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        某計量間外輸管道失效分析

        2018-02-26 08:24:11李國民
        石油工程建設(shè) 2018年1期
        關(guān)鍵詞:分析

        李國民

        中國石油冀東油田公司,河北唐山 063200

        冀東油田某陸上油田作業(yè)區(qū)進入高含水開發(fā)后期,為提高采收率和降低采油成本,自2010年10月以來,在開發(fā)中陸續(xù)配套實施了CO2吞吐采油工藝,使得采出液和伴生氣中CO2含量升高。含CO2的油田采出液,除對油氣水處理后的產(chǎn)品質(zhì)量帶來負(fù)面影響外,給地面集輸管道也造成嚴(yán)重腐蝕。自2012年以來,陸上油田作業(yè)區(qū)集輸管道多次發(fā)生穿孔失效,環(huán)保壓力增大,維修費用增加,給作業(yè)區(qū)的正常生產(chǎn)帶來了不利影響。在油氣管道失效事故發(fā)生后,及時對失效模式、機理和原因進行分析和診斷[1-2],對于減少管道失效事故、防止類似事故的重演具有非常重要的意義。

        2014年某計量間外輸管道共發(fā)生了5次穿孔,均位于彎頭部位,管道基本信息見表1。為預(yù)防此類事件的再次發(fā)生,對該管道的失效原因進行了分析,并針對性地提出了建議。

        表1 某計量間外輸管道基本信息

        1 二氧化碳腐蝕機理

        CO2腐蝕機理為[3-5]:

        其總腐蝕反應(yīng)為:

        實際上,CO2腐蝕往往表現(xiàn)為全面腐蝕和一種典型的沉積物下方的局部腐蝕的共同出現(xiàn)[3-4],通過對陸上油田作業(yè)區(qū)大量穿孔管道進行剖開分析,發(fā)現(xiàn)CO2的嚴(yán)重腐蝕性就是造成管道局部腐蝕穿孔失效的主因,而管道壁厚的均勻減薄并不嚴(yán)重。

        2 穿孔管道試驗分析

        2.1 宏觀分析

        選取該計量間管道某個典型穿孔管段進行管壁內(nèi)部和外部觀察,可以清楚看到管樣外壁完好,無明顯的腐蝕坑及腐蝕產(chǎn)物,如圖1(a)所示。管體內(nèi)表面無明顯的疏松狀物質(zhì)存在,但存在嚴(yán)重的局部腐蝕,腐蝕主要集中在彎頭轉(zhuǎn)向部位的外側(cè),發(fā)生腐蝕部位呈明顯的網(wǎng)狀特征,局部減薄極其嚴(yán)重;彎頭內(nèi)側(cè)、外側(cè)非轉(zhuǎn)向部位均完好,無明顯的腐蝕,如圖1(b)、(c) 所示。

        圖1 管樣內(nèi)外表面宏觀形貌

        2.2 化學(xué)成分分析

        按照GB/T 4336-2002標(biāo)準(zhǔn),用ARL 4460直讀光譜儀對管樣進行化學(xué)成分分析,結(jié)果見表2,從表2可以看出,樣品化學(xué)成分符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

        表2 化學(xué)成分分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%

        2.3 金相分析

        依據(jù)GB/T 13298-1991、GB/T 10561-2005和GB/T6394-2002標(biāo)準(zhǔn)對管樣進行組織、非金屬夾雜物、晶粒度分析,并對腐蝕坑周圍進行觀察,分析結(jié)果如表3及圖2、圖3所示。從分析結(jié)果可看出,管樣組織均勻且無異常、無超尺寸夾雜物。

        表3 金相分析結(jié)果

        圖2 樣品金相組織圖

        圖3 樣品腐蝕坑附近組織及形貌

        2.4 微觀形貌及能譜分析

        對管樣腐蝕嚴(yán)重部位取樣,采用掃描電鏡對腐蝕表面進行形貌觀察和能譜分析。圖4為試樣腐蝕表面的微觀形貌,可以看出,試樣表面覆蓋有一層相對致密的腐蝕產(chǎn)物,局部腐蝕極其嚴(yán)重。圖5及表4為試樣腐蝕表面能譜分析結(jié)果,從分析結(jié)果可以看出,腐蝕產(chǎn)物主要含有Fe、C、O三種元素。

