多相流海底管道內腐蝕評價方法研究

岳沛霖

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

在海底運輸中主要以管道為主，對石油、天然氣、煤以及化學產品等物品運輸，其特點是運輸量大、安全性高、運輸成本低等，受到了廣泛的應用。管道運輸正常才能保證油田的正常生產，一旦出現原油泄漏，就會停止一切運輸，進行管道檢查、修理、更換。海底中管道常見的故障是腐蝕導致的，尤其是多相流管道。由于管道大多數是金屬材質，長期受到海水、溶解類的鹽的影響，會使管道內部發生腐蝕。如果出現腐蝕嚴重，管道泄漏，造成不可估量的損失。

因此，需要對海底管道內部腐蝕情況進行了解，對多相流管道內部腐蝕進行評價方法分析，找出容易出現腐蝕的風險地點，及時進行修理和更換，做好多相流海底管道腐蝕的解決方案，減少管道事故的發生，高效率完成管道運輸工作，減少環境污染。

1 海底管道內部腐蝕評價方法的概述

在海底油田開采過程中，管道內最容易出現的腐蝕物質包含H2S、CO2兩種，具有較強的腐蝕性，能夠與管道內水發生化學反應，產物依附在金屬管道內壁，造成管道內腐蝕漏洞，出現穿孔現象。由于多相流海洋管道內部的水質流動性不同、溫度影響、管道內外部壓力影響等因素，導致多相流管道兩端及隱蔽部位不容易監測到故障點，甚至出現故障點查找錯誤，造成嚴重的損失。

因此，本文對多相流海洋管道內部腐蝕進行評價分析，提出解決方案。通過分析海洋管道內部全部水流變化情況，查找游離水對腐蝕物作用力最強的位置，并且對該位置進行腐蝕速度的推算，從而減少海洋管道腐蝕的頻率，降低漏洞造成的損失。多相流海洋管道內部腐蝕評價方法流程如圖1所示。

圖1 海洋管道內部腐蝕評價方法流程

2 腐蝕模擬實驗研究

在多相流海洋管道內腐蝕評價方法中包含管道內部的詳細檢查，其主要是利用超聲波對管道厚度進行檢查，通過厚度大小預測管道內壁腐蝕情況。但由于多相流海洋管道內壁是雙層保溫管，很難進行詳細的檢查，需要通過腐蝕模擬實驗獲取海洋管道內腐蝕速率。結合管道的使用年限預測管道內壁的厚度，將預測的管道厚度與實際腐蝕后的管道厚度進行對比，從而得出實驗的準確度。

將多相流海洋管道在高溫高壓的情況下進行模擬實際腐蝕實驗，實驗周期為7天，由專人負責記錄腐蝕數據并進行對比，結果顯示腐蝕速率與實際預測相吻合，保證了模擬實驗的準確。同時，在這種環境下，管道內壁均被腐蝕。結合腐蝕模擬實驗的經驗，能夠準確掌握多相流海洋管道內腐蝕狀況，更準確判斷腐蝕點，防止出現漏洞造成損失[1]。

3 多相流海底管道內腐蝕評價方法研究

3.1 預評價方法

利用與評價的方法可以對海底管道進行收集，了解管道內運輸的環境，通過預評價能夠確定多相流海底管道內腐蝕評價方法是否適用于檢查海底管道。同時為檢查海底管道內腐蝕評價方法提供相關數據，便于確定海底管道內部腐蝕情況。

對于多相流海底管道內進行腐蝕檢測時應該注意：(1)在進行腐蝕檢測過程中，需要管道內部保持濕潤，便于在直接評價時呈現出周期性水相；(2)預評價過程中，需要提供管道內部相關數據，包括：管道長、寬、高、管道厚度、管道材質等，其中對于特殊材質的管道部分需要標注。記錄管道運輸方式，運輸過程中遇到的外界溫度、管道內部溫度、受到外界的壓力等，檢測是否存在質量不足的管道；(3)對多相流管道進行設計、建造、施工等部分的數據需要進行整理記錄，發現問題及時解決，以免出現嚴重后果；(4)對多相流海底管道內定期進行保養，并記錄好維修、清理等日期，確保管道內部的清潔。

