場(chǎng)指紋法腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)在塔中1號(hào)氣田的應(yīng)用

周 春，曾冠鑫，湯天遴，楊仕林，劉生福

（1.塔里木油田塔中勘探開(kāi)發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理部，塔里木841000；2.北京普斯維斯防腐科技有限公司，北京100102）

1 塔中1號(hào)氣田腐蝕監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)

塔中1號(hào)氣田位于塔克拉瑪干沙漠腹地，氣田天然氣中普遍含H2S，約為11～32 700mg·m-3，屬中～低含硫氣藏（部分單井為高含硫氣井，H2S含量大于30.0g·m-3），CO2氣體體積分?jǐn)?shù)為1.60%～4.91%，為低中含CO2油氣藏；地層水平均密度為1.079 4g·cm-3，總礦化度平均為116 294mg·L-1，水型為CaCl2型。根據(jù)塔中1號(hào)氣田介質(zhì)特性，判斷該氣田具有較強(qiáng)的潛在腐蝕問(wèn)題。結(jié)合目前已開(kāi)發(fā)的塔中6＃凝析氣田和塔中4＃油田介質(zhì)嚴(yán)重腐蝕狀況以及中國(guó)石油天然氣股份有限公司對(duì)酸性氣田開(kāi)發(fā)腐蝕監(jiān)測(cè)的要求，即地面生產(chǎn)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括主要生產(chǎn)設(shè)備和管線腐蝕狀況在線監(jiān)測(cè)等；集輸站場(chǎng)與管道設(shè)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，定期或在線監(jiān)測(cè)高含酸性氣體氣田井、集輸管道、關(guān)鍵設(shè)備內(nèi)腐蝕情況，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整防腐措施。在塔中1號(hào)產(chǎn)能建設(shè)應(yīng)系統(tǒng)地考慮腐蝕監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的建立。

生產(chǎn)系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)計(jì)遵循“區(qū)域性、代表性、系統(tǒng)性”的原則。“區(qū)域性”是指塔中1號(hào)氣田；“代表性”是指在生產(chǎn)系統(tǒng)中具有以點(diǎn)代面作用的點(diǎn)；“系統(tǒng)性”是指圍繞整個(gè)氣田生產(chǎn)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，即從氣井井口→集氣站（起點(diǎn)站）→氣體處理站（油氣處理、脫硫處理、脫水脫烴、凝析油處理、硫磺回收）→污水處理，以捕捉在該系統(tǒng)中腐蝕最為嚴(yán)重的部位為目的。

根據(jù)以上原則，在塔中1號(hào)氣田系統(tǒng)共設(shè)計(jì)建立了26個(gè)監(jiān)測(cè)部位，采用掛片＋電阻探針＋場(chǎng)指紋法（FSMlog）技術(shù)聯(lián)合監(jiān)測(cè)。其中，掛片26套，電阻探針26套。結(jié)合H2S腐蝕特點(diǎn)，針對(duì)掛片、電阻探針不能監(jiān)測(cè)彎頭、焊縫的腐蝕狀況以及裂紋缺陷，同時(shí)選擇了FSMlog腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)，以彌補(bǔ)掛片、探針監(jiān)測(cè)的不足。分別對(duì)TZ82干線來(lái)氣、TZ83干線來(lái)氣、TZ721干線進(jìn)氣體處理站管線彎頭及焊縫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布見(jiàn)表1。

表1 塔中1號(hào)氣田腐蝕監(jiān)測(cè)點(diǎn)明細(xì)表

2 FSMLog監(jiān)、檢測(cè)技術(shù)

2.1 FSMLog監(jiān)、檢測(cè)技術(shù)原理

FSMLog是一種新型無(wú)損監(jiān)、檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)主要用于檢測(cè)各種形式的腐蝕，也可檢測(cè)大多數(shù)裂紋，監(jiān)控腐蝕和裂紋的擴(kuò)展。其原理是通過(guò)監(jiān)測(cè)電流在金屬結(jié)構(gòu)上流動(dòng)方向的細(xì)微變化來(lái)檢測(cè)由于腐蝕引起的金屬損失、脆裂和凹坑。傳感針或電極呈矩陣式分布在被監(jiān)測(cè)區(qū)域以檢測(cè)電場(chǎng)方向的變化，比較測(cè)量電壓與最初的參考電壓。傳感針間距一般為壁厚的23倍。軟件提供圖解曲線表明凹坑和脆裂的位置，以及嚴(yán)重程度，計(jì)算實(shí)際腐蝕趨向和腐蝕速率。對(duì)于線在FSMLog監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其靈敏度是剩余壁厚的0.1%。

2.2 FSMLog監(jiān)、檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)

FSMlog具有監(jiān)測(cè)和檢測(cè)的功能。一方面能計(jì)算腐蝕速率，另一方面實(shí)時(shí)對(duì)管線本體進(jìn)行檢測(cè)。FSMLog技術(shù)在進(jìn)行監(jiān)測(cè)和檢測(cè)時(shí)具有以下特點(diǎn)：

