灘海陸岸開發模式管線腐蝕探討

燕 龍

（勝利油田石油開發中心有限公司，山東 東營 257000）

1 灘海陸岸開發模式簡介

灘海陸岸石油工程是指位于灘淺海區域內，采用筑路或棧橋的方式與陸岸連接，從事石油勘探開發的工程項目。采用灘海陸岸平臺+進海路+陸上終端站模式進行石油勘探開發。灘海陸岸平臺由砂石填海等方式建成，陸上終端站就近在陸地選址建設，兩者由進海路進行連接。進海路一側建造管溝，管溝內填砂，敷設管線，采用混凝土蓋板封頂。勝利油田青東5、墾東12、老168等區塊采用此方式開發。

2 管線運行工況分析

因綜合考慮油田開發實際使用及經濟效益，進海路通常設計為漫水路，通常情況下進海路可以通車，在極高潮位，例如風暴潮等，海水可漫過路面。本文以青東5為例，該進海路分4段：灘涂道路、淺水段、深水段、透空式進海路，淺水段和深水段和在一起稱為實體段進海路。高程分別為2.1～2.2～2.7～4.7m。其中灘涂段和實體段為漫水路結構，透空段為橋梁結構，本文主要討論灘涂段及實體段。

管溝設計在進海路背浪側，里面敷設有油、氣、水三條管線。管溝結構如圖1表示。

圖1 進海路斷面圖

由進海路高程減去管線埋深，管線所處高程為：1.2～1.3～1.8m。該海域平均高潮位0.95m，平均低潮位-0.51m。

管線實際所處運行工況。每日高潮時，海水并不會漫過進海路，車輛人員皆可通行，當天文大潮或者風暴潮發生時，海水漫過進海路，陸岸平臺采用遠程操控油井生產。

通常情況下，每天會有一次高潮潮位超過1.5m，海水雖然并不漫過進海路，但是會通過管溝的伸縮縫等結構縫隙進入管溝，退潮后海水通過縫隙緩慢流入大海。在極端條件下，海水漫過進海路實體段，管線全部處于海水中，一般維持2～3天，風暴潮過后管溝內海水將存在4～5天，等潮位降低后緩慢流入大海，風暴潮每年約3～4次。

管線實際處在干濕交替頻繁，氧氣供應充足的工況下運行。

3 海洋腐蝕原理

根據海洋腐蝕研究，海洋環境可以分為海洋大氣區、浪花飛濺區、海水潮差區、海水全浸區和海底泥土區五個腐蝕區帶。國內外長期的海洋腐蝕研究結果表明，鋼結構設施在海洋環境不同腐蝕區帶其腐蝕速率有明顯差別，其中浪花飛濺區是鋼結構設施腐蝕最為嚴重的區域。主要原因是，在浪花飛濺區，鋼表面受到海水的周期性潤濕，處于干濕交替狀態，氧供應充分；加之陽光、風吹和海水環境等協同作用導致發生最嚴重的腐蝕。一般情況下，鋼在海洋大氣中的平均腐蝕速率約為0.03～0.08mm/a；而浪花飛濺區為0.3～0.5mm/a。海洋用鋼在我國海域的實際腐蝕規律如圖2表示[1]。

圖2 海洋用鋼在我國海域的實際腐蝕規律圖

鋼鐵在浪花飛濺區存在自催化過程。在浪花飛濺區，頻繁的干濕交替環境下出現了FeOOH和Fe3O4的快速循環，催化鐵的氧化反應；其銹層中包裹著小塊基底金屬，形成了大陰極小陽極的電化學腐蝕特點；且銹層中通過大氣氧化生成的FeOOH和Fe3O4具有特殊的電化學特性，這些因素都大大加速了腐蝕速率，也從根本上解釋了為什么浪花飛濺區的腐蝕最為嚴重。它一般是海水全浸區腐蝕速度的3～10倍[2]。

那么，針對青東5管線所處工況，管線高程1.2～1.75m，平均高潮位為0.95m，在平均高潮線以上0.25～0.8m，正處于浪花飛濺區的范圍。每天至少1次高潮海水進入，低潮海水流出，符合頻繁的干濕交替環境，管溝內氧氣供應充足，因此可采用浪花飛濺區的腐蝕研究結論。

對比海底管道運行情況大部分處于腐蝕速率低的全浸區及海泥區，風險大的區域是在管線出海進入平臺的浪花飛濺區。相關采油單位定期會對該部位投入大量資金進行維護。而青東5管線實體段6.18km全部處在浪花飛濺區，可以說是一個線，而不是一個點，腐蝕發生的幾率呈幾何倍數增加。同時，對比埋地管線腐蝕速率平均0.075mm/a，可以得到結論，灘海陸岸管線的腐蝕風險遠大于海管和埋地管道。

在2015年1月1日新環保法施行。綠水青山就是金山銀山的理念深入人心，在當前環保形式下，灘海陸岸開發模式所處的灘淺海一旦發生管線腐蝕穿孔，原油進海將大面積擴散，環保風險及經濟損失都難以估量。

4 可以采取措施及辦法

（1）將管線脫離海浪飛濺區。向上進入大氣區，可依托進海路，通過修建管架等方式實現；向下進入全浸區，可以采用海管敷設。但這兩種方法對比管溝內敷設管線投資預計將大幅增加，需要進一步研究其經濟性；

（2）管線外防腐形式優化。建議以提高防腐層質量為出發點，選擇優異的防腐層。經過長時間的使用經驗，認為3PE是較可靠的外防腐形式；

（3）加強管線配套措施。建議采用強制電流陰極保護，加裝收發球裝置。收發球裝置可以定期通球清管，同時能夠通球進行管線內檢測。對于管線光線測漏需要進一步使用研究；

（4）加大運行維護投入，定期進行管道檢測和管道維護。管線檢測及維護是延長管線使用壽命的有效措施；

（5）應進一步完善單獨的灘海陸岸開發的標準規范。

5 結語

（1）灘海陸岸管線敷設在進海路旁管溝內，腐蝕風險遠大于埋地管線及海管；

（2）應提高管線的防腐級別，采取可靠的防腐工藝。3PE是較可靠的外防腐形式；

（3）應定期進行管線檢測維護。建議運行3～5年進行第一次管線檢測，之后每1～2年進行一次；

（4）未來采用灘海陸岸開發模式，可探索新的管線敷設方法及新的管線材質。

總之，通過海洋腐蝕理論分析管線運行工況，結合青東5、墾東12管線實際運行情況，灘海陸岸開發模式管線的腐蝕風險非常大，應當進一步加強研究，提前做好措施，加大前期投入及后期運行維護投入，確保管線腐蝕風險受控，消除因管線腐蝕造成的環境污染及經濟損失。