陸上油田集輸管道腐蝕失效管理與可靠性研究

李濤 賀磊（中國石油天然氣股份有限公司冀東油田分公司陸上油田作業區，河北 唐山063200）

0 引言

陸上油田作業產生的液體具有含水量高、有關介質的腐蝕能力強等特點，致使管道腐蝕穿孔發生的事件時常發生，對環境安全影響非常大，對設備的維修費用因此加大，影響油田正常生產運營，所以有必要找出集輸管道腐蝕的原因，以便制定出防止管道腐蝕的預防方案，確保油田企業正常生產運營是非常有意義的。

1 陸上油田集輸管道腐蝕現狀

一般來說，油田作業之時，地面集輸系統采用三級的布站方式，指的就是：把原有輸送至計量的地方，再進行混輸運轉至聯合處，采用滲水密封技術，最終形成在計量處進行轉運，在聯合處統一處理的集輸流程。

集輸管道材質選取密封性好的鋼管；注水管道材質采用等級高的無縫鋼管，外防腐采用纏帶和無機物塑料防腐，管道內沒有添加圖層，有關數據表明：集輸管道腐蝕的主要原因來自內腐蝕管道穿孔，占據失效總數的大部分，腐蝕常出現在管道的接頭處、縫接處及拐彎的地方，這些容易被腐蝕的地方，在其表面往往會存在較密集的腐蝕產物，內部腐蝕的現象極為嚴重，逐漸表現出局部腐蝕特征。

2 集輸管道輸送介質的特點

采油工藝往往采用二氧化碳吞吐方式，在作業過程中，導致大量呈液體狀態的二氧化碳進入地表層，部分呈氣態狀的二氧化碳隨著產液一起排出，進入不是處理二氧化碳的吞吐井，最終導致集輸管道內含有大量二氧化碳成分，系統中的每個聯合站、接收站都吸收了二氧化碳，含量多達40%。

一般來說，依據油田產生液含水量的比例，含水量一般5個開發期即無水期、低量含水期、中量含水期、高含水期以及特高含水期，現如今油田含水量搞到90%，屬于特高含水期，這很容易造成管道發生腐蝕。陸上油田采出水中含有大量的介質，除了含有大部分二氧化碳介質外，還存在著很多導致管道腐蝕的因素，比如說：硫化氫、溶解氧、硫酸鹽還原菌等。

3 油田集輸管道腐蝕失效管理分析

3.1 管道失效管理原因

通過觀察管道的外觀、微觀及對金相進行分析，結果表明管道外壁基本上不會出現腐蝕情況，管道腐蝕主要來源于管道內部；利用能譜分析得出，管道表面腐蝕產物中含有氧、碳、鐵三種極易發生氧化反應的元素，其腐蝕產物通常為碳酸鐵，該管道內部會伴隨著濁點現象，體現了二氧化碳的腐蝕特征，腐蝕坑內的硫元素含量較高，按照元素分析看來，屬于硫化鐵腐蝕產物，在發生腐蝕過程中，會伴隨著一定程度的硫化氫腐蝕。

采用數據仿真模擬技術，采用有限元對管道腐蝕進行分析，結果表明，在彎管的轉向部位容易收到沖刷作用；通過分析油田作業中出現穿孔的管道，發現管道腐蝕多發生于管道的底部、管道焊接處、流體轉向拐彎處，腐蝕形狀通常表現為針孔狀、溝槽的形狀。因此可以得出結論：腐蝕穿孔常發生于管道底部腐蝕沉積處以及流體發生急速轉變的情況下。

3.2 依據二氧化碳與硫化氫腐蝕判斷

二氧化碳在水中有極強的腐蝕性，硫化氫在水中容易發生電離，促使水變為酸性，進而促使混合體具有較高的腐蝕性。通過有關數據表明，當硫化氫與二氧化碳共存的時候，通過對比二氧化碳和硫化氫壓力的比值，進一步來判斷腐蝕由哪一方決定，也就是說：當二氧化碳與硫化氫壓力比值大于500時，腐蝕是二氧化碳引起的甜性坑蝕；當二氧化碳與硫化氫壓力比值小于500時，腐蝕是由硫化氫造成的酸性應力腐蝕。另一方面，可以依據二氧化塘壓力值來判定腐蝕的程度：當二氧化碳壓力值小于0.02MPa的時候，不發生腐蝕現象；當當二氧化碳壓力值介于0.02MPa 和0.2MPa 之間的時候，管道會發生腐蝕；當二氧化碳壓力值大于0.2MPa時，管道會受到嚴重的腐蝕。

