電阻探針在油田站場生產(chǎn)設(shè)施腐蝕平臺中的應用研究*

渠 蒲,于慧文,陳永浩,尹琦嶺,王樹濤,王清嶺

(1.中國石油化工股份有限公司中原油田分公司,河南 濮陽 457001;2.中石化煉化工程集團洛陽技術(shù)研發(fā)中心,河南 洛陽 471003)

隨著油氣田開發(fā)年限的延長,地面系統(tǒng)骨架工程已進入更新、維修期,改造投資逐年增大。主要表現(xiàn)在:設(shè)備陳舊老化、能耗高、效率低;管道腐蝕嚴重,影響安全生產(chǎn)。腐蝕問題不但制約著開發(fā)效益的提高,而且關(guān)系到企業(yè)的生存及發(fā)展[1]。中原油田東濮老區(qū)自1975年發(fā)現(xiàn)濮參一井以來,已連續(xù)開采近50 a,目前綜合含水率已高達97%,站場生產(chǎn)設(shè)施因腐蝕發(fā)生泄漏、穿孔事故頻繁,站場內(nèi)數(shù)字化、信息化、智能化應用程度又偏低,事故隱患排查治理、事前預防能力嚴重不足。

因此,中原油田選擇在濮二聯(lián)進行系統(tǒng)研究,選取平臺中關(guān)鍵的腐蝕數(shù)據(jù),油田目前使用的是常規(guī)的失重掛片法[2],其滯后的腐蝕數(shù)據(jù),嚴重影響腐蝕評估的準確性,不能滿足腐蝕平臺的要求。該文結(jié)合現(xiàn)場工況實際和經(jīng)濟性考慮,進行了在線電阻探針技術(shù)的研究和應用,通過開展室內(nèi)對比試驗、優(yōu)化算法及探針形狀等進一步提升了數(shù)據(jù)精度,以及在現(xiàn)場進行的監(jiān)測點布局優(yōu)化、安裝應用試驗,最終確定了適用于中原油田的腐蝕數(shù)據(jù)采集方式,為下一步油田油氣站場實時管控腐蝕風險因素分析的準確性奠定了基礎(chǔ)。

1 油氣站場腐蝕現(xiàn)狀

濮二聯(lián)合站主要工藝流程為油藏經(jīng)營管理區(qū)來液以及經(jīng)三相分離處理后油、氣、水,設(shè)計處理能力12 000 m3/d,設(shè)計處理油量700 t/d,目前實際處理液量9 227 m3/d,進站含水率約98%,進站溫度40 ℃,進站壓力0.24 MPa,外輸含水率 1.6%,外輸溫度85 ℃,外輸壓力0.5 MPa。

濮二聯(lián)合站主要腐蝕問題:罐體腐蝕穿孔、罐壁及罐頂銹蝕、外防腐層脫落;三相分離器減薄,管線、閥門、泵等腐蝕泄漏。發(fā)生腐蝕泄漏最多的為管線,其次是泵。近兩年漏點情況統(tǒng)計見圖1。

圖1 近兩年的漏點情況統(tǒng)計

2 在線監(jiān)測技術(shù)

2.1 必要性

中原油田東濮老區(qū)腐蝕監(jiān)測采用掛片失重法,其基本原理是將試件掛在管線內(nèi)一定高度,然后在一定時間內(nèi)進行監(jiān)測,通過分析掛片失重來計算腐蝕速率。目前中原油田腐蝕監(jiān)測周期為3個月,即每個監(jiān)測部位每年只能獲取4組腐蝕數(shù)據(jù),傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù),只能得到累積的腐蝕速率,時效性差,難以實現(xiàn)實時監(jiān)測,滯后的數(shù)據(jù)會對腐蝕評估平臺造成誤判,導致風險識別精準度下降,不能滿足腐蝕評估平臺要求。因此,需要選擇在線腐蝕監(jiān)測技術(shù)[3]實現(xiàn)實時監(jiān)測,得到的瞬時腐蝕速率數(shù)據(jù),有助于腐蝕評估平臺進行風險分析調(diào)整,實現(xiàn)實時預警機制。

2.2 優(yōu)選電阻探針作為在線監(jiān)測方式

在線腐蝕監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于煉油、油氣采輸?shù)榷喾N工業(yè)領(lǐng)域[4],在線監(jiān)測技術(shù)按照適用范圍、精度要求、成本費用等用于不同的工業(yè)現(xiàn)場。根據(jù)中原普光現(xiàn)場監(jiān)檢測應用技術(shù)經(jīng)驗[5],目前常用的在線監(jiān)測技術(shù)為線性極化探針、電阻探針、電感探針、電指紋、氫探針等,由于現(xiàn)場工況為油氣水介質(zhì),通過對適用范圍、監(jiān)測成本等綜合因素分析,在濮二聯(lián)站選用了在線電阻探針監(jiān)測技術(shù),各類監(jiān)測技術(shù)對比情況見表1。

