合金化电化学防腐保温油管在喇嘛甸油田的应用

马艳峰 大庆油田采油六厂

合金化电化学防腐保温油管在喇嘛甸油田的应用

马艳峰 大庆油田采油六厂

大庆油田采油六厂目前库存废旧油水管577.4 km，修复后重新利用的仅为24.4 km，资源浪费严重。合金化电化学修复技术是以油田报废的油管为基材，利用多元合金化的金相生长能力，修复油管表面的微观缺陷处，使报废油管的微小裂缝被金相填补，达到地面埋地管道应用的性能要求，可转向应用于油田单井集输管线。采油六厂目前每年更换单井管线约30 km，若全部采用修复油管，每年可节约管材费用91.74万元。

合金化；电化学；修复油管；防腐保温

1 应用背景

喇嘛甸油田地处低洼盐碱地，pH值在8～10之间，土壤腐蚀性强，管线在电化学作用下加剧了腐蚀速率；同时由于管线运行时间长，部分管线经常发生腐蚀穿孔现象，给油田生产带来很大不便。为保证油田安全生产，每年至少要投入640万元对管道进行维修或更换。随着油田开发年限的增长，管线腐蚀损坏的趋势将更加明显，用于维护管道的投资也会大幅度地增加。为了降低油田开发成本，对合金化电化学防腐保温管在喇嘛甸油田的应用进行了研究。

2 合金化电化学防腐保温技术

合金化电化学修复技术是以油田报废的油管为基材，利用多元合金化的金相生长能力，修复油管表面的微观缺陷处，使报废油管的微小裂缝被金相填补，达到地面埋地管道应用的性能要求，使油田大量的报废油管经合金化修复处理后，再经过一步法形成保温层制成保温管，可转向应用于油田单井集输管线。

2.1 多元合金化工艺

多元合金化是将经过前处理的废旧油管浸入熔融的锌、铝多元合金液中，在其表面形成多元合金的工艺过程和方法。

镀层的形成有三个步骤：油管表面被高温多元合金铝液溶解形成合金相层；合金层中的锌铝等合金原子进一步向油管基体扩散；合金层表面包络着一薄层纯多元合金层，即镀层的表层。这样就形成了表层、中间合金层及基体三位一体的金相结合。表层软可起减撞作用，而中间合金层硬度比普通管可提高50%左右，耐冲击性及耐磨性都大大提高。镀层与基体为冶金结合，不会起皮、剥离。

修复前的管体表面缺陷处有应力集中现象，降低了管剩余厚度的破裂压力，但在浸镀过程中，管体表面缺陷可通过金相生长而修复，从而消除应力集中，提高管材的破裂压力。

2.2 防腐保温层工艺

合金化防腐保温层工艺是把绝热层和保护层同时包覆在钢管外表面上的一种方法。保温层采用先进的一步法生产工艺，注入发泡成型技术。注入的操作过程是：按配方比例，将聚氨酯原料均匀充分混合后，注入模具，在发生化学反应的同时进行发泡成型后，从挤出机中挤出泡沫塑料在模具中成型，制得保温层。该工艺与其他方法相比具有连续作业、生产效率高、成本低、节约能源、不污染环境等突出优点。

保温层采用聚氨酯新型高分子合成材料，其黏结强度约为0.2～1 MPa，成型时间极短，大约在7～30 s内成型，施工效率高。

2.3 合金化电化学防腐保温管电化学保护

合金化前油管的自然电位为-0.50～0.60 V左右，经过合金化防腐处理后，不仅具有常规防腐隔离层的保护作用，因锌、铝等多元合金比钢铁的极化电位更负，在腐蚀环境中多元合金层受损时还能向基体金属提供牺牲阳极保护，管体破损处极化电位达到-0.85 V以上，符合国家标准。

因防腐层自身具有自生电流免维护的电化学保护作用，而大大地延长管道的使用寿命，应用过程中不需要维护。

通过对比试片腐蚀测量可知，裸铁片的年腐蚀速率高达1.88 mm/a，而受到保护的合金化试片年腐蚀率仅为0.08 mm/a，两者相差23倍。由此可知，废旧油管经合金化电化学防腐保温修复后可延长使用寿命。

3 合金化电化学防腐保温管应用

目前大庆油田采油六厂库存报废油管577.4 km，修复后重新利用率仅为24.4 km，剩余未利用的废旧油管腐蚀并不明显，如果把这些废旧油管修复后重新利用，将会创造很大的经济效益。

3.1 力学性能分析

表1为油管、碳钢管机械性能数据对比表。由表1中的数据可以看出，采油六厂废油管的机械性能远远高于常用的20#碳钢。因此将废旧油管应用地面管线从力学性能方面看是可行的。

表1 钢管机械性能数据

3.2 现场应用

在2012年长关井治理工程中，有9口油井集油管线应用合金化电化学防腐保温管共3.15 km。施工前对修复后油管进行静水试压，达到《油气输送管道线路工程施工技术规范（Q/SY 1059—2009）》要求：强度试压为在设计压力（1.6 MPa）1.5倍下，4 h不渗不漏；严密性试验为在设计压力（1.6 MPa）下，24 h不渗不漏。

3.3 连接方式

旧油管本身带有螺纹，因此对于螺纹未损坏的油管可采取螺纹连接；对于不能采用螺纹连接的钢管，可以选择电弧焊连接方式。进行合金化工艺之前将废旧油管两端螺纹切除，避免由于螺纹处壁厚不均匀发生腐蚀。常规防腐方法，在管道间连接时防腐层被破坏，而合金化电化学防腐保温管的防腐层下为锌、铝多元合金金属层，与管基体为冶金结合，焊接时在高温条件下合金层重新熔化，使焊接处仍为富含锌、铝多元合金的铁合金，仍具有耐蚀性。即该管焊接后不破坏防腐层，且具有常规防腐保温管所不具备的焊口自防腐性能。

3.4 经济效益分析

废旧油管每公里约重8.5吨，目前废旧钢材市场价约为0.4万元/吨，若按废品处理，废旧油管单价约为3.4万元/公里，修复油管报价为7.142万元/公里，合金化电化学防腐保温管总成本约为10.542万元/公里。

根据费用对比情况来看，修复油管的一次性投资要明显小于新的无缝钢管，更换1 km单井管线可节约管材费用3.058万元，本次改造共节约投资9.632 7万元。采油六厂目前每年更换单井管线约30 km，若全部采用修复油管，每年可节约管材费用91.74万元。

（栏目主持张秀丽）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.2.034