合金化電化學(xué)防腐保溫油管在喇嘛甸油田的應(yīng)用

馬艷峰 大慶油田采油六廠(chǎng)

合金化電化學(xué)防腐保溫油管在喇嘛甸油田的應(yīng)用

馬艷峰 大慶油田采油六廠(chǎng)

大慶油田采油六廠(chǎng)目前庫(kù)存廢舊油水管577.4 km，修復(fù)后重新利用的僅為24.4 km，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。合金化電化學(xué)修復(fù)技術(shù)是以油田報(bào)廢的油管為基材，利用多元合金化的金相生長(zhǎng)能力，修復(fù)油管表面的微觀(guān)缺陷處，使報(bào)廢油管的微小裂縫被金相填補(bǔ)，達(dá)到地面埋地管道應(yīng)用的性能要求，可轉(zhuǎn)向應(yīng)用于油田單井集輸管線(xiàn)。采油六廠(chǎng)目前每年更換單井管線(xiàn)約30 km，若全部采用修復(fù)油管，每年可節(jié)約管材費(fèi)用91.74萬(wàn)元。

合金化；電化學(xué)；修復(fù)油管；防腐保溫

1 應(yīng)用背景

喇嘛甸油田地處低洼鹽堿地，pH值在8～10之間，土壤腐蝕性強(qiáng)，管線(xiàn)在電化學(xué)作用下加劇了腐蝕速率；同時(shí)由于管線(xiàn)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，部分管線(xiàn)經(jīng)常發(fā)生腐蝕穿孔現(xiàn)象，給油田生產(chǎn)帶來(lái)很大不便。為保證油田安全生產(chǎn)，每年至少要投入640萬(wàn)元對(duì)管道進(jìn)行維修或更換。隨著油田開(kāi)發(fā)年限的增長(zhǎng)，管線(xiàn)腐蝕損壞的趨勢(shì)將更加明顯，用于維護(hù)管道的投資也會(huì)大幅度地增加。為了降低油田開(kāi)發(fā)成本，對(duì)合金化電化學(xué)防腐保溫管在喇嘛甸油田的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

2 合金化電化學(xué)防腐保溫技術(shù)

合金化電化學(xué)修復(fù)技術(shù)是以油田報(bào)廢的油管為基材，利用多元合金化的金相生長(zhǎng)能力，修復(fù)油管表面的微觀(guān)缺陷處，使報(bào)廢油管的微小裂縫被金相填補(bǔ)，達(dá)到地面埋地管道應(yīng)用的性能要求，使油田大量的報(bào)廢油管經(jīng)合金化修復(fù)處理后，再經(jīng)過(guò)一步法形成保溫層制成保溫管，可轉(zhuǎn)向應(yīng)用于油田單井集輸管線(xiàn)。

2.1 多元合金化工藝

多元合金化是將經(jīng)過(guò)前處理的廢舊油管浸入熔融的鋅、鋁多元合金液中，在其表面形成多元合金的工藝過(guò)程和方法。

鍍層的形成有三個(gè)步驟：油管表面被高溫多元合金鋁液溶解形成合金相層；合金層中的鋅鋁等合金原子進(jìn)一步向油管基體擴(kuò)散；合金層表面包絡(luò)著一薄層純多元合金層，即鍍層的表層。這樣就形成了表層、中間合金層及基體三位一體的金相結(jié)合。表層軟可起減撞作用，而中間合金層硬度比普通管可提高50%左右，耐沖擊性及耐磨性都大大提高。鍍層與基體為冶金結(jié)合，不會(huì)起皮、剝離。

修復(fù)前的管體表面缺陷處有應(yīng)力集中現(xiàn)象，降低了管剩余厚度的破裂壓力，但在浸鍍過(guò)程中，管體表面缺陷可通過(guò)金相生長(zhǎng)而修復(fù)，從而消除應(yīng)力集中，提高管材的破裂壓力。

2.2 防腐保溫層工藝

合金化防腐保溫層工藝是把絕熱層和保護(hù)層同時(shí)包覆在鋼管外表面上的一種方法。保溫層采用先進(jìn)的一步法生產(chǎn)工藝，注入發(fā)泡成型技術(shù)。注入的操作過(guò)程是：按配方比例，將聚氨酯原料均勻充分混合后，注入模具，在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的同時(shí)進(jìn)行發(fā)泡成型后，從擠出機(jī)中擠出泡沫塑料在模具中成型，制得保溫層。該工藝與其他方法相比具有連續(xù)作業(yè)、生產(chǎn)效率高、成本低、節(jié)約能源、不污染環(huán)境等突出優(yōu)點(diǎn)。

