù)進(jìn)行了探討，希望能對(duì)我國(guó)壓縮天然氣加氣站地下儲(chǔ)氣井的腐蝕防護(hù)起到強(qiáng)化作用。