4 陸上油田集輸管道腐蝕可靠性研究

陸上油田作業采用預防治理相結合，以防止為中心的原則，有效開展現場實踐工作及技術上的攻關工作，不斷總結和創新防止手段，制定出更加符合油田作業實際情況的腐蝕防止體系，一邊取得好的防治效果。

4.1 管道腐蝕評價研究

因為陸上油田作業管道多采用無收發的球筒，多數情況下采用1.5直徑的彎頭，因此不能采用管道內檢測技術，經過多種技術優缺點的比較，應當選擇無接觸式的磁感應力檢測技術；無接觸式的磁感應力檢測技術用于非開挖管道的檢測技術，能識別出管道焊接不足、金屬上存在的缺陷以及磁場發生異常的情況，并為檢測的管道做出評級，為管道維修工作提供數據上的支持。

使用腐蝕監測，能獲得腐蝕過程和參數相互之間的關系，對腐蝕程度進行評估，優化腐蝕治理方案，起到放緩的效果；依據陸上油田集輸管道腐蝕的特點，結合實際情況及腐蝕檢測所要花費的費用，有如下兩種監測方案可供選擇：對于腐蝕系統較為輕的，采用腐蝕掛片的方法進行腐蝕監測；對于腐蝕系統較為嚴重的系統，采用腐蝕掛片和電阻探針的方法，進行有效結合腐蝕監督。

充分結合先進的數據分析技術以及人工智能技術的優點，制定出科學合理的管道腐蝕分析和報警系統，該管道腐蝕分析和報警系統通常包括：對數據的采集、對數據的維護、對數據進行查找、腐蝕程度風險預報以及專題圖等模塊。在一定程度上，當腐蝕速率過高時，超出標準就會產生預警的功能，及對管道風險分級預警功能，可以為腐蝕防治工作提供指導。對于管道內部腐蝕較為嚴重的、在施工上比較困難的、在環境上要求比較高的集輸管道，可以采用HDPE 插修復在線管道技術，也就是說在管道內部插入高密度的聚乙烯管，從而形成復合結構，以便達到管道防腐的效果。

4.2 陸上油田集輸管道腐蝕預防研究

使用緩沖劑也能控制管道受到腐蝕，也是常用的預防管道腐蝕的方法。一般來說，只需要添加一定質量分數的有效緩沖劑，就能降低管道的腐蝕效率；但是緩沖劑是不能隨便使用的，在使用之前，應當委托專業人員對緩沖劑性能進行評估和篩選，經過對比下來，咪哆啉緩沖劑為最佳選擇，其母體為油酸咪哆啉，其具有良好的水溶性、成本價格不貴、容易生產等優點，同時對二氧化碳的腐蝕作用，具有良好的防腐蝕效果，阻止二氧化碳對管道進行腐蝕。一般來說，緩沖劑添加在轉油站處，實現集輸系統24小時加藥。

集輸管道在通過溝渠時，采用的鋪設方式多為桁架跨越模式，在彎頭處常存在沖刷腐蝕現象，一旦管道穿孔的話，就會對環境造成很大影響，為了避免這樣事件發生，在集輸彎頭處應當采用碳纖維補強技術，進而來提高管道的耐腐蝕性和管道的硬度，以便取得好的防治效果。

4.3 治理管道腐蝕研究

對于投產時間小于4年的，管壁腐蝕減薄程度小于2mm的管道，且管道內無涂層情況的，應當采用內涂層的防腐技術，這種技術就是在發生器運作時產生氣流，促使磨料清除銹垢，之后用涂料進行管道內部涂層防腐，以便在管道內部形成一層較為致密的防腐層，把鋼質管道轉換成復合管道的技術，這項技術的應用給管道內部涂層防腐開創了先例，同時也提供具有開創性的技術方法和思想。

對于管道內部腐蝕較為嚴重的、在施工上比較困難的、在環境上要求比較高的集輸管道，可以采用HDPE插修復在線管道技術，也就是說在管道內部插入高密度的聚乙烯管，從而形成復合結構，以便達到管道防腐的效果。

對于單井管道腐蝕，應當優化簡化工藝流程，使用串接技術和T接技術，從而實現單管冷輸、減少總體上投用管道用量；在新建單井管道時采用非金屬類的管材，簡能而任提高管道耐腐蝕能力、延長管道的使用年限。

5 結語

總的來說，對于不同管道的腐蝕程度，應當采取不同的、具有針對性的治理措施以及管理手段，降低陸上油田作業區集輸管道穿孔事件發生的概率，減少對環境污染，為陸上油田集輸管道腐蝕防治提供有力的依據。