陸上油田集輸管道腐蝕失效管理與可靠性研究

李濤 賀磊（中國(guó)石油天然氣股份有限公司冀東油田分公司陸上油田作業(yè)區(qū)，河北 唐山063200）

0 引言

陸上油田作業(yè)產(chǎn)生的液體具有含水量高、有關(guān)介質(zhì)的腐蝕能力強(qiáng)等特點(diǎn)，致使管道腐蝕穿孔發(fā)生的事件時(shí)常發(fā)生，對(duì)環(huán)境安全影響非常大，對(duì)設(shè)備的維修費(fèi)用因此加大，影響油田正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，所以有必要找出集輸管道腐蝕的原因，以便制定出防止管道腐蝕的預(yù)防方案，確保油田企業(yè)正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)是非常有意義的。

1 陸上油田集輸管道腐蝕現(xiàn)狀

一般來說，油田作業(yè)之時(shí)，地面集輸系統(tǒng)采用三級(jí)的布站方式，指的就是：把原有輸送至計(jì)量的地方，再進(jìn)行混輸運(yùn)轉(zhuǎn)至聯(lián)合處，采用滲水密封技術(shù)，最終形成在計(jì)量處進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，在聯(lián)合處統(tǒng)一處理的集輸流程。

集輸管道材質(zhì)選取密封性好的鋼管；注水管道材質(zhì)采用等級(jí)高的無縫鋼管，外防腐采用纏帶和無機(jī)物塑料防腐，管道內(nèi)沒有添加圖層，有關(guān)數(shù)據(jù)表明：集輸管道腐蝕的主要原因來自內(nèi)腐蝕管道穿孔，占據(jù)失效總數(shù)的大部分，腐蝕常出現(xiàn)在管道的接頭處、縫接處及拐彎的地方，這些容易被腐蝕的地方，在其表面往往會(huì)存在較密集的腐蝕產(chǎn)物，內(nèi)部腐蝕的現(xiàn)象極為嚴(yán)重，逐漸表現(xiàn)出局部腐蝕特征。

2 集輸管道輸送介質(zhì)的特點(diǎn)

采油工藝往往采用二氧化碳吞吐方式，在作業(yè)過程中，導(dǎo)致大量呈液體狀態(tài)的二氧化碳進(jìn)入地表層，部分呈氣態(tài)狀的二氧化碳隨著產(chǎn)液一起排出，進(jìn)入不是處理二氧化碳的吞吐井，最終導(dǎo)致集輸管道內(nèi)含有大量二氧化碳成分，系統(tǒng)中的每個(gè)聯(lián)合站、接收站都吸收了二氧化碳，含量多達(dá)40%。

一般來說，依據(jù)油田產(chǎn)生液含水量的比例，含水量一般5個(gè)開發(fā)期即無水期、低量含水期、中量含水期、高含水期以及特高含水期，現(xiàn)如今油田含水量搞到90%，屬于特高含水期，這很容易造成管道發(fā)生腐蝕。陸上油田采出水中含有大量的介質(zhì)，除了含有大部分二氧化碳介質(zhì)外，還存在著很多導(dǎo)致管道腐蝕的因素，比如說：硫化氫、溶解氧、硫酸鹽還原菌等。

3 油田集輸管道腐蝕失效管理分析

3.1 管道失效管理原因

通過觀察管道的外觀、微觀及對(duì)金相進(jìn)行分析，結(jié)果表明管道外壁基本上不會(huì)出現(xiàn)腐蝕情況，管道腐蝕主要來源于管道內(nèi)部；利用能譜分析得出，管道表面腐蝕產(chǎn)物中含有氧、碳、鐵三種極易發(fā)生氧化反應(yīng)的元素，其腐蝕產(chǎn)物通常為碳酸鐵，該管道內(nèi)部會(huì)伴隨著濁點(diǎn)現(xiàn)象，體現(xiàn)了二氧化碳的腐蝕特征，腐蝕坑內(nèi)的硫元素含量較高，按照元素分析看來，屬于硫化鐵腐蝕產(chǎn)物，在發(fā)生腐蝕過程中，會(huì)伴隨著一定程度的硫化氫腐蝕。

