注聚管道內腐蝕失效管理與可靠性研究

蘇航，李士偉，白宇，張鳳茹

1.中國石油大慶油田有限責任公司 第六采油廠規劃設計研究所 （黑龍江 大慶 163000）

2.中國石油大慶油田有限責任公司 第六采油廠第三油礦 （黑龍江 大慶 163000）

管道作為油田地面系統重要的組成部分，保證油田安全高效輸送原油的同時還可以保障油田生產的安全性和穩定性。隨著油田的不斷發展，喇嘛甸油田管道腐蝕失效日益嚴重，失效率由2014年的0.712次/（km·a）上升到2018年的1.52次/（km·a），管理難度大大增加。因此，研究管道腐蝕失效情況、分析管道失效管理與可靠性，對于企業安全穩定生產具有重要意義。

1 油田管道腐蝕現狀

截至2019年6月底，大慶油田有限責任公司第六采油廠（以下簡稱采油六廠）共建成埋地管道9 227.23 km，從現場腐蝕情況看，60%以上管體腐蝕是由內腐蝕引起，其中注聚管道發生腐蝕的比例更高。2018年上半年共發生管道失效7 940次，其中注入系統失效4 241次，占比54%，失效率為2.53次/（km·a），遠超大慶油田注入管道平均失效率0.668次/（km·a）。將近3年管道基礎信息匯成表(表1)，可看出采油六廠管道失效率逐年遞增，形勢嚴峻，且2018年上半年注聚管道失效率已經超過2017年注聚管道失效率，開展注聚管道內腐蝕失效管理是管道完整性工作的重點任務。

表1 SCC模擬試驗條件

2 管道內腐蝕失效質量管理實踐

2.1 管體腐蝕失效

為找出內腐蝕失效原因，提高管道質量管理水平，選取管道失效次數多的井作為重點井，在現場進行取樣剖切并建立管道腐蝕失效電子檔案。現場取回的管道樣段切開后，發現管道內表面腐蝕呈點簇狀，并結有許多表面堅硬的杯錐狀垢瘤，剖開后底部是一片銅錢狀的圓坑（圖1），與細菌腐蝕形態相符[1]。

圖1 現場取回管道腐蝕情況

細菌腐蝕一般分為兩個階段：第一階段是細菌著床期，第二階段為細菌腐蝕期。細菌著床期是一個緩慢的階段，一般持續3～5年；而細菌腐蝕期是一個急速反應的階段，且會多次在同一位置發生腐蝕失效。在分析喇3-PS2818井腐蝕原因時，從基礎信息表2中得出該井于2012年5月投產，從投產至2017年1月期間沒有發生失效，但從2017年1月12日首次發生失效至2018年6月13日，已發生52次失效。切開管道可發現管道內部有大量菌瘤，并有大量污垢堆于菌瘤附近，表現為細菌腐蝕形態。

在電子檔案建立過程中發現注聚管道腐蝕均呈現以下規律：一般在投產3～5年后發生失效，之后多次在同一位置附近發生腐蝕失效。切開管道內部有菌瘤，菌瘤下是銅錢狀的圓坑。對此初步判斷腐蝕原因為細菌腐蝕，且主要為SRB、TGB、FB共同作用的結果。

為進一步證明管道腐蝕失效原因，選取兩口典型井，將腐蝕管道送至設計院進行微觀檢測分析，檢測結果表明腐蝕主要以細菌腐蝕為主（表3）。

分析表3和圖2、圖3，可以得出兩條管道腐蝕均為細菌腐蝕，喇11-P2055井以硫酸鹽還原菌腐蝕為主（圖2），喇5-PS1402井以腐生菌和鐵細菌腐蝕為主（圖3），造成管道內細菌腐蝕的主要原因是注入介質中細菌含量超標。細菌超標時，管道內腐生菌、硫酸鹽還原菌、鐵細菌將形成一個微生物菌落，當微生物菌落附著，形成陰陽極區，陽極區腐蝕溶解，在腐蝕過程中形成生物膜，構建適宜微菌落生長的環境，產生微生物共生體系，同時在生物膜內陽極大量溶解，并導致進一步酸化加速腐蝕，最終嚴重點蝕。

