普光氣田腐蝕監(jiān)檢測技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及效果分析

(中國石油化工股份有限公司中原油田普光分公司，四川 達(dá)州 635003)

普光氣田具有H2S和CO2分壓高，井筒中流體溫度高，地層水礦化度高，不含凝析油和有元素硫析出5個特點(diǎn)，而國外成功開發(fā)的高含硫氣田中同時具備以上5個特點(diǎn)的氣田非常少見。這些特點(diǎn)加劇了普光氣田設(shè)備和材料的腐蝕。與酸性氣體接觸的設(shè)備容易發(fā)生腐蝕，甚至引起H2S氣體泄漏，嚴(yán)重威脅氣田的正常生產(chǎn)和人員的生命安全。

腐蝕監(jiān)檢測是防腐工作的重要環(huán)節(jié)，在線腐蝕監(jiān)測能夠監(jiān)測介質(zhì)的腐蝕狀態(tài)，以便于能夠?qū)ΜF(xiàn)場腐蝕風(fēng)險進(jìn)行評估，階段性腐蝕檢測是預(yù)防腐蝕風(fēng)險、減少腐蝕損失的必要手段，準(zhǔn)確檢測有利于及時發(fā)現(xiàn)腐蝕問題并及時解決。高酸性天然氣具有強(qiáng)烈的腐蝕性和毒性，管道一旦發(fā)生腐蝕開裂或穿孔，就可能引起劇毒的氣體泄漏，造成嚴(yán)重后果。普光氣田自建立之初，對于腐蝕監(jiān)檢測就極為重視，將其視為保證普光氣田安全生產(chǎn)的重要措施，除了初期建立了大量的腐蝕監(jiān)測裝置以外，還定期對站場進(jìn)行階段性全面檢測，并每年開展管道智能檢測。

普光氣田在開發(fā)過程中，針對其所在地屬山地地形，地形復(fù)雜，工況苛刻，引進(jìn)集成了掛片、電阻探針、線性極化探針、電指紋在線監(jiān)測技術(shù)、管道智能檢測和超聲波相控陣等離線檢測技術(shù)，形成了監(jiān)測范圍包括內(nèi)壁、外壁、氣相、液相、站場和管線的全套腐蝕監(jiān)測體系。

1 普光氣田的腐蝕監(jiān)測技術(shù)

普光氣田的腐蝕實時監(jiān)測方法主要包括掛片法、電阻探針、電感探針、線性極化探針、電指紋和氫探針等。

1.1 掛片法

掛片法是最傳統(tǒng)也是最有效的腐蝕監(jiān)測方式。普光氣田集輸系統(tǒng)現(xiàn)場布設(shè)掛片數(shù)量186個，安裝在加熱爐進(jìn)口、出口，計量分離器氣相、液相、收球筒旁通及外輸管線，可以實現(xiàn)11 MPa的帶壓提取/安裝掛片操作，掛片法信息全面、準(zhǔn)確、具有無可替代的作用。通過對普光氣田現(xiàn)場不同間隔的掛片取放周期研究，發(fā)現(xiàn)不同取放周期腐蝕速率變化不大。目前普光氣田的掛片取放周期一般為3～6個月，如果發(fā)現(xiàn)掛片的腐蝕速率異常，則會縮短取放時間，增加監(jiān)測次數(shù)。

1.2 電阻探針

電阻探針在普光氣田的應(yīng)用非常廣泛，電阻探針對于環(huán)境沒有苛刻的要求，可以同時滿足氣相、液相條件，在普光氣田現(xiàn)場的布設(shè)與掛片分布位置完全相同。目前的探針更換也同樣可以實現(xiàn)帶壓取放操作。電阻探針非常靈敏，現(xiàn)場每4 h提取一個數(shù)值，從幾年的運(yùn)行情況來看，探針雖然與掛片的數(shù)據(jù)并不完全相同，但是卻很接近，所反映的腐蝕規(guī)律也基本一致。但由于普光氣田腐蝕環(huán)境非常嚴(yán)苛，存在高溫、高壓、高含硫以及有硫沉積等原因，電阻探針的壽命較短需要頻繁更換，影響了電阻探針功能的發(fā)揮。

1.3 電感探針

目前普光氣田的電感探針應(yīng)用于凈化系統(tǒng)，集輸系統(tǒng)并未采用。電感探針具有與電阻探針同樣的優(yōu)勢，既可應(yīng)用于液相也可以應(yīng)用于氣相環(huán)境中，探針壽命較長，數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性也較好。