采用數(shù)據(jù)仿真模擬技術(shù)，采用有限元對(duì)管道腐蝕進(jìn)行分析，結(jié)果表明，在彎管的轉(zhuǎn)向部位容易收到?jīng)_刷作用；通過分析油田作業(yè)中出現(xiàn)穿孔的管道，發(fā)現(xiàn)管道腐蝕多發(fā)生于管道的底部、管道焊接處、流體轉(zhuǎn)向拐彎處，腐蝕形狀通常表現(xiàn)為針孔狀、溝槽的形狀。因此可以得出結(jié)論：腐蝕穿孔常發(fā)生于管道底部腐蝕沉積處以及流體發(fā)生急速轉(zhuǎn)變的情況下。

3.2 依據(jù)二氧化碳與硫化氫腐蝕判斷

二氧化碳在水中有極強(qiáng)的腐蝕性，硫化氫在水中容易發(fā)生電離，促使水變?yōu)樗嵝裕M(jìn)而促使混合體具有較高的腐蝕性。通過有關(guān)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)硫化氫與二氧化碳共存的時(shí)候，通過對(duì)比二氧化碳和硫化氫壓力的比值，進(jìn)一步來判斷腐蝕由哪一方?jīng)Q定，也就是說：當(dāng)二氧化碳與硫化氫壓力比值大于500時(shí)，腐蝕是二氧化碳引起的甜性坑蝕；當(dāng)二氧化碳與硫化氫壓力比值小于500時(shí)，腐蝕是由硫化氫造成的酸性應(yīng)力腐蝕。另一方面，可以依據(jù)二氧化塘壓力值來判定腐蝕的程度：當(dāng)二氧化碳?jí)毫χ敌∮?.02MPa的時(shí)候，不發(fā)生腐蝕現(xiàn)象；當(dāng)當(dāng)二氧化碳?jí)毫χ到橛?.02MPa 和0.2MPa 之間的時(shí)候，管道會(huì)發(fā)生腐蝕；當(dāng)二氧化碳?jí)毫χ荡笥?.2MPa時(shí)，管道會(huì)受到嚴(yán)重的腐蝕。

4 陸上油田集輸管道腐蝕可靠性研究

陸上油田作業(yè)采用預(yù)防治理相結(jié)合，以防止為中心的原則，有效開展現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐工作及技術(shù)上的攻關(guān)工作，不斷總結(jié)和創(chuàng)新防止手段，制定出更加符合油田作業(yè)實(shí)際情況的腐蝕防止體系，一邊取得好的防治效果。

4.1 管道腐蝕評(píng)價(jià)研究

因?yàn)殛懮嫌吞镒鳂I(yè)管道多采用無收發(fā)的球筒，多數(shù)情況下采用1.5直徑的彎頭，因此不能采用管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)，經(jīng)過多種技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)的比較，應(yīng)當(dāng)選擇無接觸式的磁感應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)；無接觸式的磁感應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)用于非開挖管道的檢測(cè)技術(shù)，能識(shí)別出管道焊接不足、金屬上存在的缺陷以及磁場(chǎng)發(fā)生異常的情況，并為檢測(cè)的管道做出評(píng)級(jí)，為管道維修工作提供數(shù)據(jù)上的支持。

使用腐蝕監(jiān)測(cè)，能獲得腐蝕過程和參數(shù)相互之間的關(guān)系，對(duì)腐蝕程度進(jìn)行評(píng)估，優(yōu)化腐蝕治理方案，起到放緩的效果；依據(jù)陸上油田集輸管道腐蝕的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況及腐蝕檢測(cè)所要花費(fèi)的費(fèi)用，有如下兩種監(jiān)測(cè)方案可供選擇：對(duì)于腐蝕系統(tǒng)較為輕的，采用腐蝕掛片的方法進(jìn)行腐蝕監(jiān)測(cè)；對(duì)于腐蝕系統(tǒng)較為嚴(yán)重的系統(tǒng)，采用腐蝕掛片和電阻探針的方法，進(jìn)行有效結(jié)合腐蝕監(jiān)督。