表2 喇3-PS2818井管道基礎信息

表3 腐蝕產物微觀分析

圖2 喇11-P2055井管道腐蝕產物電鏡微觀圖與X射線衍生分析

圖3 喇5-PS1402井管道腐蝕產物電鏡微觀圖與X射線衍生分析

從微觀分析腐蝕過程，1個SRB腐蝕代謝時需要8個H+提供能量，代謝的產物在外表形成生物膜，形成一個局部的厭氧環境，保護內部SRB的繼續繁殖。TGB主要腐蝕機理是將Fe轉換成Fe2+，與介質中的S2-和CO32-結合生成 FeS 和 FeCO3，并生成 H+供給SRB。通過化學平衡知道，SRB代謝導致的H+缺失促使TGB的腐蝕反應向正向進行，并大量形成Fe2+，又促進了FB的聚集，FB的菌團包裹在最外層，使得整個系統不被外界破壞，形成一個復雜的菌族（圖4），從而造成腐蝕。

通過實踐得知，SRB對金屬造成的腐蝕屬于隧道腐蝕（圖5），在某局部繁殖，形成的陽極區不斷向外壁延伸，微孔不斷深入最終形成嚴重的腐蝕。

圖4 SRB、TGB與FB共生菌族反應

圖5 SRB腐蝕管道微觀圖

以油田公司管道失效率指標≤0.5次/（km·a）為界限，對一類油層和二類油層的各區塊管道失效率超過0.5次/（km·a）的年限統計分析。分析表明：一類油層清配清稀體系管道失效率超過公司指標最短年限是第12年；二類油層清配清稀體系管道失效率超過公司指標最短年限是第9年；二類油層清配污稀體系管道失效率超過公司指標最短年限是第3年（表4）。

初步分析表明，一類油層聚合物母液采用清水稀釋體系，二類油層聚合物母液采用污水稀釋體系，清配污稀體系管道失效率明顯高于清配清稀體系管道失效率。

2.2 焊道腐蝕失效

喇7-P31井于2012年11月投產，從2016年首次發生失效至今，共失效90次。現場取樣發現它的腐蝕主要發生在焊道附近（圖6）。這是由于在管道焊接施工時，現場溫度較高，焊口熱影響區內熔結環氧粉末涂層脫落，金屬表面裸露在外，細菌在此著床，最終造成腐蝕失效。實踐得出，嚴抓注聚金屬管道現場補孔維修質量管理迫在眉睫。

表4 注聚區塊金屬失效率、超標年限及注聚體系統計

圖6 喇7-P31井管道腐蝕

3 管道內腐蝕失效原因分析及減緩對策

3.1 污水中細菌含量超標

對清配污稀注入體系所用污水中的硫酸鹽還原菌、腐生菌、鐵細菌3種細菌進行篩查，3種細菌數量均超標（表5）。

由于注入介質中3種細菌的存在，細菌容易在管道內涂層漏點處和破損處侵入并著床，形成固著菌，以氧、碳和氮為營養條件，約3年的時間在管壁表面繁殖長大形成直徑為1 cm左右的菌瘤，菌瘤會加速管道電化學腐蝕速度，最終導致管道腐蝕失效。而SRB隨注入水進入地層后，還會污染地層，使產出氣中含有較高濃度的H2S氣體，導致井下管柱、井口裝置、集輸管線及設備面臨H2S腐蝕，并對周圍環境造成污染。

熒光原位雜交技術（Fluorescence in situ hybrid?ization,FISH）將熒光DNA或肽核酸探針與標本組織細菌16S rRNA或耐藥性基因片段進行雜交，并于熒光顯微鏡或共焦顯微鏡下對熒光標記細菌進行觀察。FISH可對離體的或假體表面的細菌提供良好的空間分辨率，使細菌生物膜的物理結構可視化［24］。雖然目前還缺乏直接將FISH與細菌培養技術診斷PJI病原菌的對比研究，但FISH已經在血液樣本的研究中顯示出至少不低于細菌培養技術的敏感性和特異性。此外，即使細菌被包裹在生物膜內FISH技術仍可以確定PJI培養陰性的細菌種類［25］。

