陆上油田集输管道腐蚀失效管理与可靠性研究

2020-01-13李涛贺磊中国石油天然气股份有限公司冀东油田分公司陆上油田作业区河北唐山063200

化工管理 2020年15期

李涛贺磊（中国石油天然气股份有限公司冀东油田分公司陆上油田作业区，河北唐山063200）

0 引言

陆上油田作业产生的液体具有含水量高、有关介质的腐蚀能力强等特点，致使管道腐蚀穿孔发生的事件时常发生，对环境安全影响非常大，对设备的维修费用因此加大，影响油田正常生产运营，所以有必要找出集输管道腐蚀的原因，以便制定出防止管道腐蚀的预防方案，确保油田企业正常生产运营是非常有意义的。

1 陆上油田集输管道腐蚀现状

一般来说，油田作业之时，地面集输系统采用三级的布站方式，指的就是：把原有输送至计量的地方，再进行混输运转至联合处，采用渗水密封技术，最终形成在计量处进行转运，在联合处统一处理的集输流程。

集输管道材质选取密封性好的钢管；注水管道材质采用等级高的无缝钢管，外防腐采用缠带和无机物塑料防腐，管道内没有添加图层，有关数据表明：集输管道腐蚀的主要原因来自内腐蚀管道穿孔，占据失效总数的大部分，腐蚀常出现在管道的接头处、缝接处及拐弯的地方，这些容易被腐蚀的地方，在其表面往往会存在较密集的腐蚀产物，内部腐蚀的现象极为严重，逐渐表现出局部腐蚀特征。

2 集输管道输送介质的特点

采油工艺往往采用二氧化碳吞吐方式，在作业过程中，导致大量呈液体状态的二氧化碳进入地表层，部分呈气态状的二氧化碳随着产液一起排出，进入不是处理二氧化碳的吞吐井，最终导致集输管道内含有大量二氧化碳成分，系统中的每个联合站、接收站都吸收了二氧化碳，含量多达40%。

一般来说，依据油田产生液含水量的比例，含水量一般5个开发期即无水期、低量含水期、中量含水期、高含水期以及特高含水期，现如今油田含水量搞到90%，属于特高含水期，这很容易造成管道发生腐蚀。陆上油田采出水中含有大量的介质，除了含有大部分二氧化碳介质外，还存在着很多导致管道腐蚀的因素，比如说：硫化氢、溶解氧、硫酸盐还原菌等。

3 油田集输管道腐蚀失效管理分析

3.1 管道失效管理原因

通过观察管道的外观、微观及对金相进行分析，结果表明管道外壁基本上不会出现腐蚀情况，管道腐蚀主要来源于管道内部；利用能谱分析得出，管道表面腐蚀产物中含有氧、碳、铁三种极易发生氧化反应的元素，其腐蚀产物通常为碳酸铁，该管道内部会伴随着浊点现象，体现了二氧化碳的腐蚀特征，腐蚀坑内的硫元素含量较高，按照元素分析看来，属于硫化铁腐蚀产物，在发生腐蚀过程中，会伴随着一定程度的硫化氢腐蚀。

采用数据仿真模拟技术，采用有限元对管道腐蚀进行分析，结果表明，在弯管的转向部位容易收到冲刷作用；通过分析油田作业中出现穿孔的管道，发现管道腐蚀多发生于管道的底部、管道焊接处、流体转向拐弯处，腐蚀形状通常表现为针孔状、沟槽的形状。因此可以得出结论：腐蚀穿孔常发生于管道底部腐蚀沉积处以及流体发生急速转变的情况下。

3.2 依据二氧化碳与硫化氢腐蚀判断

二氧化碳在水中有极强的腐蚀性，硫化氢在水中容易发生电离，促使水变为酸性，进而促使混合体具有较高的腐蚀性。通过有关数据表明，当硫化氢与二氧化碳共存的时候，通过对比二氧化碳和硫化氢压力的比值，进一步来判断腐蚀由哪一方决定，也就是说：当二氧化碳与硫化氢压力比值大于500时，腐蚀是二氧化碳引起的甜性坑蚀；当二氧化碳与硫化氢压力比值小于500时，腐蚀是由硫化氢造成的酸性应力腐蚀。另一方面，可以依据二氧化塘压力值来判定腐蚀的程度：当二氧化碳压力值小于0.02MPa的时候，不发生腐蚀现象；当当二氧化碳压力值介于0.02MPa 和0.2MPa 之间的时候，管道会发生腐蚀；当二氧化碳压力值大于0.2MPa时，管道会受到严重的腐蚀。