        圖4 試樣表面微觀形貌

        圖5 能譜測試結(jié)果

        表4 能譜測試得到的腐蝕產(chǎn)物成分/%

        3 管道失效原因綜合分析

        3.1 CO2腐蝕判據(jù)

        可以用PCO2作為CO2腐蝕的預(yù)判依據(jù)[6-7]:

        3.2 該計量間管道失效原因分析

        該計量間外輸管道含水率高達(dá)92.26%,發(fā)生CO2腐蝕的傾向加大[4];經(jīng)過計算可知:該計量間外輸管道PCO2=0.25 MPa,屬于CO2嚴(yán)重腐蝕。

        同時,管樣的宏觀形貌、微觀形貌及金相分析的結(jié)果表明,管樣外壁基本無腐蝕,主要為內(nèi)壁腐蝕。能譜分析結(jié)果表明,管樣表面腐蝕產(chǎn)物主要含有Fe、C、O三種元素,按元素組成分析腐蝕產(chǎn)物為FeCO3;該管道腐蝕表現(xiàn)為局部的點蝕,屬于典型的CO2腐蝕特征之一[4,8]。

        吳歡歡[9]、徐鳴泉[10]等通過數(shù)值仿真模擬現(xiàn)場工況,采用有限元分析了彎管的沖蝕規(guī)律,認(rèn)為彎管的轉(zhuǎn)向部位外側(cè)容易受到?jīng)_刷。該計量間外輸管道內(nèi)表面無明顯的疏松狀物質(zhì)存在,腐蝕主要集中在彎頭轉(zhuǎn)向部位的外側(cè),發(fā)生腐蝕部位呈明顯的網(wǎng)狀特征,局部減薄極其嚴(yán)重;彎頭內(nèi)側(cè)、外側(cè)非轉(zhuǎn)向部位均完好,無明顯的腐蝕。由此可判斷,管樣內(nèi)壁腐蝕集中主要是由于流體流向發(fā)生急劇變化對管道造成的沖刷。

        4 結(jié)論及建議

        針對某計量間管道發(fā)生多次穿孔的問題,選取一段典型失效管段開展了試驗分析和綜合分析,給出了以下結(jié)論和建議:

        (1)管段減薄及穿孔主要是由于CO2腐蝕及流體沖刷聯(lián)合作用所致,屬于極嚴(yán)重腐蝕,腐蝕產(chǎn)物主要是FeCO3;為減緩腐蝕速率,應(yīng)降低管道內(nèi)CO2的含量,并添加緩蝕劑進行保護。

        (2)彎頭處流體流向的急劇變化導(dǎo)致對管道的沖刷,使得局部腐蝕特別嚴(yán)重,結(jié)構(gòu)設(shè)計有待優(yōu)化;新建或改建管道時,應(yīng)采用大倍率彎管[9]。

        [1]袁軍濤,林冠發(fā),熊新民,等.西部某油田處理站外輸氣彎管爆裂原因分析[J].腐蝕與防護,2016,37(2):175-182.

        [2]楊寨.海上某油田海底管線的腐蝕失效原因[J].腐蝕與防護,2016,37(1):76-79.

        [3]李全安,張清,文九巴,等.CO2對油氣管材的腐蝕規(guī)律及預(yù)測防護[J].腐蝕科學(xué)與防護技術(shù),2004,34(7):381-384.

        [4]李春福,王斌,張穎,等.油氣田開發(fā)中的CO2腐蝕研究進展[J].西南石油學(xué)院學(xué)報,2004,26(2):42-46.

        [5]傅朝陽,羅逸,鄭家燊,等.中原油田氣井油管腐蝕因素灰關(guān)聯(lián)分析[J].天然氣工業(yè),2000,20(1):74-77.

        [6]李國敏,李愛魁,郭興蓬,等.油氣田開發(fā)中的CO2腐蝕及防護技術(shù)[J].材料保護,2003,36(6):1-5.

        [7]顏芳蕤,季宏,刑澤,等.南堡油田3號構(gòu)造集輸管道的腐蝕及防護[J].石油工程建設(shè),2016,42(2):67-69.

        [8]周琦,王建剛,周毅.二氧化碳的腐蝕規(guī)律及研究進展[J].甘肅科學(xué)學(xué)報,2005,17(1):37-40.

        [9]吳歡歡.輸油壓力管道典型部位的沖蝕模擬[D].杭州:中國計量學(xué)院,2014:18-30.

        [10]徐鳴泉.管道沖蝕破壞的多相流數(shù)值模擬研究[D].杭州:浙江大學(xué),2005:57-58.

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