充分結(jié)合先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)以及人工智能技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，制定出科學(xué)合理的管道腐蝕分析和報(bào)警系統(tǒng)，該管道腐蝕分析和報(bào)警系統(tǒng)通常包括：對(duì)數(shù)據(jù)的采集、對(duì)數(shù)據(jù)的維護(hù)、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查找、腐蝕程度風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)以及專題圖等模塊。在一定程度上，當(dāng)腐蝕速率過高時(shí)，超出標(biāo)準(zhǔn)就會(huì)產(chǎn)生預(yù)警的功能，及對(duì)管道風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)預(yù)警功能，可以為腐蝕防治工作提供指導(dǎo)。對(duì)于管道內(nèi)部腐蝕較為嚴(yán)重的、在施工上比較困難的、在環(huán)境上要求比較高的集輸管道，可以采用HDPE 插修復(fù)在線管道技術(shù)，也就是說在管道內(nèi)部插入高密度的聚乙烯管，從而形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，以便達(dá)到管道防腐的效果。

4.2 陸上油田集輸管道腐蝕預(yù)防研究

使用緩沖劑也能控制管道受到腐蝕，也是常用的預(yù)防管道腐蝕的方法。一般來說，只需要添加一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的有效緩沖劑，就能降低管道的腐蝕效率；但是緩沖劑是不能隨便使用的，在使用之前，應(yīng)當(dāng)委托專業(yè)人員對(duì)緩沖劑性能進(jìn)行評(píng)估和篩選，經(jīng)過對(duì)比下來，咪哆啉緩沖劑為最佳選擇，其母體為油酸咪哆啉，其具有良好的水溶性、成本價(jià)格不貴、容易生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)二氧化碳的腐蝕作用，具有良好的防腐蝕效果，阻止二氧化碳對(duì)管道進(jìn)行腐蝕。一般來說，緩沖劑添加在轉(zhuǎn)油站處，實(shí)現(xiàn)集輸系統(tǒng)24小時(shí)加藥。

集輸管道在通過溝渠時(shí)，采用的鋪設(shè)方式多為桁架跨越模式，在彎頭處常存在沖刷腐蝕現(xiàn)象，一旦管道穿孔的話，就會(huì)對(duì)環(huán)境造成很大影響，為了避免這樣事件發(fā)生，在集輸彎頭處應(yīng)當(dāng)采用碳纖維補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，進(jìn)而來提高管道的耐腐蝕性和管道的硬度，以便取得好的防治效果。

4.3 治理管道腐蝕研究

對(duì)于投產(chǎn)時(shí)間小于4年的，管壁腐蝕減薄程度小于2mm的管道，且管道內(nèi)無涂層情況的，應(yīng)當(dāng)采用內(nèi)涂層的防腐技術(shù)，這種技術(shù)就是在發(fā)生器運(yùn)作時(shí)產(chǎn)生氣流，促使磨料清除銹垢，之后用涂料進(jìn)行管道內(nèi)部涂層防腐，以便在管道內(nèi)部形成一層較為致密的防腐層，把鋼質(zhì)管道轉(zhuǎn)換成復(fù)合管道的技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用給管道內(nèi)部涂層防腐開創(chuàng)了先例，同時(shí)也提供具有開創(chuàng)性的技術(shù)方法和思想。

對(duì)于管道內(nèi)部腐蝕較為嚴(yán)重的、在施工上比較困難的、在環(huán)境上要求比較高的集輸管道，可以采用HDPE插修復(fù)在線管道技術(shù)，也就是說在管道內(nèi)部插入高密度的聚乙烯管，從而形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，以便達(dá)到管道防腐的效果。

對(duì)于單井管道腐蝕，應(yīng)當(dāng)優(yōu)化簡(jiǎn)化工藝流程，使用串接技術(shù)和T接技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)單管冷輸、減少總體上投用管道用量；在新建單井管道時(shí)采用非金屬類的管材，簡(jiǎn)能而任提高管道耐腐蝕能力、延長(zhǎng)管道的使用年限。

5 結(jié)語

總的來說，對(duì)于不同管道的腐蝕程度，應(yīng)當(dāng)采取不同的、具有針對(duì)性的治理措施以及管理手段，降低陸上油田作業(yè)區(qū)集輸管道穿孔事件發(fā)生的概率，減少對(duì)環(huán)境污染，為陸上油田集輸管道腐蝕防治提供有力的依據(jù)。