某人工島注氣管線腐蝕分析與對(duì)策措施

于 帥 楊志博

(中國(guó)石油冀東油田南堡油田)

0 引 言

某人工島采用整體氣舉采油工藝，主要流程為井底采出的天然氣經(jīng)兩項(xiàng)分離器氣液分離、入口過(guò)濾器過(guò)濾后，經(jīng)天然氣壓縮機(jī)進(jìn)行三級(jí)或四級(jí)壓縮，并形成循環(huán)，再經(jīng)出口分離器、配氣撬分配后注入到單井。目前系統(tǒng)循環(huán)的天然氣為濕氣。

由于系統(tǒng)循環(huán)的天然氣為濕氣，且該人工島一直處于邊建設(shè)邊投產(chǎn)的生產(chǎn)模式，缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，管網(wǎng)投產(chǎn)時(shí)間不同、管線材質(zhì)不一，加之島體土壤多為鉆井泥漿固化后的充填土等因素，導(dǎo)致近年來(lái)注氣管線腐蝕穿孔事件時(shí)有發(fā)生。為了有效規(guī)避此類(lèi)事件的發(fā)生，組織開(kāi)展腐蝕原因分析及對(duì)策措施的制訂和實(shí)施。

1 天然氣管線腐蝕的基本原因

1.1 外腐蝕

1)土壤腐蝕

入地天然氣管線因埋在地下，受到復(fù)雜土壤環(huán)境的影響而出現(xiàn)腐蝕，包括雜散電流腐蝕、電化學(xué)腐蝕和細(xì)菌腐蝕。土壤中存在雜散電流，其中，直流雜散電流和交流雜散電流會(huì)對(duì)管線造成不同程度的腐蝕[1]。土壤中亦存在大量的孔隙，易被水分和空氣填充，進(jìn)而導(dǎo)致土壤的導(dǎo)電性大幅提升，造成管線電化學(xué)腐蝕。此外，土壤中存在的大量細(xì)菌[2]，進(jìn)一步加劇了管線的腐蝕情況。

2)管線施工缺陷

在管線施工過(guò)程中，造成管線外腐蝕的人為性因素很多，如管線彎頭選材不達(dá)標(biāo)、焊口存在缺陷且未進(jìn)行探傷檢測(cè)、管線外防腐材料不合格或防腐層級(jí)不夠、施工過(guò)程偷工減料[2]等，均會(huì)造成后期管線使用過(guò)程中發(fā)生腐蝕。

3)水腐蝕

當(dāng)空氣中含有大量水分時(shí)，水與金屬管件接觸發(fā)生冷凝現(xiàn)象，管道表面會(huì)形成一層水膜，進(jìn)而引起電解質(zhì)作用，水電離出OH-和H+，導(dǎo)致管道金屬表面和離子發(fā)生反應(yīng)，從而加劇金屬腐蝕[3]。因此，在潮濕的環(huán)境中，管線更容易發(fā)生腐蝕。

1.2 內(nèi)腐蝕

1)輸送介質(zhì)成分的影響

通常天然氣中含水量極低，如果輸送的天然氣是濕氣或天然氣中含有冷凝水，水分會(huì)黏貼在管線內(nèi)壁，造成管線內(nèi)壁腐蝕[3]。天然氣輸送過(guò)程中，介質(zhì)中可能含有硫化氫、二氧化碳等酸性氣體，酸性物質(zhì)作用會(huì)加劇腐蝕程度[4]。此外，天然氣中攜帶的固體殘?jiān)⒛嗌暗纫矔?huì)對(duì)管線造成一定的沖擊，使管線發(fā)生腐蝕。

2)輸送介質(zhì)參數(shù)的影響

在天然氣輸送過(guò)程中，壓力波動(dòng)會(huì)對(duì)管線造成不良影響，特別是壓力突然增大時(shí)，會(huì)對(duì)管壁(薄弱部位尤為突出)造成較大的沖擊，導(dǎo)致腐蝕裂紋擴(kuò)展速率加快。同時(shí)由于氣流速度大、壓力高，對(duì)彎頭處產(chǎn)生急速?zèng)_刷，從而導(dǎo)致彎頭處腐蝕加速[5]。