1.4 線性極化探針

線性極化探針具有很高的靈敏度，但僅能適用于液相環(huán)境中，目前在普光氣田主要設(shè)置部位為計量分離器液相出口處。但由于液相出口處常未充滿液體或由于固相沉積物填充于三電極之間，限制了線性極化探針的正常工作。

1.5 電指紋

電指紋在高含硫氣田使用的最大優(yōu)勢在于這是一種非插入式內(nèi)腐蝕監(jiān)測技術(shù)，不必像掛片等監(jiān)測方式需要在管道上開孔，從而防止了由于開孔、焊接等對于管道本身造成的損傷。另外，電指紋探針不同于掛片、電阻探針等間接監(jiān)測方式，直接監(jiān)測管道本身，通過軟件分析后繪制的圖像直觀準(zhǔn)確，但一次性投資較高。目前在普光氣田使用中，穩(wěn)定性較好。

1.6 氫探針

氫探針和電指紋探針類似，具有非插入式優(yōu)勢，氫探針使用方便，使用時無需去除漆皮，可以對于任意部位(管徑不能太小，否則探頭無法檢測)進(jìn)行測量，測量時間僅十余分鐘，非常方便，但目前對于低溫厚壁體系測量時存在時效性較差等問題，并且測量數(shù)值并不能準(zhǔn)確直觀地?fù)Q算成mm/a。

2 普光氣田的腐蝕檢測技術(shù)

普光氣田除了裝備完善的腐蝕實時監(jiān)測系統(tǒng)以外，還分階段對管道及站場進(jìn)行全面檢測。目前主要應(yīng)用的方法有以下幾種：智能檢測技術(shù)、磁粉檢測、滲透檢測、超聲波檢測技術(shù)和磁致伸縮導(dǎo)波技術(shù)。

2.1 智能檢測技術(shù)

智能檢測技術(shù)主要分為幾何變形檢測器和金屬損失檢測器，既對管道缺陷和幾何變形進(jìn)行定位，又及時掌握管線的變形及腐蝕情況，從而合理地調(diào)整生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)和防腐蝕措施。普光氣田集輸系統(tǒng)中的管道每兩年全面檢測一次。

幾何變形檢測器：檢測內(nèi)容主要包括管道長度、橢圓度、凹坑、內(nèi)徑變化和焊縫數(shù)量等；在管道探測金屬損失量大于等于10%管壁的金屬損失記錄。由導(dǎo)向盤、密封盤、測距輪、溫度傳感器、幾何變形傳感器和拉鉤等組成。測管線長度、彎頭半徑、內(nèi)徑變化、大的凹坑和橢圓度等參數(shù)。

金屬損失檢測器：以“漏磁”為基礎(chǔ)，以磁通量的漏失量判定金屬損失程度，檢測管道的腐蝕、侵損、鑿槽以及其他金屬損失特征。檢測內(nèi)容主要包括管道長度、橢圓度、凹坑、內(nèi)徑變化和焊縫數(shù)量等；在管道探測金屬損失量大于等于10%管壁的金屬損失記錄。

2.2 磁粉及滲透檢測

該檢測技術(shù)是非常傳統(tǒng)的無損檢測方式，方法直觀有效。對于鐵磁性材料的表面檢測，國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)一般都推薦優(yōu)先選用磁粉檢測，現(xiàn)場曾利用微型裂紋試樣對于磁粉、滲透兩種表面檢測方法進(jìn)行了檢測靈敏度對比，結(jié)果如表1所示。

表1 磁粉、滲透表面裂紋檢測靈敏度對比

從表1可以看出，磁粉和滲透兩種檢測方式中，磁粉檢測的示蹤性更強(qiáng)一些，往往能顯示出比缺陷更大的痕跡，便于在檢測中發(fā)現(xiàn)問題。

2.3 超聲波檢測技術(shù)

普光氣田現(xiàn)場所用的超聲檢測方式主要包括常規(guī)超聲檢測(UT)、超聲相控陣檢測(PA)和衍射時差超聲檢測(TOFD)三種。

UT法[1]:利用超聲波的眾多特性(如反射和衍射)，通過觀察顯示在超聲檢測儀上的有關(guān)超聲波在被檢材料或工件中發(fā)生的傳播變化，來判定被檢材料和工件的內(nèi)部和表面是否存在缺陷，從而在不破壞或不損害被檢材料和工件的情況下，評估其缺陷種類及危害性。經(jīng)現(xiàn)場試驗，超聲檢測對于裂紋、未熔合、未焊透、氣孔和夾渣等缺陷都有很高的檢出率，但對于橫向裂紋及夾渣類缺陷反射信號較弱，容易發(fā)生漏檢，且檢測結(jié)果受檢測人員的操作經(jīng)驗影響較大。