（1）具有較高檢測(cè)精度且檢測(cè)結(jié)果不受操作者的影響。其檢測(cè)精度是超聲波的10倍以上，且不需耗材（探針、掛片），不需取放工具，可現(xiàn)實(shí)均勻腐蝕、局部腐蝕的測(cè)量；

（2）可監(jiān)測(cè)復(fù)雜的幾何體如（彎頭、T型接頭、Y型接頭等），并可大大減少監(jiān)測(cè)時(shí)間；

（3）由于具有遠(yuǎn)程監(jiān)、檢測(cè)功能，可進(jìn)行高空作業(yè)；

（4）對(duì)于一般腐蝕，其靈敏度高于剩余壁厚的0.5%，即實(shí)際靈敏度隨著腐蝕的增加而提高；

（5）非插入性，不破壞彎頭、管線的整體性和強(qiáng)度，不影響管道完整性，沒(méi)有泄漏的危險(xiǎn)，提高在H2S環(huán)境中的安全性，測(cè)量時(shí)不受導(dǎo)電性FeS膜的影響；適用于困難的位置（高溫、高壓），同時(shí)不影響投球清管作業(yè)，這是其他腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)無(wú)法比擬的；

（6）無(wú)需去掉涂層或保溫層，可大大節(jié)省監(jiān)、檢測(cè)費(fèi)用和時(shí)間；

（7）監(jiān)測(cè)所獲得的結(jié)果是管壁真實(shí)發(fā)生的腐蝕狀況。

FSMLog通過(guò)管外的傳感針就能發(fā)現(xiàn)管道的內(nèi)表面腐蝕情況，有助于延長(zhǎng)管道壽命；準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)管道的實(shí)際情況有助于減少智能清管的次數(shù)，是智能清管的一個(gè)不太昂貴的替代方法；可以用于緩蝕劑效果評(píng)價(jià)；通過(guò)改善腐蝕控制，使用碳鋼代替昂貴的耐蝕合金；FSMLog監(jiān)控軟件可圖形化地顯示腐蝕程度計(jì)算腐蝕速率，具有結(jié)果直觀、界面友好的優(yōu)點(diǎn)。

3 塔中1號(hào)FSMLog監(jiān)、檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)塔中1號(hào)氣田介質(zhì)特點(diǎn)，選擇了TZ82干線、TZ83干線、TZ721干線進(jìn)氣體處理站管線彎頭及焊縫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3.1 FSMLog設(shè)備的安裝

FSMLog的安裝主要由以下幾部分組成：傳感針定位及焊接點(diǎn)打磨；傳感針焊接；矩陣電纜連接及參考盤安裝；管道勵(lì)磁電流電纜安裝；FSMLog接線；FIU及計(jì)算機(jī)COM口接線；系統(tǒng)通訊測(cè)試。

通過(guò)以上步驟的安裝調(diào)試，塔中1號(hào)站內(nèi)3套FSMlog一次性安裝調(diào)試成功（見(jiàn)圖1），數(shù)據(jù)直接傳送到中控室電腦上，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，為及時(shí)掌握3條集輸管線進(jìn)站彎頭、焊縫的腐蝕奠定了良好基礎(chǔ)，并為氣體處理廠的安全生產(chǎn)奠定了一定基礎(chǔ)。

圖1 塔中1號(hào)氣體處理站TZ721，TZ82，TZ83來(lái)氣管線FSMlog在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖

3.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

自2010年9月22日投產(chǎn)以來(lái)，3套設(shè)備進(jìn)行了連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)捕捉腐蝕速率的變化，以及管線腐蝕、壁厚腐蝕（局部腐蝕）的變化情況，以TZ721、TZ82為例，系統(tǒng)介紹監(jiān)測(cè)結(jié)果的變化情況。

圖2為塔中1號(hào)氣體處理站TZ721來(lái)氣管線在不同時(shí)間的TZ721FSMlog監(jiān)測(cè)點(diǎn)三維柱狀圖腐蝕監(jiān)測(cè)圖（軟件截屏圖）。圖2中，Y軸縱坐標(biāo)為ppt，（1ppt＝0.1%線壁厚，TZ721管線壁厚為11mm），同時(shí)在軟件中也可以直接將縱坐標(biāo)設(shè)為mm；X軸為傳感針位置；Z軸為傳感針在鐘表的位置。

由圖2可以得到如下信息：

（1）FSMlog實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握腐蝕隨著生產(chǎn)時(shí)間的變化趨勢(shì)，掌握管線壁厚減薄變化情況。從圖（a）到（f）可以看出，監(jiān)測(cè)初期（2010年9月27日）平均值為：0.5ppt（0.005 5mm），生產(chǎn)運(yùn)行到2011年8月19日（296天）后平均值為：5ppt（0.055mm）。

