油田地面工程管道防腐施工技術應用分析

寧野

大慶油田有限責任公司第三采油廠

在油田管道的日常運行中，經常會由于各種原因造成腐蝕，導致原油泄漏，不僅會對周圍的環境造成污染，也會在一定程度上阻礙油田企業的發展。因此，在油田管道地面工程施工的環節中，應加強對管道防腐工作的重視，并借助對相關防腐施工技術的應用提升防腐效果，降低地面工程管道出現腐蝕的可能性，促進石油企業更好更快地發展[1]。加強油田地面工程管道防腐施工技術的應用在我國具有重要意義。

1 油田地面工程管道防腐的重要性

油田地面工程管道繁瑣復雜，且存在工程施工量大、地理位置跨度大等特點，部分管道可能途經多個外界條件差異極大的地區，造成嚴重的管道腐蝕問題。現階段，我國油田歷經幾十年的開采，已從高油期進入高水階段，需要利用注水方式展開開采工作，加劇了管道的腐蝕程度[2]。此外，還存在管壁結垢問題嚴重，大量管道在投入使用后，未達到預期使用壽命便開始出現不同程度的穿孔腐蝕現象，需要消耗大量人力物力重新進行管道施工，給油田正常生產工作造成不利影響，增加油田地面工程的施工成本和工作量。通常情況下，采用延長管道使用壽命和提升管道運行期間的安全性來解決上述問題。

（1）延長管道的使用壽命。在油田地面管道工程實施的過程中，施工人員應該牢固樹立防腐意識，并借助相關的施工技術和施工工藝做好防腐工作，提升地面工程管道防腐能力，延長其使用壽命并降低維護保養成本，促進石油企業產生更高的經濟效益[3]。

（2）提升石油儲運工作的安全性。我國油田地面工程管道對石油的運輸、存儲、供應等各方面發展起到了重要的促進作用。由于油田地面工程管道是一種長距離的運輸管道，需要經過地形復雜的道路，經常遭遇各種問題。在油田地面工程管道的下游部分，人口分布較為密集，一旦發生石油泄漏將可能引發重大甚至特大事故，造成人員傷亡和直接經濟損失。為排除該隱患，需要不斷加強油田地面工程管道的防腐工作，有效提升石油儲存和運輸的安全性，進而避免事故發生[4]。

2 管道腐蝕原因

從總體上看，導致管道發生腐蝕的主要原因可以分為自然原因和人為原因2種。

2.1 自然原因

原油本身包含氣田鹵水、硫化氫等腐蝕性物質，具有較強的腐蝕性，這些化學物質在管道中與二氧化碳、二氧化硫、氧氣等發生反應，造成管道從內部出現腐蝕。目前，我國的部分油田已經進入開采的中后期，產出原油的含水率較高，原油中包含的雜質也日漸增多；再加上多相流沖蝕，也會在一定程度上加劇管道內部的腐蝕，圖1為長期腐蝕導致穿孔的管線。同時，部分石油企業為獲得更好經濟效益，經常采用聚合物驅或者注水開發的方法，提升油田的開采效率，這也會增加管道內高污染、腐蝕性強的介質在原油中所占的比例，進而加重了管道內壁的腐蝕速度和結垢的風險[5]。此外，由于油田地面工程管道長期暴露在外部自然環境下，溫度、氣候、濕度、菌類微生物等自然因素也會加重管道受腐蝕的速度和程度，導致管道的使用年限縮短，降低管道的安全性[6]。

圖1 穿孔管線Fig.1 Perforated pipeline

經過檢測，某作業區所在地區土壤平均電阻率13.28 Ω·m，平均腐蝕速率0.5～1 mm/a，屬于強腐蝕區域，且地勢較低，低洼地帶較多，直接導致雨季存水較多，加速管道腐蝕[7]（圖2）。

