降低生產平臺管線泄漏頻次技術研究

馬驥 尚濤濤

摘要：本文針對紫金壩所轄氣井生產管線泄漏嚴重問題，開展技術對策研究，明確管線腐蝕主要原因為二氧化碳參與的電化學腐蝕，并對其影響因素進行剖析，制定合理的解決對策，包括全聚焦相控陣超聲波探傷儀檢測預警、添加緩蝕劑以及增加管線壁厚等，取得較好效果，2020年生產管線泄漏僅12次，同比下降23井次，有效降低生產成本，提高氣井生產時率，實現提質增效目的。

關鍵詞：頁巖氣 ?管線泄漏 ??技術對策

1.概況

受物理、化學等因素影響，紫金壩所轄氣井生產管線腐蝕嚴重，一旦管道被腐蝕穿孔，平臺必須關井，生產中斷。2019年紫金壩全年生產管線泄漏約35次，嚴重影響了頁巖氣平臺生產時率，同時對生態環境帶來危害，亟需開展管線泄漏原因剖析，制定合理的解決對策，實施頁巖氣井連續穩定高效開發。

2.管線泄露原因分析

2.1腐蝕定義

金屬材料與周圍環境介質之間發生電化學或化學作用而導致材料的破壞或變質，金屬腐蝕發生在金屬材料與介質之間的相界面上，其過程為多相反應，按腐蝕機理可分為物理腐蝕、化學腐蝕、電化學腐蝕等三類。

2.2腐蝕機理

物理腐蝕是指金屬受單純的物理溶解作用所引起的破壞，如高速流體沖擊、砂礫磨損等腐蝕，化學腐蝕是指金屬表面與非電解質直接發生化學作用而引起的破壞，而電化學腐蝕是由于金屬與電解質溶液接觸形成了腐蝕原池。它的腐蝕反應歷程分為陽極氧化過程和陰極還原過程，電化學腐蝕會加速陽極材料的損耗速率，腐蝕主要產物為碳酸亞鐵，具體化學反應過程如下：

①陽極反應： Fe → Fe2+ + 2e

②陰極反應：H2O + CO2 → 2H+ + CO32- ?2H+ + ?2e → H2

③陰極產物：Fe + H2CO3 →Fe CO3 + H2

2.3紫金壩氣井管線腐蝕原因

根據紫金壩多口氣井腐蝕產物分析，部分產物為碳酸亞鐵，由此可以判定腐蝕類型為有二氧化碳參與的電化學腐蝕，以YS108H19-1為例，具體如表1所示。

2.4電化學腐蝕主要因素

（1）二氧化碳分壓

CO2分壓是影響腐蝕速率的主要因素，當CO2分壓為0.021MPa時，表腐蝕將要發生;當CO2分壓為0.021-0.21MPa時，腐蝕將會比較嚴重。

（2）地層溫度

當地層溫度低于60℃時，腐蝕速率是由CO2水解生成碳酸的速度和CO2擴散至金屬表面的速度共同決定，以均勻腐蝕為主;當溫度高于60℃時，金屬表面有碳酸亞鐵生成，腐蝕速率由穿過阻擋層傳質過程決定;當溫度在60～110℃時，腐蝕產物厚而松，結晶粗大，不均勻，易破損，局部孔蝕嚴重。當溫度高于150℃時，腐蝕產物細致、緊密、附著力強，具有保護性，腐蝕率下降。

（3）流速

流速是二氧化碳腐蝕的一個重要影響因素，當低流速低于0.32m/s時，腐蝕速率將隨著流速的增大而加速;當流速高于0.32m/s時，腐蝕速率完全由電荷傳遞所控制，此時流速的變化已不重要，溫度的影響變成主要影響因素。

3 治理對策研究

3.1利用全聚焦相控陣超聲波探傷儀進行檢測預警

相控陣超聲波探傷儀是集成常規超聲波探傷技術和相控陣科技為一體，利用二維矩陣探頭、實時TFM成像技術快速對焊口、彎頭、腐蝕情況進行檢測。

3.2添加緩蝕劑

（1）緩蝕機理

緩蝕劑是一種以適當的濃度和形式存在于環境介質中，可通過在金屬表面或表面附近的作用，對金屬表面起到防護作用的物質。緩蝕劑也是油氣田生產當中避免內管道腐蝕的最主要手段。

（2）緩蝕劑類型

常用的緩蝕劑均是吸附膜型有機緩蝕劑，如RX204A、RX201緩蝕劑等，均具有較強抗二氧化碳緩蝕能力。緩蝕劑吸附膜后會對金屬表面產生兩種影響，一是緩蝕劑通過吸附改變了金屬表面的電荷狀態，使金屬表面的能量狀態趨于穩定，腐蝕反應的所需活化能增加，腐蝕難以進行、;二是被吸附的分子中非極性基團在金屬表面形成一層疏水性的保護膜，從分子級別上隔絕腐蝕性物質與金屬表面接觸。

（3）加注工藝

緩蝕劑在油氣田開采中使用兩種注入工藝方式：間歇注入方式和連續注入方式。針對氣井的不同類型，目前較成熟的工藝主要有通過罐（管）式加注裝置、流體計量泵和車載泵。

3.2更換加厚管件

腐蝕嚴重的部位更換為加厚彎頭和三通更換加厚管件（壁厚10.5mm）。

4 實施效果

在上述研究成果指導下，2020年紫金壩全年生產管線泄漏僅12次，相比2019年，減少23井次，大幅度提高氣井生產時率，節省管線修復成本，降低管線泄漏風險，實施降本增效目的。

5 結論

（1）紫金壩所轄氣井生產管線泄漏嚴重，影響氣井生產時率，污染環境。

（2）在腐蝕機理分析基礎上，明確紫金壩生產平臺管線腐蝕主要原因為二氧化碳參與的電化學腐蝕，并對其影響因素進行剖析。

（3）制定合理的解決對策，包括全聚焦相控陣超聲波探傷儀檢測預警、添加緩蝕劑以及增加管線壁厚等，取得較好效果。

參考文獻：

[1] 張生等.長輸天然氣管道泄漏檢測技術探討[J]. 化工設計通訊. 2017（12）.

[2] 臧付沖.淺談長輸天然氣管道泄漏檢測技術[J]. 當代化工研究. 2018（12）.

[3] 李秀清. 提高天然氣管道輸送效率方法的探討[J].云南化工.2019（02）.

作者簡介：馬驥，男，1988年2月出生甘肅，漢族，2018年畢業于中國石油大學，現于中國石油天然氣股份有限公司浙江油田分公司從事天然氣開采工作。

中國石油天然氣股份有限公司浙江油田分公司西南采氣廠