海管旁路式內腐蝕監測系統設計與應用

廖伍彬 秦立峰 李 飛 石衛國 仇朝軍

（1.中海油能源發展股份有限公司上海采油技術服務分公司； 2.中海石油（中國）有限公司湛江分公司）

海管旁路式內腐蝕監測系統設計與應用

廖伍彬1秦立峰2李 飛1石衛國1仇朝軍1

（1.中海油能源發展股份有限公司上海采油技術服務分公司； 2.中海石油（中國）有限公司湛江分公司）

為了實時監測海底管道內腐蝕情況，設計了海管旁路式內腐蝕監測系統，并在南海A海管得到了應用。在海管入口及出口處安裝旁路式內腐蝕監測系統，可以獲得海管在油、氣、水三相混輸狀態下的內腐蝕、結垢信息，該監測系統維護、管理簡單，成本低，并且所有作業不影響油田正常生產，具有推廣應用價值。

海管 旁路式 內腐蝕監測系統 設計

海底管道是海上油氣田正常生產的“血管”，一旦海底管道發生腐蝕穿孔，不僅會導致停產等遭受巨大經濟損失，而且會造成對海洋環境的污染，因此海管的腐蝕監測與防護非常重要。設計了旁路式內腐蝕監測系統，該系統能全面跟蹤、監測海底管道的運行狀況和內腐蝕情況（是中海油具有自主知識產權的內腐蝕監測技術），可在線拆裝、不影響生產，可根據需求選擇不同的監測方法，能獲得直觀的內腐蝕信息[1]，能實時監測管道內腐蝕信息，能對焊縫腐蝕、電偶腐蝕進行檢測，能獲得腐蝕、結垢產物及沉積物信息，能獲得微生物腐蝕信息；相對于其他海管腐蝕檢測方法，該方法具有成本較低，系統結構簡單，易于操作、維護等優點。

1 海管旁路式內腐蝕監測系統設計

為監測海管在高硫化氫工況下油、氣、水三相混輸狀態的內腐蝕情況，設計了旁路式內腐蝕監測系統。旁路式內腐蝕監測系統示意圖見圖1。

圖1 旁路式內腐蝕監測系統示意圖

在被監測管道典型位置（海管入口及出口）各設計、安裝一段可在線拆裝、與管道材質相同的腐蝕測試短節，這是旁路式內腐蝕監測系統獨到的設計，因為任何其他檢測方法得到的數據，都不如拆卸腐蝕測試短節進行檢查更為直觀、具體、真實，該設計符合GB/T 23258－2009《鋼制管道內腐蝕控制規范》要求。海管入口、出口旁路式內腐蝕監測系統見圖2、3。由于腐蝕測試短節的材質、溫度、壓力及介質均與海管相同，因此通過觀察旁路式腐蝕測試短節的內腐蝕形貌即可知道海管真實的腐蝕、結垢形貌。

在腐蝕測試短節上設置了可供監測和檢測的探頭插入基座；設計、安裝了3層掛片探頭，3層掛片均采用海管材質經水力切割并冷磨削而成。定期對腐蝕掛片進行拆卸、更換，通過失重法可計算出腐蝕速率；分析3層掛片探頭不同層位腐蝕掛片的腐蝕情況，可獲得海管不同層位的腐蝕信息。

在腐蝕測試短節上設計、安裝了電阻探針，并用通訊電纜將電阻探針信號引至中控室。電阻探針材質與海管相同，因此可將腐蝕測試短節的腐蝕速率實時地傳到室內以供作業者分析。

在腐蝕測試短節上安裝電感探針，在必要時可快速評價、優化適合于現場流體的緩蝕劑，調整緩蝕劑用量或種類，使緩蝕劑的效果達到最佳。

為獲取腐蝕測試短節內真實液體，在腐蝕測試短節下部設計了取樣口，可定期取樣進行水質及油品分析，以判斷海管腐蝕環境的變化。

為能獲得流體流經時殘留的腐蝕、結垢產物及沉積物，特在腐蝕測試短節底部設計了沉積物收集區，可定期取樣進行物相定性分析，以確認海管腐蝕、結垢原因，并判斷油田是否有出砂的情況。

綜合以上所有信息，對比分析海管入口和出口處旁路式內腐蝕監測系統信息，就可推測上游、下游一段距離海管的內腐蝕及結垢情況。

2 海管旁路式內腐蝕監測系統在南海A海管的應用

2.1 A海管工況概述

A海管是南海某油田群核心海底管道，各油田初步處理后的油、氣、水混合物通過海底管道輸送到中心油田，與中心油田所產油、氣、水一起再由A海管混輸至終端處理廠進行進一步處理。A海管中的流體極其復雜，其中一個油田的產出氣中硫化氫含量較高，可能導致海管發生硫化氫腐蝕[2]。A海管直徑0.4 m，材質為API 5L X65，日輸液量8176 m3，含水量5.5%，日輸氣量15×104m3，硫化氫含量900 mg/m3。

2.2 A海管入口處旁路式內腐蝕監測系統應用情況

A海管入口處旁路式管道內腐蝕監測系統檢測于2010年3月25日開始，177天后觀察到腐蝕測試短節中的3層掛片探頭有結垢現象，下層腐蝕掛片有明顯垢下局部腐蝕（圖4）。3層腐蝕掛片檢測出的均勻腐蝕速率見表1。

圖4 南海A海管入口下層腐蝕掛片清洗后形貌

表1 南海A海管入口3層掛片探頭檢測結果

A海管入口電阻探針監測情況見圖5，2010年3月至2010年7月均勻腐蝕速率波動較大，2010年8月之后比較穩定，但均小于0.0254 mm/a[3]，與3層掛片探頭下部腐蝕掛片同屬輕微腐蝕。