圖2 受腐蝕嚴重的管道Fig.2 Severely corroded pipelines

2.2 人為原因

除了自然因素，人為因素對管道的腐蝕也具有一定的影響。油田地面工程管道在施工過程中具有施工量大、工序繁雜等特點，在施工環節中施工人員焊接手法不同、焊道不平整等問題會給管道正常運行埋下隱患。管道外防腐層使用的材料可能在運輸或長期貯存過程中出現意外損壞，如出現意外磨損等情況就會加快管道的防腐層老化以及管道內壁腐蝕的速度。如管道需要在有水的區域施工，應當選擇易吸水膨脹的瀝青類防腐層。在管道施工過程中，如施工材料選擇的不合理或施工人員的技術水平低于標準，都會不同程度的造成管道腐蝕現象[8]。如管道轉角處使用的彎頭，必須選擇耐腐蝕性強的材料；在管線交接處，外管線受到擠壓會導致防腐層損壞；當管道經過尖銳物多的地區，對管道造成的損害也非常嚴重，需要施工人員和維護檢修人員時刻觀察周邊情況，并采取相應的措施，盡可能避免當地環境因素對管道防腐層造成破壞[9]。

3 管道運行現狀

3.1 低洼地勢造成的影響及解決措施

某作業區因所處區域多為平地且地勢偏低，整體為低洼地勢，作業區內各類溝渠縱橫，排水能力差。部分管道在強降水過后長期浸泡在積水中，導致防腐層滲漏受損，加大管道失效的風險（圖3）。雨季道路無法進車，給失效管道維修工作造成更大困難[10]。部分站間和單井管道在穿越干渠、外排渠存在無鋼過橋問題，管道裸露于渠底上部（圖4），遇到雨季汛期，水位上漲，管道將浸泡于水中，加速管道腐蝕。若發生管道失效泄漏問題，維修維護時較為困難，不能及時處理容易對渠道造成大面積污染，存在安全環保隱患。針對低洼地勢管道防腐問題，對外排渠上無鋼過橋的管道新建跨渠鋼過橋，并更換穿越處管道，增加跨越段管道壁厚，提高管道防腐等級，降低管道失效和污染風險。

圖3 積水浸泡的管道Fig.3 Pipeline soaked in accumulated water

圖4 過渠管道無鋼過橋Fig.4 Steel-free pipelines crossing canals

3.2 管道失效問題及解決措施

3.2.1 管道失效原因

地面工程管道失效可能由多種原因導致，其中包括：①外部干擾，即第三方人為因素造成的機械損傷，地面交通因素引起的疲勞失效，自然災害引起的管道損傷等；②腐蝕，管道內輸送的介質具有強腐蝕性，管道外環境的土壤中具有腐蝕性；③其他原因，施工人員技術水平不一、焊接缺陷等各種混合型未知因素。

3.2.2 管道失效率統計

按照油田公司加速推進管道完整性管理工作進程的要求，根據上年度失效情況、管道更新情況、壓力試驗開展情況、示范區建設要求等，制定失效率目標。表1為某作業區于2022年管道失效率統計和截至2023年底的計劃失效率及次數。

表1 第五作業區管道失效率統計Tab.1 Statistics of pipeline failure rate in No.5 Operation Area

管道穿孔是管道失效的主要表現形式之一，根據其所處環境的差異，穿孔發生后的維修難度受環境因素影響較大，不同系統的管線發生穿孔的概率、頻率及其造成的影響也不同。2021 年全區按系統統計穿孔次數如圖5所示，通過按系統對穿孔記錄進行分類，穿孔率最高為注水系統，達到2.62 次/km，最低為供排水管道，為0.15次/km。

圖5 全區按系統統計穿孔次數Fig.5 Statistics of perforation times by system in the entire region

針對此問題，合理更新注水管道并做好管道防腐措施可以有效降低穿孔率，避免穿孔對環境造成污染。2020—2022 年3 年的年失效率對比如圖6 所示，近年來，自管道防腐施工技術的改良、施工監管模式的不斷改善，地面工程管道的失效率呈逐年降低趨 勢，從2020 年1.88 次/km 降 至2022 年0.84 次/km，同比下降了55%。

圖6 近三年管道年失效率對比Fig.6 Comparison of annual failure rate of pipelines in recent three years

3.2.3 失效管道維修更換

在失效搶維修施工時，為加強管道腐蝕防護效果，減少因腐蝕造成的穿孔次數，降低管道維修工作量，延長管道使用壽命，確保油田生產安全平穩運行和減少環境污染事故，實施局部更換代替點焊補漏措施[11-12]。除特殊情況外，原則上要采用與原管道相同的材質的成品管局部更換，減少利用舊油管更換的情況，管道失效搶修工作如圖7所示。埋地管道穿孔補漏操作步驟如圖8所示。