將相關數據整理備份，防止丟失造成管道信息不全，無法將管道內腐蝕程度進行對比分析，出現管道泄漏引起嚴重損失。

3.2 間接評價方法

間接評價法主要是采用最新的多相流模擬技術以及管道內腐蝕速率確定管道腐蝕的位置。檢查多相流海底管道內部的持液率，確定整個海底管道內部的健康狀況。通過對腐蝕位置分析，應該注意考慮管道壁厚度磨損情況，根據管道內的流態變化對檢測管道部分進行評價分級，并將每個區域分級進一步劃分，然后對評價的管道位置進行選擇。由于多相流海底管道輸送物質大部分是固體，這樣注意流速低、易堆積沉淀物質、易發生腐蝕風險的位置。通過檢測管道內腐蝕程度、腐蝕速率、管道內實際角度變化、管道內敏感腐蝕的位置等方面進行詳細判斷。同時建立模擬實驗，對管道輸送物質過程進行評估，判斷出多相流海底管道內腐蝕情況[2]。

3.2.1 管道壁厚度損失程度判斷

根據海底管道的實際使用情況，進行多相流管道內壁腐蝕模擬實驗，分析腐蝕速率和流態變化。首先，對多相流海底管道內流態變化進行分析劃分多個子區域，然后對劃分出的子區域內管道內壁進行腐蝕速率檢測，將檢測到的腐蝕速率較大的位置重點標注，最后時刻關注管道內腐蝕情況，并進行記錄。

通過多次實驗得出：多相流海底管道內壁的腐蝕速率隨著內部物質的流動變化逐漸由高到低的趨勢發展，全過程的流態狀態是分層流為主，并且在出口位置出現斷流現象。根據對多相流管道內進行子區域劃分，并且對腐蝕速率較高的地點的標記，得出結論是：由于多相流管道內的設計性特殊，在管道彎曲處或者管道出口處容易出現腐蝕。將腐蝕程度與實際管道內壁進行對比，預測出多相流海底管道內腐蝕程度，及時進行更新和維修，以免出現漏洞造成損失。

3.2.2 固態物質腐蝕內壁程度檢測

在對多相流海底管道內腐蝕評價方法分析中，檢測固態物質對管道腐蝕情況的判斷是必不可少的。在管道內，如果出現固態物質堆積，長時間造成管道內壁腐蝕嚴重，同時固態物質產生的細菌也會加劇對管道內壁的腐蝕。因此，在多相流管道內保持其他環境不變的情況下，進行固態物質積累內壁腐蝕模擬實驗，主要以砂石為例，通過砂石沉積情況判斷管道內是否發生腐蝕。

如果在多相流管道內水流動速度大于砂石沉積情況，則會將砂石沖走不會出現沉積發生內壁腐蝕；反之，如果水流速度小于砂石沉積重量，就會出現砂石沉積，長時間造成內壁腐蝕。通過對砂石大小進行對比，分析在水流速度為0.35～0.54 m/s時，砂石沉積臨界速度時為最大的腐蝕風險位置，因此判斷出多相流管道內發生腐蝕位置及管道內壁厚度腐蝕程度，及時做出管道內壁腐蝕的解決方案。

3.2.3 準確定位高風險位置

綜合分析，多相流管道內部的腐蝕原因有以下幾種：溫度、壓力、流態、壁厚損失速率、固體堆積速率以及管內物體流速等參數都容易產生高風險位置。針對這些高風險位置做好定位分析，并利用計算的方式得到影響元素的參數，確定高風險腐蝕位置的速率，如式(1)所示：

式中：v為多相流管道的最大腐蝕速度(mm/a)；pCO2是多相流管道內部的CO2分壓(MPa)；t是多相流管道內部的溫度(℃)。針對高風險位置的管道進行風險位置篩選，全面計算出接近管道內的最大腐蝕速率，以便確定最高風險位置，這樣能夠保障多相流管道的安全運行。

