降低生产平台管线泄漏频次技术研究

马骥 尚涛涛

摘要：本文针对紫金坝所辖气井生产管线泄漏严重问题，开展技术对策研究，明确管线腐蚀主要原因为二氧化碳参与的电化学腐蚀，并对其影响因素进行剖析，制定合理的解决对策，包括全聚焦相控阵超声波探伤仪检测预警、添加缓蚀剂以及增加管线壁厚等，取得较好效果，2020年生产管线泄漏仅12次，同比下降23井次，有效降低生产成本，提高气井生产时率，实现提质增效目的。

关键词：页岩气  管线泄漏   技术对策

1.概况

受物理、化学等因素影响，紫金坝所辖气井生产管线腐蚀严重，一旦管道被腐蚀穿孔，平台必须关井，生产中断。2019年紫金坝全年生产管线泄漏约35次，严重影响了页岩气平台生产时率，同时对生态环境带来危害，亟需开展管线泄漏原因剖析，制定合理的解决对策，实施页岩气井连续稳定高效开发。

2.管线泄露原因分析

2.1腐蚀定义

金属材料与周围环境介质之间发生电化学或化学作用而导致材料的破坏或变质，金属腐蚀发生在金属材料与介质之间的相界面上，其过程为多相反应，按腐蚀机理可分为物理腐蚀、化学腐蚀、电化学腐蚀等三类。

2.2腐蚀机理

物理腐蚀是指金属受单纯的物理溶解作用所引起的破坏，如高速流体冲击、砂砾磨损等腐蚀，化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏，而电化学腐蚀是由于金属与电解质溶液接触形成了腐蚀原池。它的腐蚀反应历程分为阳极氧化过程和阴极还原过程，电化学腐蚀会加速阳极材料的损耗速率，腐蚀主要产物为碳酸亚铁，具体化学反应过程如下：

①阳极反应： Fe → Fe2+ + 2e

②阴极反应：H2O + CO2 → 2H+ + CO32-  2H+ +  2e → H2

③陰极产物：Fe + H2CO3 →Fe CO3 + H2

2.3紫金坝气井管线腐蚀原因

根据紫金坝多口气井腐蚀产物分析，部分产物为碳酸亚铁，由此可以判定腐蚀类型为有二氧化碳参与的电化学腐蚀，以YS108H19-1为例，具体如表1所示。

2.4电化学腐蚀主要因素

（1）二氧化碳分压

CO2分压是影响腐蚀速率的主要因素，当CO2分压为0.021MPa时，表腐蚀将要发生;当CO2分压为0.021-0.21MPa时，腐蚀将会比较严重。

（2）地层温度

当地层温度低于60℃时，腐蚀速率是由CO2水解生成碳酸的速度和CO2扩散至金属表面的速度共同决定，以均匀腐蚀为主;当温度高于60℃时，金属表面有碳酸亚铁生成，腐蚀速率由穿过阻挡层传质过程决定;当温度在60～110℃时，腐蚀产物厚而松，结晶粗大，不均匀，易破损，局部孔蚀严重。当温度高于150℃时，腐蚀产物细致、紧密、附着力强，具有保护性，腐蚀率下降。

（3）流速

流速是二氧化碳腐蚀的一个重要影响因素，当低流速低于0.32m/s时，腐蚀速率将随着流速的增大而加速;当流速高于0.32m/s时，腐蚀速率完全由电荷传递所控制，此时流速的变化已不重要，温度的影响变成主要影响因素。

3 治理对策研究

3.1利用全聚焦相控阵超声波探伤仪进行检测预警

相控阵超声波探伤仪是集成常规超声波探伤技术和相控阵科技为一体，利用二维矩阵探头、实时TFM成像技术快速对焊口、弯头、腐蚀情况进行检测。

3.2添加缓蚀剂

（1）缓蚀机理

缓蚀剂是一种以适当的浓度和形式存在于环境介质中，可通过在金属表面或表面附近的作用，对金属表面起到防护作用的物质。缓蚀剂也是油气田生产当中避免内管道腐蚀的最主要手段。

（2）缓蚀剂类型

常用的缓蚀剂均是吸附膜型有机缓蚀剂，如RX204A、RX201缓蚀剂等，均具有较强抗二氧化碳缓蚀能力。缓蚀剂吸附膜后会对金属表面产生两种影响，一是缓蚀剂通过吸附改变了金属表面的电荷状态，使金属表面的能量状态趋于稳定，腐蚀反应的所需活化能增加，腐蚀难以进行、;二是被吸附的分子中非极性基团在金属表面形成一层疏水性的保护膜，从分子级别上隔绝腐蚀性物质与金属表面接触。

（3）加注工艺

缓蚀剂在油气田开采中使用两种注入工艺方式：间歇注入方式和连续注入方式。针对气井的不同类型，目前较成熟的工艺主要有通过罐（管）式加注装置、流体计量泵和车载泵。

3.2更换加厚管件

腐蚀严重的部位更换为加厚弯头和三通更换加厚管件（壁厚10.5mm）。

4 实施效果

在上述研究成果指导下，2020年紫金坝全年生产管线泄漏仅12次，相比2019年，减少23井次，大幅度提高气井生产时率，节省管线修复成本，降低管线泄漏风险，实施降本增效目的。

5 结论

（1）紫金坝所辖气井生产管线泄漏严重，影响气井生产时率，污染环境。

（2）在腐蚀机理分析基础上，明确紫金坝生产平台管线腐蚀主要原因为二氧化碳参与的电化学腐蚀，并对其影响因素进行剖析。

（3）制定合理的解决对策，包括全聚焦相控阵超声波探伤仪检测预警、添加缓蚀剂以及增加管线壁厚等，取得较好效果。

参考文献：

[1] 张生等.长输天然气管道泄漏检测技术探讨[J]. 化工设计通讯. 2017（12）.

[2] 臧付冲.浅谈长输天然气管道泄漏检测技术[J]. 当代化工研究. 2018（12）.

[3] 李秀清. 提高天然气管道输送效率方法的探讨[J].云南化工.2019（02）.

作者简介：马骥，男，1988年2月出生甘肃，汉族，2018年毕业于中国石油大学，现于中国石油天然气股份有限公司浙江油田分公司从事天然气开采工作。

中国石油天然气股份有限公司浙江油田分公司西南采气厂