圖5 南海A海管入口下部電阻探針監測得到的均勻腐蝕速率變化趨勢

拆卸A海管入口腐蝕測試短節后，發現內部有塊約15 mm×5 mm×5 mm的固體物質，4∶00～8∶00方向內壁發現有塊狀垢，在腐蝕測試短節底部沉積物收集區發現大量沉積物（圖6）。經分析，沉積物主要成分為FeO（OH），其次是FeCO3和FeS。清污后發現，腐蝕測試短節入口及出口焊縫完好（圖7、8）。

2.3 A海管出口處旁路式內腐蝕監測系統應用情況

A海管出口處旁路式內腐蝕監測系統出口檢測于2010年3月5日開始，191天后觀察海管出口腐蝕掛片上、中、下3層均有嚴重局部腐蝕現象，下層尤為嚴重。在用酸清洗過程中，有黑色固體物質脫落，并有臭雞蛋氣味氣體冒出，確定該局部腐蝕為H2S腐蝕[4]。下層腐蝕掛片最大年坑深大于0.38 mm，屬嚴重局部腐蝕，其腐蝕形貌見圖9，3層腐蝕掛片檢測出的均勻腐蝕速率見表2。

A海管出口電阻探針監測情況見圖10，2010年3月至2010年9月，A海管出口下部均勻腐蝕速率波動較大，絕大多數時間大于0.0254 mm/a，但小于0.1270 mm/a，與3層掛片探頭下部腐蝕掛片同屬中度腐蝕。

圖9 南海A海管出口下層腐蝕掛片清洗后形貌

表2 南海A海管出口3層掛片探頭檢測結果

圖10 南海A海管出口下部電阻探針監測得到的均勻腐蝕速率變化趨勢

腐蝕測試短節4∶00～8∶00方向內壁有塊狀垢，底部沉積物收集區發現大量沉積物（圖11、12）。經分析，沉積物主要成分為FeS，其次是FeO（OH）和CaCO3。清污后發現，腐蝕測試短節母材腐蝕情況不嚴重，但腐蝕測試短節焊縫點蝕嚴重（圖13），彎管焊縫腐蝕嚴重（圖14）。

圖11 南海A海管出口腐蝕測試短節內部原貌

2.4 系統監測結果分析

南海A海管入口及出口均有結垢現象，由此推斷海管內可能存在結垢現象。為避免A海管出現垢下腐蝕和微生物腐蝕，建議作業者定期對海管進行清管作業。南海A海管流體由多個油田產出流體混合而成，監測結果顯示，這些油田所用的阻垢劑不適用于A海管。根據對海管入口及出口水質的分析和對比，結合垢樣物相定性分析結果，目前已優選出了新的阻垢劑，應用效果良好。分析腐蝕、結垢產物后認為，導致A海管腐蝕的主要因素之一是較高含量的硫化氫，作業者已根據建議增加了用于硫化氫腐蝕防護的緩蝕劑用量，并設法脫硫。

3 結束語

通過在南海A海管入口及出口設計、安裝旁路式內腐蝕監測系統，實現了對A海管內腐蝕的全面跟蹤。拆卸系統中的腐蝕測試短節，獲得了海管直觀的內腐蝕、結垢形貌及焊縫腐蝕情況；借助安裝于系統中的腐蝕監測工具，得到了海管實時內腐蝕速率及平均腐蝕速度；分析腐蝕、結垢產物及沉積物，了解了海管腐蝕、結垢機理。系統中多方位的腐蝕監測、檢測數據為南海A海管內腐蝕現狀評估及其防腐措施的調整提供了準確的依據。同時，海管旁路式內腐蝕監測系統維護、管理簡單，成本低，所有作業不影響油田的正常生產，因此，具備推廣應用價值。

[1] 張智.惡劣環境氣井井下油管的相變誘導腐蝕研究[J].天然氣工業，2007，27（10）：1－3.

[2] 尹忠.硫化氫的危害與防治[J].油氣田環境保護，2004，14（4）：37－39.

[3] 全國石油天然氣標準化技術委員會.GB/T 23258－2009鋼質管道內腐蝕控制規范[S].北京：中國標準出版社，2009.

[4] 于九政.油氣田開發中硫化氫產生機理和防治研究[J].油氣田環境保護，2008，18（4）：46－49.

Design and application of subsea pipeline by－pass internal corrosion monitoring system

Liao Wubin1Qin Lifeng2Li Fei1Shi Weiguo1Qiu Zhaojun1
（1.CNOOC Energy Technology ＆ Services –Shanghai Oilfield Technology Services Branch，Shanghai，200030；2.Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.，Guangdong，524057）

The by－pass internal corrosion monitoring system has been designed in order to monitor the internal corrosion of subsea pipeline in real time.It has been applied to a subsea pipeline in the South China Sea.Through installing the monitoring system at the inlet and outlet，the internal corrosion and scale information of the oil－gas－water three phase mixed transportation subsea pipeline can be got.The by－pass internal corrosion monitoring system can be maintained and managed easily and cost effectively without affecting the normal production of oilfield，so it has the application and dissemination value.

subsea pipeline；by－pass；internal corrosion monitoring system；design

廖伍彬，男，工程師，2002年畢業于原西南石油學院石油工程專業，主要從事油氣田開發及生產管理工作。地址：上海市徐匯區零陵路583號海洋石油大廈2715室（郵編：200032）。電話：021－64386721。E－mail：liaowb2＠cnooc.com.cn。

2010－11－29改回日期：2011－01－06

（編輯：葉秋敏）