海管旁路式内腐蚀监测系统设计与应用

廖伍彬 秦立峰 李 飞 石卫国 仇朝军

（1.中海油能源发展股份有限公司上海采油技术服务分公司； 2.中海石油（中国）有限公司湛江分公司）

海管旁路式内腐蚀监测系统设计与应用

廖伍彬1秦立峰2李 飞1石卫国1仇朝军1

（1.中海油能源发展股份有限公司上海采油技术服务分公司； 2.中海石油（中国）有限公司湛江分公司）

为了实时监测海底管道内腐蚀情况，设计了海管旁路式内腐蚀监测系统，并在南海A海管得到了应用。在海管入口及出口处安装旁路式内腐蚀监测系统，可以获得海管在油、气、水三相混输状态下的内腐蚀、结垢信息，该监测系统维护、管理简单，成本低，并且所有作业不影响油田正常生产，具有推广应用价值。

海管 旁路式 内腐蚀监测系统 设计

海底管道是海上油气田正常生产的“血管”，一旦海底管道发生腐蚀穿孔，不仅会导致停产等遭受巨大经济损失，而且会造成对海洋环境的污染，因此海管的腐蚀监测与防护非常重要。设计了旁路式内腐蚀监测系统，该系统能全面跟踪、监测海底管道的运行状况和内腐蚀情况（是中海油具有自主知识产权的内腐蚀监测技术），可在线拆装、不影响生产，可根据需求选择不同的监测方法，能获得直观的内腐蚀信息[1]，能实时监测管道内腐蚀信息，能对焊缝腐蚀、电偶腐蚀进行检测，能获得腐蚀、结垢产物及沉积物信息，能获得微生物腐蚀信息；相对于其他海管腐蚀检测方法，该方法具有成本较低，系统结构简单，易于操作、维护等优点。

1 海管旁路式内腐蚀监测系统设计

为监测海管在高硫化氢工况下油、气、水三相混输状态的内腐蚀情况，设计了旁路式内腐蚀监测系统。旁路式内腐蚀监测系统示意图见图1。

图1 旁路式内腐蚀监测系统示意图

在被监测管道典型位置（海管入口及出口）各设计、安装一段可在线拆装、与管道材质相同的腐蚀测试短节，这是旁路式内腐蚀监测系统独到的设计，因为任何其他检测方法得到的数据，都不如拆卸腐蚀测试短节进行检查更为直观、具体、真实，该设计符合GB/T 23258－2009《钢制管道内腐蚀控制规范》要求。海管入口、出口旁路式内腐蚀监测系统见图2、3。由于腐蚀测试短节的材质、温度、压力及介质均与海管相同，因此通过观察旁路式腐蚀测试短节的内腐蚀形貌即可知道海管真实的腐蚀、结垢形貌。

在腐蚀测试短节上设置了可供监测和检测的探头插入基座；设计、安装了3层挂片探头，3层挂片均采用海管材质经水力切割并冷磨削而成。定期对腐蚀挂片进行拆卸、更换，通过失重法可计算出腐蚀速率；分析3层挂片探头不同层位腐蚀挂片的腐蚀情况，可获得海管不同层位的腐蚀信息。

在腐蚀测试短节上设计、安装了电阻探针，并用通讯电缆将电阻探针信号引至中控室。电阻探针材质与海管相同，因此可将腐蚀测试短节的腐蚀速率实时地传到室内以供作业者分析。

在腐蚀测试短节上安装电感探针，在必要时可快速评价、优化适合于现场流体的缓蚀剂，调整缓蚀剂用量或种类，使缓蚀剂的效果达到最佳。

为获取腐蚀测试短节内真实液体，在腐蚀测试短节下部设计了取样口，可定期取样进行水质及油品分析，以判断海管腐蚀环境的变化。

为能获得流体流经时残留的腐蚀、结垢产物及沉积物，特在腐蚀测试短节底部设计了沉积物收集区，可定期取样进行物相定性分析，以确认海管腐蚀、结垢原因，并判断油田是否有出砂的情况。

综合以上所有信息，对比分析海管入口和出口处旁路式内腐蚀监测系统信息，就可推测上游、下游一段距离海管的内腐蚀及结垢情况。

2 海管旁路式内腐蚀监测系统在南海A海管的应用

2.1 A海管工况概述

A海管是南海某油田群核心海底管道，各油田初步处理后的油、气、水混合物通过海底管道输送到中心油田，与中心油田所产油、气、水一起再由A海管混输至终端处理厂进行进一步处理。A海管中的流体极其复杂，其中一个油田的产出气中硫化氢含量较高，可能导致海管发生硫化氢腐蚀[2]。A海管直径0.4 m，材质为API 5L X65，日输液量8176 m3，含水量5.5%，日输气量15×104m3，硫化氢含量900 mg/m3。

2.2 A海管入口处旁路式内腐蚀监测系统应用情况

A海管入口处旁路式管道内腐蚀监测系统检测于2010年3月25日开始，177天后观察到腐蚀测试短节中的3层挂片探头有结垢现象，下层腐蚀挂片有明显垢下局部腐蚀（图4）。3层腐蚀挂片检测出的均匀腐蚀速率见表1。

图4 南海A海管入口下层腐蚀挂片清洗后形貌

表1 南海A海管入口3层挂片探头检测结果

A海管入口电阻探针监测情况见图5，2010年3月至2010年7月均匀腐蚀速率波动较大，2010年8月之后比较稳定，但均小于0.0254 mm/a[3]，与3层挂片探头下部腐蚀挂片同属轻微腐蚀。