2 某人工島管線腐蝕案例分析

2.1 1022井腐蝕穿孔情況及原因分析

2019年7月6日，發(fā)現(xiàn)1022井口有氣泡冒出，進(jìn)行天然氣檢測(cè)后，確認(rèn)井口注氣管線處發(fā)生泄漏，隨后立即組織關(guān)井并開(kāi)挖，發(fā)現(xiàn)埋深1 m左右的注氣管線發(fā)生腐蝕穿孔，穿孔部位見(jiàn)圖1。

圖1 1022井穿孔部位

對(duì)挖出的注氣管線進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)穿孔部位為入地彎頭處。經(jīng)分析，腐蝕原因?yàn)閮?nèi)腐蝕，具體為管線材質(zhì)不合格(經(jīng)油田化驗(yàn)中心檢測(cè)，P、S含量超標(biāo))、注氣壓力波動(dòng)和天然氣中水含量高帶來(lái)的沖刷腐蝕。

2.2 1030井腐蝕穿孔情況及原因分析

2019年7月25日，1030井口有氣泡冒出，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)天然氣注氣管線泄漏，開(kāi)挖井口后，確認(rèn)為注氣管線入地彎頭及彎頭前后發(fā)生腐蝕穿孔，穿孔部位見(jiàn)圖2。

圖2 1030井穿孔部位

對(duì)注氣管線彎頭及彎頭前后管段進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)該井腐蝕穿孔原因?yàn)閮?nèi)腐蝕和外腐蝕共同作用，具體為注氣壓力高和氣體流速快導(dǎo)致的沖刷腐蝕、天然氣中含水和雜質(zhì)造成的內(nèi)腐蝕以及管線材質(zhì)不合格、土壤腐蝕造成的外腐蝕。

3 管線腐蝕原因分析

鑒于1022井和1030井的腐蝕情況，組織對(duì)該人工島早期投產(chǎn)的24口油井的注氣管線進(jìn)行挖掘和彎頭檢測(cè)，累計(jì)挖掘24口井60余米，檢測(cè)彎頭48處，檢測(cè)薄弱點(diǎn)192處，發(fā)現(xiàn)薄弱點(diǎn)3處，并組織對(duì)薄弱點(diǎn)進(jìn)行解剖分析。

3.1 外腐蝕原因

分析24口井的檢測(cè)結(jié)果及3處薄弱點(diǎn)的解剖情況，管線發(fā)生外腐蝕的原因如下：

1)管線材質(zhì)或施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)

投用的采油井注氣管線彎頭材質(zhì)不符合NB/T 47008—2017《承壓設(shè)備用碳素鋼和合金鋼鍛件》要求，部分彎頭P、S含量偏高，使腐蝕加劇。另外，早期投產(chǎn)的井冷煨彎頭極易發(fā)生腐蝕[5]，部分井存在焊口質(zhì)量不合格、探傷不細(xì)致、施工缺陷等情況[6]，這也是導(dǎo)致管線抗腐蝕性能降低，腐蝕加重的因素。

2)土壤環(huán)境惡劣

對(duì)外腐蝕嚴(yán)重的井周邊進(jìn)行挖掘，發(fā)現(xiàn)管線周邊土壤的硫酸鹽含量明顯升高，且外腐蝕嚴(yán)重的井分布的區(qū)域較為集中。查閱以往資料和詢問(wèn)早期投產(chǎn)的相關(guān)人員得知，這些區(qū)域早期為固化土充填區(qū)域，且固化土處理不充分，硫酸鹽含量高，導(dǎo)致注氣管線嚴(yán)重腐蝕。

