油田管道陰極保護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀和趨勢(shì)分析

楊 寶

（大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠監(jiān)督管理中心，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

能源是國(guó)家發(fā)展的重要資源，油田資源屬于發(fā)展重要資源，隨著市場(chǎng)對(duì)于油田需求量不斷增加，傳統(tǒng)的油田開(kāi)采技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足市場(chǎng)需要，油田企業(yè)要更好的發(fā)展，必須不斷更新技術(shù)，提高技術(shù)利用率。油田管道直接關(guān)系油田運(yùn)儲(chǔ)是否順利，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，管道可能會(huì)受各類(lèi)因素影響出現(xiàn)問(wèn)題，油田管道陰極保護(hù)技術(shù)是保證油田運(yùn)輸暢通的重要技術(shù)。

1 油田管道陰極保護(hù)

1.1 陰極保護(hù)概念

陰極保護(hù)指的是用較低的成本經(jīng)濟(jì)減輕地下金屬管道腐蝕，延長(zhǎng)管道壽命的一種方式。陰極保護(hù)的原理為補(bǔ)充數(shù)量足夠的電子在金屬上，避免金屬出現(xiàn)電子過(guò)剩的問(wèn)題，保證金屬表面各點(diǎn)能夠到達(dá)同一負(fù)電位，這種情況下，金屬原子不太可能會(huì)因?yàn)槭ル娮幼兂呻x子溶入到溶液之中[1]。電子在此時(shí)能夠成為管道外腐蝕屏障。常用的油田陰極保護(hù)技術(shù)主要有強(qiáng)制電流保護(hù)法和犧牲陽(yáng)極保護(hù)法[2]。

1.2 陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)油田橫跨東西縱貫?zāi)媳保煌瑓^(qū)域地區(qū)環(huán)境不同，土壤特性同樣也不同[3]。當(dāng)前我國(guó)在管道陰極保護(hù)使用的主要為-850mVOFF電位準(zhǔn)則及100mV極化準(zhǔn)則。實(shí)踐已經(jīng)證明-850mVOFF電位準(zhǔn)則適用于各類(lèi)土壤環(huán)境[4]。如果不滿足-850mVOFF電位準(zhǔn)則，從不新增陰極保護(hù)系統(tǒng)方面考慮，相關(guān)區(qū)域可以使用100mV極化準(zhǔn)則，但是如果溫度超過(guò)40℃的時(shí)候，異種金屬偶接及存在交流干擾等情況最好不要使用上述準(zhǔn)則[5]。

同時(shí)，油田陰極保護(hù)過(guò)程中要盡可能防止防腐層剝離及氫致開(kāi)裂等過(guò)保護(hù)問(wèn)題出現(xiàn)。

2 油田管道陰極保護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 陰極保護(hù)裝備

陰極保護(hù)裝備主要包括陰極保護(hù)電源系統(tǒng)及測(cè)量系統(tǒng)。陰極保護(hù)電源系統(tǒng)包括電源、陰極地床，測(cè)量系統(tǒng)包括沿線測(cè)試樁、萬(wàn)用表及參比電極等。我國(guó)現(xiàn)很多陰極保護(hù)裝備還不能測(cè)量陰極保護(hù)斷電電位。但是隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，裝備的實(shí)用性必然會(huì)不斷增加。

陰極保護(hù)自動(dòng)測(cè)量設(shè)備能夠?qū)艿离娢患敖涣麟妷哼M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，這樣不僅能夠有效節(jié)約成本，還能夠大幅度提高測(cè)試的客觀性及準(zhǔn)確性。陰極保護(hù)檢查片已經(jīng)替代了傳統(tǒng)的管道樁測(cè)試樁。陰極保護(hù)檢查片能夠?qū)艿婪栏瘜勇╇娺M(jìn)行模擬，繼而在檢查片瞬間斷開(kāi)的空擋測(cè)試電位，這種方法不僅能夠測(cè)量斷電電位，操作和安裝起來(lái)也相當(dāng)便利，使管道陰極保護(hù)測(cè)量技術(shù)發(fā)展非常迅速，這以技術(shù)目前已經(jīng)被應(yīng)用到實(shí)際的油田管道陰極保護(hù)之中。