圖7 失效管道搶修Fig.7 Emergency repair of failed pipelines

圖8 穿孔補漏操作步驟Fig.8 Operation steps for perforation and leak repair

維修工作有以下要求：①作業區要在儲備物資中至少預備外徑60、76 mm的備用管道各3 km，用于更換管段；②更換后做好防腐保溫措施；③作業區要保留舊油管，工藝所要挑選部分有代表性的管段進行失效分析，制定相應對策。

4 管道防腐施工技術應用

4.1 加強管道外部施工防腐技術

在選擇合理的管道材料后，需進一步采取管道外部施工防腐技術，進而有效完成管道防腐處理工作，最大程度提升管道的防腐能力。利用刷涂法、空氣噴涂法、高壓無氣噴涂法、滾涂法等各種防腐技術加強對管道外部的防腐處理。圖9為穿孔修補后，重新噴涂防腐底漆、涂抹保溫層、纏裹聚乙烯膠帶后的埋地金屬管道。

圖9 修補過的管道Fig.9 Repaired pipeline

4.2 加強對防腐施工工藝的監管力度

在管道施工的過程中，應高度重視施工管理，加大對防腐施工工藝的監管力度，并按照標準嚴格落實油田地面管道防腐工程監察工作[13]。綜上可知，油田地面工程建設的重點就是施工管理，包含施工水平、工藝流程等方面的施工管理，一般在管道進行施工作業前，需要了解施工現場的實際情況，并對其進行簡單的可行性評估，得出明確評估結果后有針對性地對管道采取防腐技術處理。此外，在保證管道防腐質量的基礎上，還要盡量控制管道施工的成本，合理選擇防腐施工工藝，在滿足防腐要求的前提下降低施工成本[14]。所以，只有在油田地面管道施工中建立完善的管理責任制度，加強施工管理工作，將具體責任落實到人，不斷培養施工人員的責任意識，提升施工人員對防腐工作的重視程度，才能切實有效地提升管道防腐效果，出現問題時也可以第一時間找到相關負責人，使問題及時得到解決并進行有效整改，通過多方面加強，做到管道防腐技術綜合優化，保證油田地面工程管道防腐施工的質量和效果。

4.3 加強陰極保護技術的應用

防腐涂層能夠實現腐蝕物質與金屬管道的不直接接觸，起到了良好的防腐效果，但是實際施工過程中涂層施工效果并未得到有效保障，時常會出現一定程度的損傷，也非常容易出現針孔，而這些破損位置會對管道運行安全性形成嚴重威脅，因此必須合理使用陰極保護系統，有效延緩管道腐蝕速率，避免管道腐蝕問題進一步惡化[15]。強制電流陰極保護系統在實際應用過程中主要是由直流電源、管道、輔助陽極以及相關的輔助設備共同組成，整個系統施工成本較高，而且對施工人員以及技術人員的管道防腐技術以及專業知識具有很高要求。在進行陰極保護系統施工的過程中要對以下一些問題給予高度重視：①合理應用鋁熱焊技術實現電纜與管道的有效連接，同時對相關的施工標準進行嚴格要求；②必須針對入站、管道等位置合理設置絕緣接頭，有效避免電流流失問題；③針對應急保護站外部區域要嚴格的設置輔助陽極，充分保證輔助陽極埋藏深度達到標準。

5 結論

某作業區的地理位置及特殊低洼環境造成了地面工程管道失效率高、穿孔頻發、設備設施提前老化等問題。通過近三年的管道失效率統計可以看出，在不斷加強并改良地面工程管道防腐技術、持續實施并完善地面工程管道施工監管制度后，2022年管道失效率為0.84次/km，相比2020年管道失效率1.88 次/km 同比降低了55%，說明加強落實地面工程管道的防腐技術綜合優化，可以有效降低管道失效率，對油田安全、穩定生產工作起到積極作用。

油田地面工廠管道在運輸的過程中，會受到諸多因素影響而出現腐蝕問題，不僅會導致管道壽命縮短，更有可能導致石油泄露造成資源浪費、防火安全隱患以及環境污染問題，所以必須提高對于防腐技術運用的重視，了解每一項技術的原理以及應用要點，才能夠發揮出防腐技術的作用價值，維護石油管道的安全運輸。

綜上所述，地面工程管道失效治理是一場攻堅戰、持久戰，通過加大地面工程管道防腐技術的應用、認真落實管道管理工作的安排和部署，可降低地面工程管道失效率，保證油田的安全生產。