4 陆上油田集输管道腐蚀可靠性研究

陆上油田作业采用预防治理相结合，以防止为中心的原则，有效开展现场实践工作及技术上的攻关工作，不断总结和创新防止手段，制定出更加符合油田作业实际情况的腐蚀防止体系，一边取得好的防治效果。

4.1 管道腐蚀评价研究

因为陆上油田作业管道多采用无收发的球筒，多数情况下采用1.5直径的弯头，因此不能采用管道内检测技术，经过多种技术优缺点的比较，应当选择无接触式的磁感应力检测技术；无接触式的磁感应力检测技术用于非开挖管道的检测技术，能识别出管道焊接不足、金属上存在的缺陷以及磁场发生异常的情况，并为检测的管道做出评级，为管道维修工作提供数据上的支持。

使用腐蚀监测，能获得腐蚀过程和参数相互之间的关系，对腐蚀程度进行评估，优化腐蚀治理方案，起到放缓的效果；依据陆上油田集输管道腐蚀的特点，结合实际情况及腐蚀检测所要花费的费用，有如下两种监测方案可供选择：对于腐蚀系统较为轻的，采用腐蚀挂片的方法进行腐蚀监测；对于腐蚀系统较为严重的系统，采用腐蚀挂片和电阻探针的方法，进行有效结合腐蚀监督。

充分结合先进的数据分析技术以及人工智能技术的优点，制定出科学合理的管道腐蚀分析和报警系统，该管道腐蚀分析和报警系统通常包括：对数据的采集、对数据的维护、对数据进行查找、腐蚀程度风险预报以及专题图等模块。在一定程度上，当腐蚀速率过高时，超出标准就会产生预警的功能，及对管道风险分级预警功能，可以为腐蚀防治工作提供指导。对于管道内部腐蚀较为严重的、在施工上比较困难的、在环境上要求比较高的集输管道，可以采用HDPE 插修复在线管道技术，也就是说在管道内部插入高密度的聚乙烯管，从而形成复合结构，以便达到管道防腐的效果。

4.2 陆上油田集输管道腐蚀预防研究

使用缓冲剂也能控制管道受到腐蚀，也是常用的预防管道腐蚀的方法。一般来说，只需要添加一定质量分数的有效缓冲剂，就能降低管道的腐蚀效率；但是缓冲剂是不能随便使用的，在使用之前，应当委托专业人员对缓冲剂性能进行评估和筛选，经过对比下来，咪哆啉缓冲剂为最佳选择，其母体为油酸咪哆啉，其具有良好的水溶性、成本价格不贵、容易生产等优点，同时对二氧化碳的腐蚀作用，具有良好的防腐蚀效果，阻止二氧化碳对管道进行腐蚀。一般来说，缓冲剂添加在转油站处，实现集输系统24小时加药。

集输管道在通过沟渠时，采用的铺设方式多为桁架跨越模式，在弯头处常存在冲刷腐蚀现象，一旦管道穿孔的话，就会对环境造成很大影响，为了避免这样事件发生，在集输弯头处应当采用碳纤维补强技术，进而来提高管道的耐腐蚀性和管道的硬度，以便取得好的防治效果。

4.3 治理管道腐蚀研究

对于投产时间小于4年的，管壁腐蚀减薄程度小于2mm的管道，且管道内无涂层情况的，应当采用内涂层的防腐技术，这种技术就是在发生器运作时产生气流，促使磨料清除锈垢，之后用涂料进行管道内部涂层防腐，以便在管道内部形成一层较为致密的防腐层，把钢质管道转换成复合管道的技术，这项技术的应用给管道内部涂层防腐开创了先例，同时也提供具有开创性的技术方法和思想。

对于管道内部腐蚀较为严重的、在施工上比较困难的、在环境上要求比较高的集输管道，可以采用HDPE插修复在线管道技术，也就是说在管道内部插入高密度的聚乙烯管，从而形成复合结构，以便达到管道防腐的效果。

对于单井管道腐蚀，应当优化简化工艺流程，使用串接技术和T接技术，从而实现单管冷输、减少总体上投用管道用量；在新建单井管道时采用非金属类的管材，简能而任提高管道耐腐蚀能力、延长管道的使用年限。