3.2 內(nèi)腐蝕原因

對(duì)管線薄弱點(diǎn)解剖和材料送檢，發(fā)現(xiàn)管線內(nèi)腐蝕的主要原因?yàn)樗g、沖刷腐蝕和雜質(zhì)腐蝕。

1)水腐蝕

注氣管線輸送介質(zhì)為天然氣濕氣，管線中含有水分，且天然氣會(huì)產(chǎn)生冷凝水，冷凝水附著在管線內(nèi)部會(huì)對(duì)管壁造成腐蝕，從而加劇管線內(nèi)腐蝕的發(fā)生。特別是配氣撬遠(yuǎn)端積水嚴(yán)重，腐蝕情況更甚。

2)沖刷腐蝕

由于注氣管網(wǎng)的干壓為10.0～10.5 MPa，注氣溫度超過(guò)60℃，壓力和溫度都較高，壓力和溫度等介質(zhì)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，對(duì)管線彎頭和焊口處的沖擊特別大，尤其是配氣撬遠(yuǎn)端含水量較多的管線，受到的沖擊更大，腐蝕情況也更為嚴(yán)重。

3)雜質(zhì)腐蝕

前期投產(chǎn)的管線，對(duì)管線中的焊渣、泥砂等雜質(zhì)清理不徹底，導(dǎo)致因雜質(zhì)帶來(lái)的沖涮和磨損情況加劇，進(jìn)而加重管線內(nèi)腐蝕。

4 管線腐蝕對(duì)策措施

根據(jù)管線腐蝕原因的分析結(jié)果，制訂下步對(duì)策。

4.1 外腐蝕

1)嚴(yán)監(jiān)管，控質(zhì)量

針對(duì)每一次施工，屬地負(fù)責(zé)人、采油隊(duì)干部、油建技術(shù)員、采油區(qū)干部層層把關(guān)，各司其職，嚴(yán)格落實(shí)設(shè)計(jì)要求，各類(lèi)選材必須符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，保障材料達(dá)標(biāo)；施工后嚴(yán)格落實(shí)探傷、試壓等工作程序，保障施工質(zhì)量符合強(qiáng)度和設(shè)計(jì)要求。

2)嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，完善外防腐

針對(duì)土壤硫酸鹽含量高的區(qū)域，組織挖掘管線，重新進(jìn)行外防腐處理，并對(duì)注氣管線情況進(jìn)行列表統(tǒng)

計(jì)，制訂周密詳細(xì)的監(jiān)測(cè)計(jì)劃，定期進(jìn)行壁厚檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)更換。

4.2 內(nèi)腐蝕

1)監(jiān)測(cè)水露點(diǎn)，及時(shí)排積水

針對(duì)水腐蝕的情況，定期進(jìn)行天然氣水露點(diǎn)監(jiān)測(cè)，第一時(shí)間掌握水露點(diǎn)及管線冷凝水形成情況；結(jié)合配氣撬和注氣管線的分布，編制排積水計(jì)劃表，每天對(duì)配氣撬排積水，邊緣部位加密排放。

2)平穩(wěn)運(yùn)行

關(guān)注管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，保持平穩(wěn)運(yùn)行，調(diào)參均勻，保障各條管線的暢通，避免系統(tǒng)憋壓導(dǎo)致壓力突變；壓縮機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，啟停機(jī)計(jì)劃周密，規(guī)避系統(tǒng)壓力波動(dòng)導(dǎo)致的腐蝕加劇。

3)徹底吹掃

新管線施工完成后，嚴(yán)格落實(shí)管線吹掃的相關(guān)要求，水吹掃后進(jìn)行天然氣吹掃，將注氣管線中的泥砂、焊渣等雜物徹底清除，盡最大可能保障管線的清潔，規(guī)避雜質(zhì)帶來(lái)的腐蝕加劇。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)注氣管線腐蝕情況的分析，采取了針對(duì)性的對(duì)策措施，管線的腐蝕情況明顯減弱，管線發(fā)生腐蝕穿孔事件大幅減少，管線穿孔帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)得到了有效控制，管線失效率大幅降低，注氣管線完整性得到了保障。