降低生產(chǎn)平臺管線泄漏頻次技術(shù)研究

馬驥 尚濤濤

摘要：本文針對紫金壩所轄氣井生產(chǎn)管線泄漏嚴(yán)重問題，開展技術(shù)對策研究，明確管線腐蝕主要原因為二氧化碳參與的電化學(xué)腐蝕，并對其影響因素進行剖析，制定合理的解決對策，包括全聚焦相控陣超聲波探傷儀檢測預(yù)警、添加緩蝕劑以及增加管線壁厚等，取得較好效果，2020年生產(chǎn)管線泄漏僅12次，同比下降23井次，有效降低生產(chǎn)成本，提高氣井生產(chǎn)時率，實現(xiàn)提質(zhì)增效目的。

關(guān)鍵詞：頁巖氣 ?管線泄漏 ??技術(shù)對策

1.概況

受物理、化學(xué)等因素影響，紫金壩所轄氣井生產(chǎn)管線腐蝕嚴(yán)重，一旦管道被腐蝕穿孔，平臺必須關(guān)井，生產(chǎn)中斷。2019年紫金壩全年生產(chǎn)管線泄漏約35次，嚴(yán)重影響了頁巖氣平臺生產(chǎn)時率，同時對生態(tài)環(huán)境帶來危害，亟需開展管線泄漏原因剖析，制定合理的解決對策，實施頁巖氣井連續(xù)穩(wěn)定高效開發(fā)。

2.管線泄露原因分析

2.1腐蝕定義

金屬材料與周圍環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生電化學(xué)或化學(xué)作用而導(dǎo)致材料的破壞或變質(zhì)，金屬腐蝕發(fā)生在金屬材料與介質(zhì)之間的相界面上，其過程為多相反應(yīng)，按腐蝕機理可分為物理腐蝕、化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕等三類。

2.2腐蝕機理

物理腐蝕是指金屬受單純的物理溶解作用所引起的破壞，如高速流體沖擊、砂礫磨損等腐蝕，化學(xué)腐蝕是指金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)作用而引起的破壞，而電化學(xué)腐蝕是由于金屬與電解質(zhì)溶液接觸形成了腐蝕原池。它的腐蝕反應(yīng)歷程分為陽極氧化過程和陰極還原過程，電化學(xué)腐蝕會加速陽極材料的損耗速率，腐蝕主要產(chǎn)物為碳酸亞鐵，具體化學(xué)反應(yīng)過程如下：

①陽極反應(yīng)： Fe → Fe2+ + 2e

②陰極反應(yīng)：H2O + CO2 → 2H+ + CO32- ?2H+ + ?2e → H2

③陰極產(chǎn)物：Fe + H2CO3 →Fe CO3 + H2

2.3紫金壩氣井管線腐蝕原因

根據(jù)紫金壩多口氣井腐蝕產(chǎn)物分析，部分產(chǎn)物為碳酸亞鐵，由此可以判定腐蝕類型為有二氧化碳參與的電化學(xué)腐蝕，以YS108H19-1為例，具體如表1所示。

2.4電化學(xué)腐蝕主要因素

（1）二氧化碳分壓

CO2分壓是影響腐蝕速率的主要因素，當(dāng)CO2分壓為0.021MPa時，表腐蝕將要發(fā)生;當(dāng)CO2分壓為0.021-0.21MPa時，腐蝕將會比較嚴(yán)重。

（2）地層溫度

當(dāng)?shù)貙訙囟鹊陀?0℃時，腐蝕速率是由CO2水解生成碳酸的速度和CO2擴散至金屬表面的速度共同決定，以均勻腐蝕為主;當(dāng)溫度高于60℃時，金屬表面有碳酸亞鐵生成，腐蝕速率由穿過阻擋層傳質(zhì)過程決定;當(dāng)溫度在60～110℃時，腐蝕產(chǎn)物厚而松，結(jié)晶粗大，不均勻，易破損，局部孔蝕嚴(yán)重。當(dāng)溫度高于150℃時，腐蝕產(chǎn)物細(xì)致、緊密、附著力強，具有保護性，腐蝕率下降。

（3）流速

流速是二氧化碳腐蝕的一個重要影響因素，當(dāng)?shù)土魉俚陀?.32m/s時，腐蝕速率將隨著流速的增大而加速;當(dāng)流速高于0.32m/s時，腐蝕速率完全由電荷傳遞所控制，此時流速的變化已不重要，溫度的影響變成主要影響因素。

3 治理對策研究

3.1利用全聚焦相控陣超聲波探傷儀進行檢測預(yù)警

相控陣超聲波探傷儀是集成常規(guī)超聲波探傷技術(shù)和相控陣科技為一體，利用二維矩陣探頭、實時TFM成像技術(shù)快速對焊口、彎頭、腐蝕情況進行檢測。

3.2添加緩蝕劑

（1）緩蝕機理

緩蝕劑是一種以適當(dāng)?shù)臐舛群托问酱嬖谟诃h(huán)境介質(zhì)中，可通過在金屬表面或表面附近的作用，對金屬表面起到防護作用的物質(zhì)。緩蝕劑也是油氣田生產(chǎn)當(dāng)中避免內(nèi)管道腐蝕的最主要手段。

（2）緩蝕劑類型

常用的緩蝕劑均是吸附膜型有機緩蝕劑，如RX204A、RX201緩蝕劑等，均具有較強抗二氧化碳緩蝕能力。緩蝕劑吸附膜后會對金屬表面產(chǎn)生兩種影響，一是緩蝕劑通過吸附改變了金屬表面的電荷狀態(tài)，使金屬表面的能量狀態(tài)趨于穩(wěn)定，腐蝕反應(yīng)的所需活化能增加，腐蝕難以進行、;二是被吸附的分子中非極性基團在金屬表面形成一層疏水性的保護膜，從分子級別上隔絕腐蝕性物質(zhì)與金屬表面接觸。

（3）加注工藝

緩蝕劑在油氣田開采中使用兩種注入工藝方式：間歇注入方式和連續(xù)注入方式。針對氣井的不同類型，目前較成熟的工藝主要有通過罐（管）式加注裝置、流體計量泵和車載泵。

3.2更換加厚管件

腐蝕嚴(yán)重的部位更換為加厚彎頭和三通更換加厚管件（壁厚10.5mm）。

4 實施效果

在上述研究成果指導(dǎo)下，2020年紫金壩全年生產(chǎn)管線泄漏僅12次，相比2019年，減少23井次，大幅度提高氣井生產(chǎn)時率，節(jié)省管線修復(fù)成本，降低管線泄漏風(fēng)險，實施降本增效目的。

5 結(jié)論

（1）紫金壩所轄氣井生產(chǎn)管線泄漏嚴(yán)重，影響氣井生產(chǎn)時率，污染環(huán)境。

（2）在腐蝕機理分析基礎(chǔ)上，明確紫金壩生產(chǎn)平臺管線腐蝕主要原因為二氧化碳參與的電化學(xué)腐蝕，并對其影響因素進行剖析。

（3）制定合理的解決對策，包括全聚焦相控陣超聲波探傷儀檢測預(yù)警、添加緩蝕劑以及增加管線壁厚等，取得較好效果。

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作者簡介：馬驥，男，1988年2月出生甘肅，漢族，2018年畢業(yè)于中國石油大學(xué)，現(xiàn)于中國石油天然氣股份有限公司浙江油田分公司從事天然氣開采工作。

中國石油天然氣股份有限公司浙江油田分公司西南采氣廠