3.3 進行流態分析

由于多相流海底管道內的環境不同，對管道內腐蝕程度也會不同，因此需要對管道內進行流態分析，包括熱力、動力和水力等三部分的流態分析。其中熱力分析是指管道內溫度高低對管道產生的腐蝕，以及腐蝕程度對管道厚度的影響。動力分析是指對腐蝕程度進行評估，預測其中存在的問題，一般影響因素包括：氣液壓強、溫度梯度、水流速度等。

水力分析是指為了能夠找到最大部分的腐蝕位置，對管道內存在的腐蝕介質的性質進行分析，保持特定的環境下，觀察腐蝕介質與水發生的化學反應，將不同產物對管道內壁的腐蝕程度進行對比，得出結論是對多相流海底管道內腐蝕嚴重的介質是H2S、CO2。通過流態分析，找出溫度高低對管道內腐蝕的原因，同時對管道內存在的影響因素詳細分析，能夠準確地找到最大的腐蝕位置，提高了海底管道工作人員的工作效率，減少管道漏洞問題[3]。

3.4 對管道內進行詳細評價

由于多相流管道內部結構多樣化，在進行間接評價之后，不能完全確定管道內腐蝕位置，需要通過現代科技手段進行詳細檢查來確定位置。在詳細評價部分需要采用無損檢測技術，將所有多相流管道進行腐蝕排查，選擇出最小的腐蝕點進行評估。同時，對間接評價中選擇出的腐蝕點進行深刻研究，再次進行腐蝕點排查，通過定位兩處的腐蝕點，預測最終腐蝕程度最大的腐蝕段位置。將腐蝕程度較高的管道部分進行高風險評估，以此來查找到高風險腐蝕地點。一旦出現高風險部分的管道未腐蝕，低風險部分的管道出現腐蝕情況，那么多相流海底管道內腐蝕的評價方法分析就不能適用于該管道，需要理解停止評價方法，選擇更具有優勢的評價方法。

3.5 符合型多相流管道分析

選取我國某條多相流南管道采用直接評價方法進行是否符合多相流管道標準驗證。利用該管道內的溫度為84 ℃，CO2分壓為0.44 MPa，多相流管道內的腐蝕物質主要以CO2為主，分別進行流態分析、熱力學分析、動力學分析，并通過計算確定管道內部的高風險位置。另外，選擇該管道西部的兩條管道進行直接評價對比，檢測結果顯示：通過進行流態分析和高風險位置的確定，準確性非常高。多相流管道內部腐蝕最為嚴重的坑深達到了40%壁厚，而多相流管道的運行時間約為4.5 a，因此，能夠得出多相流管道平均腐蝕速率達到1.1 mm/a，這樣能夠確定了多相流管道最大的腐蝕位置。通過選取的多相流管道位置進行是否符合多相流管道的標準檢測，能快速準確的選擇多相流管道，并通過直接評價方法能夠準確掌握多相流管道內的腐蝕程度，確保多相流管道的完整性。

3.6 后評價方法

后評價方式是對預評價、間接評價、詳細評價等數據進行總結分析，保證該評價方法對多相流管道內腐蝕的有效性。如發現評價結果和實際腐蝕情況不符時，應該重新對管道內腐蝕情況進行評估。建議對多相流海底管道內腐蝕評估需半年左右做一次，保證管道流通。

4 結語

本文對多相流海底管道內腐蝕評價方法進行分析，通過預評價、間接評價階段整理各個管道內部的數據信息，并將腐蝕數據建立多相流模型，進行多相流管道內模擬實驗。通過對管道內子區域的劃分，直接評價出腐蝕的最大位置。利用科學技術檢查特殊管道，確定腐蝕點位置。在后評價階段，將所有數據進行整合對比，如發現不適合的評價方法，需要立即停止評價。