2.3 陰極保護(hù)計(jì)算

陰極保護(hù)計(jì)算在很長(zhǎng)一段時(shí)間里都不太實(shí)際。計(jì)算假設(shè)陰極保護(hù)電流在油田管道表面是均勻分布的。此方法無(wú)法計(jì)算管道斷電電位，也無(wú)法計(jì)算復(fù)雜金屬結(jié)構(gòu)、電流分布及陰極保護(hù)系統(tǒng)電位。但是近幾年來(lái)三維技術(shù)出現(xiàn)，技術(shù)中的數(shù)值模擬技術(shù)能夠被用在管道陰極保護(hù)技術(shù)之中，陰極保護(hù)計(jì)算在這種情況下有了新出路。

數(shù)值模擬技術(shù)能夠被用在管道陰極保護(hù)技術(shù)之中進(jìn)行陰極保護(hù)計(jì)算技術(shù)首先需要建立一個(gè)數(shù)值模型，模型需要有多元參量，包括管道、陰極保護(hù)系統(tǒng)、管道周邊土壤等數(shù)據(jù)，之后利用極化曲線來(lái)設(shè)出并解出電場(chǎng)方程，方程解出之后可以得到管道表面極化電位及管道周?chē)碾妶?chǎng)分布情況。數(shù)值模擬技術(shù)能夠突破傳統(tǒng)技術(shù)，使得復(fù)雜金屬結(jié)構(gòu)陰極保護(hù)的計(jì)算這一問(wèn)題被解決，還能夠找到金屬結(jié)構(gòu)的斷電電位。

3 油田管道陰極保護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 陰極保護(hù)及防腐層兼容性評(píng)價(jià)

陰極保護(hù)系統(tǒng)和防腐層系統(tǒng)組成管道腐蝕控制系統(tǒng)。兩者互相影響，互為前提。伴隨著管道陰極保護(hù)技術(shù)不斷進(jìn)步，未來(lái)陰極保護(hù)及防腐層的兼容性會(huì)更受到重視。現(xiàn)下3LPE防腐層與陰極保護(hù)兼容性中存在的問(wèn)題主要是：一方面陰極保護(hù)系統(tǒng)中電流比較小的時(shí)候未必能夠保護(hù)防腐層漏點(diǎn)；另一方面是如果3LPE防腐層和管道剝離，水管道剝離層中滲入水，防腐層會(huì)將陰極保護(hù)電流屏蔽，這樣管道的保護(hù)作用就無(wú)法展現(xiàn)出來(lái)。

3.2 陰極保護(hù)數(shù)據(jù)模擬

上文已經(jīng)提到過(guò)，數(shù)據(jù)模擬技術(shù)突破了傳統(tǒng)技術(shù)缺陷，使得管道陰極保護(hù)計(jì)算找到了新途徑未來(lái)，數(shù)據(jù)模擬技術(shù)會(huì)在油田管道陰極保護(hù)中發(fā)揮更大的作用：一方面，數(shù)據(jù)模擬技術(shù)能夠促使管道陰極保護(hù)數(shù)值的模擬精度不斷提升，最大程度減少模擬數(shù)據(jù)能夠與實(shí)際情況之間的誤差；另一方面通過(guò)數(shù)據(jù)模擬技術(shù)技術(shù)人員能夠充分發(fā)揮計(jì)算分析的作用，為管道陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)運(yùn)行提供技術(shù)基礎(chǔ)。例如在油氣站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)中運(yùn)用數(shù)據(jù)模擬技術(shù)，會(huì)得到準(zhǔn)確度較高的陰極保護(hù)電位及電流分布。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在當(dāng)下我國(guó)發(fā)展進(jìn)入新時(shí)期，對(duì)于各個(gè)行業(yè)發(fā)展都提出更高層次要求的背景下，油田行業(yè)需要加大油田開(kāi)采新技術(shù)研發(fā)力度，發(fā)現(xiàn)油田開(kāi)采過(guò)程中存在的問(wèn)題并找到針對(duì)性的解決策略，例如為了保證油田管道運(yùn)輸暢通，需要不斷優(yōu)化油田管道陰極保護(hù)技術(shù)，確保油田開(kāi)采每一個(gè)環(huán)節(jié)都能夠順利完成。