從實踐中得出，注入液中的含氧量多，腐蝕就以固著菌為主；含氧量少則以腐生菌為主。對此提出建議：①在曝氧后的污水加入除氧劑，先期殺掉SRB既保證生產中對聚合物黏度的要求，又減少了注入液中氧的含量、控制TGB含量；②在管道中定期加入殺菌劑，從根源消滅細菌，減少腐蝕失效機率。

表5 重點區塊曝氧前后細菌數量分析

3.2 注聚金屬管道熔結環氧粉末內涂層質量不達標

針對新進管道內涂層質量不合格現象[2]，按照標準SY/T 0442—2010[3]選取外觀、干膜厚度、漏點、附著力4項關鍵指標作為注聚管道內涂層質量快檢標準。目前已抽檢4個廠家26個批次，共計78件樣品。退回不合格管道31.67 km，取消管道訂貨50 km。

下步繼續加大注聚管道內防腐層質量的抽檢力度，對每批次管道抽檢后建立電子檔案，實施埋地管道質量追溯制度，使廠家的生產質量不斷提升，同時開展其他系統管道的內外防腐層質量的抽檢工作，提升油田管道失效質量管理水平。

3.3 注聚金屬管道缺少內補口技術

針對管線焊接施工時焊口熱影響區內熔結環氧粉末涂層脫落造成的腐蝕失效，目前沒有更為成熟的施工技術，除加大現場施工質量監督減少因施工因素造成的腐蝕失效，同時開展新型焊接技術[4]的研究實踐，避免施工造成管道失效。

4 管道內腐蝕失效管理的實踐效果

采油六廠規劃設計研究所通過大力推行“管道涂層質量快檢”、“管道專業化修復”管理模式，促進管道防腐質量管理更精細、更科學、更規范，推進采油六廠注聚管道內腐蝕失效管理實現更好發展，管道質量管理成效顯著[5]。

4.1 開展管道涂層質量檢測，進行源頭治理

采油六廠規劃所成立質量抽檢小組，加密抽檢，從標準SY/T 0442—2010中選取4項關鍵指標(外觀、厚度、漏點、附著力)，開展注聚管道內涂層快速檢測工作。2018年共抽檢26批次產品，有31.67 km不合格管材被退回，取消管道訂貨50 km；2019年抽檢9批次，130 km管材全都合格，通過管道涂層質量檢測，從源頭治理，管道質量顯著提高。

4.2 開展管道專業化修復，進行過程治理

開展專業化修復之后，由廠統一協調管理，第三油礦大隊屬地分級管理，創業騰飛六處集中施工調度運行。通過規范化管理、標準化施工、程序化驗收、信息化傳輸，提高了維修質量，一次合格率100%，安全環保合格率100%。通過標準化維修、過程治理，管道腐蝕失效管理水平顯著提升。

同時將管道的年失效率、二次失效率、陰極保護裝置運行率、補孔寫實率逐步納入廠季度考核中，對考核結果打分排名，全廠公示，提高重視管道失效管理意識，保障管道安全運行。

5 結論

1）注聚管道內腐蝕以細菌腐蝕為主，且為多種細菌共同作用的結果，為提高管道內腐蝕失效管理水平，應對管道中細菌含量進行化驗，制定相應的對策。

2）注入介質中的含油污水為細菌的主要來源，為減少細菌腐蝕失效應從根源治理，探索多點加藥，殺菌劑與除氧劑并加，降低注入介質中細菌含量，提升管道失效質量管理能力。

3）細菌在管道中的著床是一個緩慢的過程，且腐蝕細菌主要是固著菌而非游離菌，可在細菌著床期間對管道進行定期沖洗，將管道內固著菌變為游離菌，避免菌瘤出現，加大生產運行中管道質量管理力度，減緩細菌腐蝕的速率。

4）通過推行“管道涂層質量快檢”、“管道專業化修復”管理模式，促進管道防腐質量管理更精細、更科學、更規范，管道質量管理成效顯著。