PA法[2]：通過控制各個獨(dú)立陣元的延時，可生成不同指向性的超聲波波束，產(chǎn)生不同形式的聲束效果，模擬各種斜聚焦探頭的工作，進(jìn)行動態(tài)掃描。現(xiàn)場大量檢測試驗表明，由于超聲相控陣模式中有模擬軟件進(jìn)行支持，因此可對于焊縫等進(jìn)行成像檢測，可靠性優(yōu)于常規(guī)超聲檢測方法。

TOFD法[3]：原理在于當(dāng)超聲波遇到諸如裂紋等缺陷時，將在缺陷尖端發(fā)生衍射波，這種衍射波會疊加在正常發(fā)射波上被探頭檢測到，從而判定缺陷的大小和深度。現(xiàn)場對多種規(guī)格和缺陷的樣品進(jìn)行試驗，發(fā)現(xiàn)TOFD法可以對于焊縫裂紋、未焊透、未熔合、夾渣和氣孔等缺陷進(jìn)行有效監(jiān)測。但也存在橫向裂紋檢出率低，薄壁管材焊縫檢測效果差等缺點(diǎn)。

2.4 磁致伸縮導(dǎo)波技術(shù)

磁致伸縮導(dǎo)波技術(shù)[4]是利用管道的磁致伸縮效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)械彈性波，這種彈性波在管道中傳播，當(dāng)遇到管道上的特征部位(如焊縫或缺陷)時，產(chǎn)生反射導(dǎo)波。在磁致伸縮效應(yīng)的作用下，反射導(dǎo)波會引起接受線圈電壓的變化，該電壓經(jīng)軟件系統(tǒng)處理后，就可以得到管道焊縫或缺陷的信號。

現(xiàn)場試驗表明，在導(dǎo)波能夠覆蓋的范圍內(nèi)，缺陷信號、焊縫信號在數(shù)據(jù)圖中都有明顯的反映，對截面比例在0.15%以上的預(yù)制缺陷檢測效果好。檢測的靈敏度受缺陷或局部減薄幾何特征的影響較大，調(diào)整不同頻率的傳感器可以適應(yīng)不同的缺陷檢測。

3 應(yīng)用效果分析

普光氣田的腐蝕監(jiān)檢測技術(shù)集成了國內(nèi)外諸多的優(yōu)秀技術(shù)，并且采用多種技術(shù)組合使用，兼顧了準(zhǔn)確性和時效性，有效合理地進(jìn)行實時監(jiān)測和離線檢測。除此之外，一些先進(jìn)的技術(shù)也用于現(xiàn)場，如智能清管技術(shù)中除了漏磁檢測和管道變形檢測以外，最近還試用了最新研發(fā)的渦流檢測技術(shù)，總體的技術(shù)水平很高。

目前應(yīng)用的腐蝕監(jiān)檢測技術(shù)仍存在一些問題，主要是由于技術(shù)本身的局限性。集輸系統(tǒng)腐蝕探針靈敏度較高，但壽命較短，并且探針和掛片都是間接式監(jiān)測方式，難以真實反映管道本身的腐蝕狀態(tài)，站場管道真實的腐蝕情況只能靠階段性的站場檢修來實現(xiàn)。集輸管線目前的腐蝕狀況主要依靠智能清管技術(shù)，但其本身存在著局限性，對于裂紋等線狀缺陷以及深孔狀缺陷不敏感，無法做到有效檢測。另外，由于普光氣田集輸管線處于山地環(huán)境，智能清管器的速度控制效果差，檢測精度更低。高含硫氣井的井下管柱的腐蝕監(jiān)測和檢測依然沒有找到一種安全準(zhǔn)確的方式。

4 結(jié)束語

國內(nèi)的高含硫氣田開發(fā)屬于初級階段，普光氣田作為國內(nèi)第一個大規(guī)模開發(fā)的高含硫氣田，總結(jié)現(xiàn)場經(jīng)驗及教訓(xùn)很有必要，以便為類似氣田開發(fā)提供借鑒。目前的腐蝕監(jiān)檢測技術(shù)仍需要大力研究，主要需要研究的技術(shù)：(1)高含硫氣井井下管柱的腐蝕監(jiān)測及檢測技術(shù)；(2)管道局部腐蝕實時監(jiān)測技術(shù)。