基于腐蝕數(shù)據(jù)分析的管道完整性研究

楊洪麗 張 馳 楊 婧 陸 瀟 劉少東 于方涌

（1. 中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101；2. 渤海鉆探第四鉆井工程分公司，河北 任丘 062552；3. 中國石油華北油田第一采油廠，河北 任丘 062552；4. 中國石油長慶油田分公司第十一采油廠，陜西 西安 710016；5. 中國石油天然氣銷售廣西分公司，廣西 南寧 530000；6. 中國石油青海油田分公司管道處，青海 格爾木 816000）

0 引言

某油田作業(yè)區(qū)緊鄰渤海灣區(qū)域，作業(yè)區(qū)內(nèi)有大片濕地、河流，屬自然環(huán)境敏感區(qū)。油氣集輸采用碳鋼管道進行密閉輸送，采出液綜合含水95%以上，且含有大量的CO2、H2S和細菌（主要為硫酸鹽還原菌和鐵細菌）。隨著管道服役時間的延長，管道內(nèi)表面存在腐蝕結垢現(xiàn)象，失效風險逐年增加，穿孔后對正常生產(chǎn)產(chǎn)生較大影響。該作業(yè)區(qū)自2018年開始采用腐蝕掛片和電阻探針相結合的方式建立了較為全面的腐蝕監(jiān)測體系，數(shù)據(jù)庫包括管道基礎數(shù)據(jù)、地理地形數(shù)據(jù)、腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)、管道失效數(shù)據(jù)、換管作業(yè)數(shù)據(jù)和維搶修作業(yè)數(shù)據(jù)等，通過對現(xiàn)有的腐蝕數(shù)據(jù)進行分析，針對不同的管道類型提出治理措施，以期為管道完整性管理水平的提高提供技術指導。

1 失效特點分析

1.1 失效類型

美國是目前世界上管道系統(tǒng)最為完備的國家，包括原油管道、輸氣管道和配氣管道三類，美國管道及危險物品安全管理局（PHMSA）通過統(tǒng)計對管道的失效原因劃分為7類，分別是腐蝕、挖掘破壞、誤操作、材料缺陷、自然力破壞、外力破壞和其他原因。統(tǒng)計該作業(yè)區(qū)近3年的失效數(shù)據(jù)，造成管道失效的原因主要為腐蝕，其余因素所占比例較小。

對失效類型進行統(tǒng)計，2018年內(nèi)腐蝕失效比例為65%，2020年內(nèi)腐蝕失效比例為77%，失效比例逐年提高，說明內(nèi)腐蝕是導致管道失效的主要原因。

1.2 失效特點

對2018～2020年每月的失效次數(shù)進行統(tǒng)計，如圖1所示。每年從10月至第二年3月間失效次數(shù)明顯多于其余月份，說明與油井實施季節(jié)性常溫輸送有關。

圖1 2018～2020年管道失效次數(shù)

從采油平臺所占區(qū)域分析，井場內(nèi)部的管道失效次數(shù)占比95%，而井場外部的環(huán)境敏感區(qū)管道失效占比僅1.5%，說明平臺內(nèi)部管道失效是主要因素，而環(huán)境敏感區(qū)內(nèi)的管道基本屬于受控狀態(tài)。

1.3 腐蝕介質

目前該作業(yè)區(qū)共有采油平臺158個，其中開展過注CO2吞吐的平臺共有115個，占平臺總數(shù)的72.7%，液態(tài)CO2注入地層，以套管氣和溶解氣形式被采出，摻水系統(tǒng)來自聯(lián)合站采出液脫水，故又隨摻水系統(tǒng)到達未進行CO2吞吐的油井，最終整個作業(yè)區(qū)均含有較高CO2。

對采出水成分進行分析，該作業(yè)區(qū)采出水主要為NaHCO3水型，且含有大量的SRB、溶解氧和氯離子，存在多種腐蝕因素并存的現(xiàn)象。

2 不同類型管道失效分析及治理措施

該作業(yè)區(qū)采用三級布站方式，原油從單井輸送至計量間或閥組，經(jīng)計量后混輸至轉油站，轉油站進行簡單處理后進入聯(lián)合站進行深度油氣水處理。根據(jù)管道路由，將其分為單井出油、單井摻水、計量間出油、計量間摻水、轉油站輸油、聯(lián)合站輸油和注水管道等。集輸管道采用20#無縫鋼管，注水管道采用20G無縫鋼管，目前單井管道和計量間摻水管道的失效占比為87.5%，占絕大多數(shù)。因此，這部分管道是隱患治理的重點。

2.1 轉油站輸油管道

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，轉油站輸油管道的總體失效次數(shù)較少，2018～2020年僅發(fā)生了5次失效，目前正在運行的轉油站出站管道均添加了緩蝕劑，且部分管道進行了內(nèi)檢測并局部補強。

2.2 計量間出油管道

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，計量間出油管道總體失效次數(shù)較少，但較轉油站輸油管道的次數(shù)多，2020年上半年的失效次數(shù)相對較多。目前主要采用添加高效緩蝕劑預防，對穿跨越河流的管道采用定向鉆穿越和HDPE內(nèi)襯修復技術，其余管道開展日常無損檢測，對高風險區(qū)、高后果區(qū)定期治理。

2.3 計量間摻水管道

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，計量間摻水管道因溫度、壓力較高，水中含有腐蝕性較強的陰離子和結垢性較強的陽離子，失效次數(shù)較前兩類管道均多，2020年第四季度和第一季度的失效次數(shù)相對較多，與季節(jié)性常溫輸送有關。目前，對于局部多次穿孔的管道直接進行換管處理；對于首次失效的摻水管道制定合理的檢測周期，并根據(jù)檢測結果制定維護維修策略；對于服役5年內(nèi)且未出現(xiàn)腐蝕穿孔的管道，加強巡回檢查范圍，盡早發(fā)現(xiàn)隱患，同時擴大油井常溫集輸?shù)倪吔绶秶M量減少摻水管線的投運。

2.4 單井管道

單井管道包括單井出油和單井摻水，目前單井管道失效占總次數(shù)的75%，是主要的失效主體。從耐蝕性、安全性和經(jīng)濟性考慮，逐步將該作業(yè)區(qū)的單井管道更換為耐蝕合金管或雙金屬復合管，其中316L不銹鋼管具有較強的機械性能，在相同設計壓力的條件下，不銹鋼的造價為碳鋼的7～10倍，而雙向不銹鋼的價格為10～20倍，耐蝕合金管的一次投入大，適合高溫高壓強腐蝕環(huán)境，但與碳鋼連接處易存在電偶腐蝕現(xiàn)象；雙金屬復合管的成本約為碳鋼的2～3倍，很好地平衡了強度與耐蝕性的關系，但需要特殊的接頭連接工藝。此外，各單井平臺采用枝上枝結構，采用高產(chǎn)井串低產(chǎn)井，進一步減少摻水量，擴大常溫集輸?shù)姆秶?/p>

3 結語

通過對某油田作業(yè)區(qū)內(nèi)管道的失效類型、失效特點、腐蝕介質等方面進行統(tǒng)計分析，得到集輸管道的失效原因，其中單井管道和計量間摻水管道的失效占比為87.5%，占絕大多數(shù)，并針對不同類型的管道從添加緩蝕劑、HDPE內(nèi)襯修復技術、采用耐蝕合金管或雙金屬復合管等方面進行治理，為提升管道完整性管理水平提供技術支持。