表1 腐蝕監(jiān)測技術(shù)對比分析

3 “蚊香”形電阻探針優(yōu)化設(shè)計

3.1 現(xiàn)有探針存在的不足

電阻探針工作原理是在電阻探針長度不變的前提下,根據(jù)截面積與電阻的線性關(guān)系得出的腐蝕速率。根據(jù)其原理,試驗逐步優(yōu)化后,均取得了較好的效果[6]。但結(jié)合中原油田后期開采高含水、低pH值、高Cl-易發(fā)生點蝕的特點,目前市面上常用的棒式電阻探針在出現(xiàn)點蝕或斷裂長度變化后,將會存在嚴重的數(shù)據(jù)誤差,同時,電阻探針運行中,會產(chǎn)生隨機誤差和系統(tǒng)誤差等,使得每次測定的腐蝕深度值不一致,導致測量結(jié)果波動較大。

3.2 電阻探針結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

結(jié)合中原油田高礦化度、高Cl-含量的特性,失重掛片表面易形成深V型嚴重點蝕及腐蝕產(chǎn)物附著后造成的垢下腐蝕。電阻探針常用的棒狀結(jié)構(gòu)與失重掛片情況類似,長時間使用后可能存在斷裂、腐蝕產(chǎn)物附著導致數(shù)據(jù)失真,同時探針垂直插入管線內(nèi)部,與介質(zhì)流向垂直,流速的改變可能出現(xiàn)沖蝕現(xiàn)象,為消除此影響,將探針形狀設(shè)計成平面“蚊香”形,這樣探針與介質(zhì)流向一致,可防止探針受到正面沖刷,同時探針垂直向下,表面與介質(zhì)流向一致后,在其表面形成的垢可被清除,進而得到管線的腐蝕速率。

3.3 電阻探針數(shù)據(jù)優(yōu)化處理

探針形狀改變后,為保證“蚊香”形探針精度,將試棒進行了最大程度的加粗,增加其有效長度,再通過與失重掛片的室內(nèi)對比試驗,將得到的數(shù)據(jù)進行對齊、分析,篩除無效數(shù)據(jù),獲取蚊香形探針的腐蝕損壞規(guī)律[7],隨后,結(jié)合現(xiàn)場加有緩蝕劑的實際情況,再次對緩蝕劑加注后蚊香型探針與失重掛片的數(shù)據(jù)對比,進一步剔除離群值,將所有數(shù)據(jù)平滑處理后,確定出一元線性擬合方程式,確保現(xiàn)場應用達到滿意效果。

根據(jù)試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)電阻探針測試的腐蝕速率數(shù)據(jù)與掛片數(shù)據(jù)能夠得到很好的擬合,掛片數(shù)據(jù)基本處于探針數(shù)據(jù)的95%置信區(qū)間。通過進一步試驗可以看出,電阻探針累計腐蝕速率與掛片腐蝕速率一致,瞬時腐蝕速率低于累計腐蝕速率。

4 現(xiàn)場應用

由于濮二聯(lián)站場內(nèi)部分閥組管線使用柔性復合管、來水管線采用了玻璃鋼材質(zhì),不適宜在這類部位安裝在線電阻探針,需選擇金屬管線部位,同時配合在線測厚裝置,對管線腐蝕進行實時監(jiān)測,最終確定在具有代表性的濮二聯(lián)東五線來油閥組、濾后水、濮三聯(lián)原油外輸部位,進行監(jiān)測布局,獲取整個系統(tǒng)的腐蝕數(shù)據(jù)。監(jiān)測布局見圖2,掛片數(shù)據(jù)對比見表2。

表2 掛片數(shù)據(jù)對比 mm/a

圖2 監(jiān)測布局

5 結(jié) 論

(1)通過改變電阻探針形狀,可以更好的貼合現(xiàn)場實際,提高電阻探針的可靠性,消除點蝕斷裂、沖刷和結(jié)垢等不利因素,使得電阻探針能夠更好的滿足測量需求。

(2)對電阻探針因形狀改變后造成的誤差,通過室內(nèi)對比試驗,將改進后的電阻探針測試的腐蝕速率數(shù)據(jù)在實驗室與掛片數(shù)據(jù)進行對比,最終得到電阻探針累計腐蝕速率與掛片腐蝕速率一致的結(jié)果,同時瞬時腐蝕速率數(shù)據(jù)可作為工況變化后引起腐蝕變化的動態(tài)評價指標,為及時采取腐蝕措施提供指導。