圖2 塔中1號(hào)氣體處理站TZ721來(lái)氣管線不同時(shí)間的FSMlog在線腐蝕監(jiān)測(cè)圖

（2）可以直觀了解矩陣監(jiān)測(cè)點(diǎn)范圍內(nèi)局部腐蝕點(diǎn)的位置，了解局部腐蝕發(fā)展的實(shí)時(shí)情況，為安全生產(chǎn)提供科學(xué)的數(shù)據(jù)依據(jù)。以圖2（f）中第80對(duì)探針為例，從圖2（a）到圖2（f）可以看出，局部腐蝕發(fā)展較快，該點(diǎn)局部腐蝕為13ppt（0.143mm）。

（3）明確局部腐蝕點(diǎn)的具體位置。如圖（f）中第80對(duì)探針，位于被監(jiān)測(cè)管線4鐘點(diǎn)處（位置確定根據(jù)傳感針在現(xiàn)場(chǎng)管線的實(shí)際焊接位置編號(hào)與軟件傳感針數(shù)字進(jìn)行確定，見(jiàn)圖3），其他腐蝕較為嚴(yán)重的傳感針對(duì)分別為：25，31，39，40，41，47，48，49，63，65，71，72，88，112，確定了管線薄弱點(diǎn)具體位置。

（4）對(duì)于腐蝕嚴(yán)重的點(diǎn)，引用軟件X、Y軸的功能可以確定某點(diǎn)腐蝕變化趨勢(shì)。以圖2（f）中第80對(duì)傳感針對(duì)為例，利用軟件功能，顯示了該點(diǎn)在2010年9月22日至2011年8月25日腐蝕隨時(shí)的演變過(guò)程，腐蝕深度隨時(shí)間的延長(zhǎng)不斷的增加，總腐蝕深度為13ppt（0.143mm），折算腐蝕速率為0.155 3mm·a-1，見(jiàn)圖4。

圖3 圖2（f）的平面俯視圖

圖4 第80對(duì)傳感針腐蝕變化趨勢(shì)

圖5 為TZ82FSMlog監(jiān)測(cè)點(diǎn)2012年1月6日累計(jì)監(jiān)測(cè)腐蝕變化三維柱狀圖、平面俯視圖。由圖5可見(jiàn)，TZ82FSMlog測(cè)試區(qū)域最大點(diǎn)蝕深度為18ppt（0.18mm），位于44傳感針對(duì)；并以20，32，44，56，68，80，92傳感針對(duì)形成一條溝槽狀腐蝕坑。該溝槽腐蝕坑平均累計(jì)金屬損失為0.17mm，見(jiàn)圖5（b）。通過(guò)投產(chǎn)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)運(yùn)行470d計(jì)算：該溝槽腐蝕速率為0.1320mm·a-1。該溝槽狀腐蝕作為重要的跟蹤監(jiān)測(cè)目標(biāo)，實(shí)時(shí)判斷腐蝕狀況，結(jié)合管線運(yùn)行壓力，計(jì)算允許溝槽狀腐蝕深度的最大值，提前進(jìn)行管線更換及維修，及時(shí)杜絕安全事故的發(fā)生，確保氣田正常生產(chǎn)。

圖5 塔中1號(hào)氣體處理站TZ82來(lái)氣管線在2012年1月6日的FSMlog在線腐蝕監(jiān)測(cè)圖

4 結(jié)束語(yǔ)

FSMlog監(jiān)測(cè)技術(shù)在國(guó)外應(yīng)用較為廣泛，主要應(yīng)用于酸性油氣田、煉化廠和海上石油的腐蝕監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)。該技術(shù)目前應(yīng)用較少在國(guó)內(nèi)，但隨著各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)對(duì)腐蝕問(wèn)題重視程度的日益加深，在國(guó)內(nèi)酸性氣田的開(kāi)發(fā)中，不斷采用該項(xiàng)技術(shù)。目前普光氣田應(yīng)用了19套，西南油氣田龍崗氣田應(yīng)用了2套，長(zhǎng)慶大北氣田應(yīng)用了2套，海上石油應(yīng)用了3套，塔里木油氣田應(yīng)用了6套（其中FSMlog3套，F(xiàn)SM-IT3套）。該項(xiàng)技術(shù)所具備的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)得到了越來(lái)越人的認(rèn)可，它將會(huì)廣泛的應(yīng)用到酸性油氣田的開(kāi)發(fā)、煉油、化工高溫高壓系統(tǒng)的彎頭、三通、焊縫、低洼積液處的腐蝕監(jiān)測(cè)、檢測(cè)評(píng)價(jià)。該技術(shù)豐富了腐蝕監(jiān)測(cè)、檢測(cè)技術(shù)，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。