保溫層采用聚氨酯新型高分子合成材料，其黏結(jié)強(qiáng)度約為0.2～1 MPa，成型時(shí)間極短，大約在7～30 s內(nèi)成型，施工效率高。

2.3 合金化電化學(xué)防腐保溫管電化學(xué)保護(hù)

合金化前油管的自然電位為-0.50～0.60 V左右，經(jīng)過(guò)合金化防腐處理后，不僅具有常規(guī)防腐隔離層的保護(hù)作用，因鋅、鋁等多元合金比鋼鐵的極化電位更負(fù)，在腐蝕環(huán)境中多元合金層受損時(shí)還能向基體金屬提供犧牲陽(yáng)極保護(hù)，管體破損處極化電位達(dá)到-0.85 V以上，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

因防腐層自身具有自生電流免維護(hù)的電化學(xué)保護(hù)作用，而大大地延長(zhǎng)管道的使用壽命，應(yīng)用過(guò)程中不需要維護(hù)。

通過(guò)對(duì)比試片腐蝕測(cè)量可知，裸鐵片的年腐蝕速率高達(dá)1.88 mm/a，而受到保護(hù)的合金化試片年腐蝕率僅為0.08 mm/a，兩者相差23倍。由此可知，廢舊油管經(jīng)合金化電化學(xué)防腐保溫修復(fù)后可延長(zhǎng)使用壽命。

3 合金化電化學(xué)防腐保溫管應(yīng)用

目前大慶油田采油六廠(chǎng)庫(kù)存報(bào)廢油管577.4 km，修復(fù)后重新利用率僅為24.4 km，剩余未利用的廢舊油管腐蝕并不明顯，如果把這些廢舊油管修復(fù)后重新利用，將會(huì)創(chuàng)造很大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 力學(xué)性能分析

表1為油管、碳鋼管機(jī)械性能數(shù)據(jù)對(duì)比表。由表1中的數(shù)據(jù)可以看出，采油六廠(chǎng)廢油管的機(jī)械性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常用的20#碳鋼。因此將廢舊油管應(yīng)用地面管線(xiàn)從力學(xué)性能方面看是可行的。

表1 鋼管機(jī)械性能數(shù)據(jù)

3.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在2012年長(zhǎng)關(guān)井治理工程中，有9口油井集油管線(xiàn)應(yīng)用合金化電化學(xué)防腐保溫管共3.15 km。施工前對(duì)修復(fù)后油管進(jìn)行靜水試壓，達(dá)到《油氣輸送管道線(xiàn)路工程施工技術(shù)規(guī)范（Q/SY 1059—2009）》要求：強(qiáng)度試壓為在設(shè)計(jì)壓力（1.6 MPa）1.5倍下，4 h不滲不漏；嚴(yán)密性試驗(yàn)為在設(shè)計(jì)壓力（1.6 MPa）下，24 h不滲不漏。

3.3 連接方式

舊油管本身帶有螺紋，因此對(duì)于螺紋未損壞的油管可采取螺紋連接；對(duì)于不能采用螺紋連接的鋼管，可以選擇電弧焊連接方式。進(jìn)行合金化工藝之前將廢舊油管兩端螺紋切除，避免由于螺紋處壁厚不均勻發(fā)生腐蝕。常規(guī)防腐方法，在管道間連接時(shí)防腐層被破壞，而合金化電化學(xué)防腐保溫管的防腐層下為鋅、鋁多元合金金屬層，與管基體為冶金結(jié)合，焊接時(shí)在高溫條件下合金層重新熔化，使焊接處仍為富含鋅、鋁多元合金的鐵合金，仍具有耐蝕性。即該管焊接后不破壞防腐層，且具有常規(guī)防腐保溫管所不具備的焊口自防腐性能。

3.4 經(jīng)濟(jì)效益分析

廢舊油管每公里約重8.5噸，目前廢舊鋼材市場(chǎng)價(jià)約為0.4萬(wàn)元/噸，若按廢品處理，廢舊油管單價(jià)約為3.4萬(wàn)元/公里，修復(fù)油管報(bào)價(jià)為7.142萬(wàn)元/公里，合金化電化學(xué)防腐保溫管總成本約為10.542萬(wàn)元/公里。

根據(jù)費(fèi)用對(duì)比情況來(lái)看，修復(fù)油管的一次性投資要明顯小于新的無(wú)縫鋼管，更換1 km單井管線(xiàn)可節(jié)約管材費(fèi)用3.058萬(wàn)元，本次改造共節(jié)約投資9.632 7萬(wàn)元。采油六廠(chǎng)目前每年更換單井管線(xiàn)約30 km，若全部采用修復(fù)油管，每年可節(jié)約管材費(fèi)用91.74萬(wàn)元。

（欄目主持張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.2.034