图5 南海A海管入口下部电阻探针监测得到的均匀腐蚀速率变化趋势

拆卸A海管入口腐蚀测试短节后，发现内部有块约15 mm×5 mm×5 mm的固体物质，4∶00～8∶00方向内壁发现有块状垢，在腐蚀测试短节底部沉积物收集区发现大量沉积物（图6）。经分析，沉积物主要成分为FeO（OH），其次是FeCO3和FeS。清污后发现，腐蚀测试短节入口及出口焊缝完好（图7、8）。

2.3 A海管出口处旁路式内腐蚀监测系统应用情况

A海管出口处旁路式内腐蚀监测系统出口检测于2010年3月5日开始，191天后观察海管出口腐蚀挂片上、中、下3层均有严重局部腐蚀现象，下层尤为严重。在用酸清洗过程中，有黑色固体物质脱落，并有臭鸡蛋气味气体冒出，确定该局部腐蚀为H2S腐蚀[4]。下层腐蚀挂片最大年坑深大于0.38 mm，属严重局部腐蚀，其腐蚀形貌见图9，3层腐蚀挂片检测出的均匀腐蚀速率见表2。

A海管出口电阻探针监测情况见图10，2010年3月至2010年9月，A海管出口下部均匀腐蚀速率波动较大，绝大多数时间大于0.0254 mm/a，但小于0.1270 mm/a，与3层挂片探头下部腐蚀挂片同属中度腐蚀。

图9 南海A海管出口下层腐蚀挂片清洗后形貌

表2 南海A海管出口3层挂片探头检测结果

图10 南海A海管出口下部电阻探针监测得到的均匀腐蚀速率变化趋势

腐蚀测试短节4∶00～8∶00方向内壁有块状垢，底部沉积物收集区发现大量沉积物（图11、12）。经分析，沉积物主要成分为FeS，其次是FeO（OH）和CaCO3。清污后发现，腐蚀测试短节母材腐蚀情况不严重，但腐蚀测试短节焊缝点蚀严重（图13），弯管焊缝腐蚀严重（图14）。

图11 南海A海管出口腐蚀测试短节内部原貌

2.4 系统监测结果分析

南海A海管入口及出口均有结垢现象，由此推断海管内可能存在结垢现象。为避免A海管出现垢下腐蚀和微生物腐蚀，建议作业者定期对海管进行清管作业。南海A海管流体由多个油田产出流体混合而成，监测结果显示，这些油田所用的阻垢剂不适用于A海管。根据对海管入口及出口水质的分析和对比，结合垢样物相定性分析结果，目前已优选出了新的阻垢剂，应用效果良好。分析腐蚀、结垢产物后认为，导致A海管腐蚀的主要因素之一是较高含量的硫化氢，作业者已根据建议增加了用于硫化氢腐蚀防护的缓蚀剂用量，并设法脱硫。

3 结束语

通过在南海A海管入口及出口设计、安装旁路式内腐蚀监测系统，实现了对A海管内腐蚀的全面跟踪。拆卸系统中的腐蚀测试短节，获得了海管直观的内腐蚀、结垢形貌及焊缝腐蚀情况；借助安装于系统中的腐蚀监测工具，得到了海管实时内腐蚀速率及平均腐蚀速度；分析腐蚀、结垢产物及沉积物，了解了海管腐蚀、结垢机理。系统中多方位的腐蚀监测、检测数据为南海A海管内腐蚀现状评估及其防腐措施的调整提供了准确的依据。同时，海管旁路式内腐蚀监测系统维护、管理简单，成本低，所有作业不影响油田的正常生产，因此，具备推广应用价值。

[1] 张智.恶劣环境气井井下油管的相变诱导腐蚀研究[J].天然气工业，2007，27（10）：1－3.

[2] 尹忠.硫化氢的危害与防治[J].油气田环境保护，2004，14（4）：37－39.

[3] 全国石油天然气标准化技术委员会.GB/T 23258－2009钢质管道内腐蚀控制规范[S].北京：中国标准出版社，2009.

[4] 于九政.油气田开发中硫化氢产生机理和防治研究[J].油气田环境保护，2008，18（4）：46－49.

Design and application of subsea pipeline by－pass internal corrosion monitoring system

Liao Wubin1Qin Lifeng2Li Fei1Shi Weiguo1Qiu Zhaojun1
（1.CNOOC Energy Technology ＆ Services –Shanghai Oilfield Technology Services Branch，Shanghai，200030；2.Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.，Guangdong，524057）

The by－pass internal corrosion monitoring system has been designed in order to monitor the internal corrosion of subsea pipeline in real time.It has been applied to a subsea pipeline in the South China Sea.Through installing the monitoring system at the inlet and outlet，the internal corrosion and scale information of the oil－gas－water three phase mixed transportation subsea pipeline can be got.The by－pass internal corrosion monitoring system can be maintained and managed easily and cost effectively without affecting the normal production of oilfield，so it has the application and dissemination value.

subsea pipeline；by－pass；internal corrosion monitoring system；design

廖伍彬，男，工程师，2002年毕业于原西南石油学院石油工程专业，主要从事油气田开发及生产管理工作。地址：上海市徐汇区零陵路583号海洋石油大厦2715室（邮编：200032）。电话：021－64386721。E－mail：liaowb2＠cnooc.com.cn。

2010－11－29改回日期：2011－01－06

（编辑：叶秋敏）