蘇航，李士偉，白宇，張鳳茹

1.中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司 第六采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所 （黑龍江 大慶 163000）

2.中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司 第六采油廠第三油礦 （黑龍江 大慶 163000）

管道作為油田地面系統(tǒng)重要的組成部分，保證油田安全高效輸送原油的同時(shí)還可以保障油田生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性。隨著油田的不斷發(fā)展，喇嘛甸油田管道腐蝕失效日益嚴(yán)重，失效率由2014年的0.712次/（km·a）上升到2018年的1.52次/（km·a），管理難度大大增加。因此，研究管道腐蝕失效情況、分析管道失效管理與可靠性，對(duì)于企業(yè)安全穩(wěn)定生產(chǎn)具有重要意義。

1 油田管道腐蝕現(xiàn)狀

截至2019年6月底，大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠（以下簡(jiǎn)稱采油六廠）共建成埋地管道9 227.23 km，從現(xiàn)場(chǎng)腐蝕情況看，60%以上管體腐蝕是由內(nèi)腐蝕引起，其中注聚管道發(fā)生腐蝕的比例更高。2018年上半年共發(fā)生管道失效7 940次，其中注入系統(tǒng)失效4 241次，占比54%，失效率為2.53次/（km·a），遠(yuǎn)超大慶油田注入管道平均失效率0.668次/（km·a）。將近3年管道基礎(chǔ)信息匯成表(表1)，可看出采油六廠管道失效率逐年遞增，形勢(shì)嚴(yán)峻，且2018年上半年注聚管道失效率已經(jīng)超過(guò)2017年注聚管道失效率，開(kāi)展注聚管道內(nèi)腐蝕失效管理是管道完整性工作的重點(diǎn)任務(wù)。

表1 SCC模擬試驗(yàn)條件

2 管道內(nèi)腐蝕失效質(zhì)量管理實(shí)踐

2.1 管體腐蝕失效

為找出內(nèi)腐蝕失效原因，提高管道質(zhì)量管理水平，選取管道失效次數(shù)多的井作為重點(diǎn)井，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行取樣剖切并建立管道腐蝕失效電子檔案。現(xiàn)場(chǎng)取回的管道樣段切開(kāi)后，發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)表面腐蝕呈點(diǎn)簇狀，并結(jié)有許多表面堅(jiān)硬的杯錐狀垢瘤，剖開(kāi)后底部是一片銅錢狀的圓坑（圖1），與細(xì)菌腐蝕形態(tài)相符[1]。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)取回管道腐蝕情況

細(xì)菌腐蝕一般分為兩個(gè)階段：第一階段是細(xì)菌著床期，第二階段為細(xì)菌腐蝕期。細(xì)菌著床期是一個(gè)緩慢的階段，一般持續(xù)3～5年；而細(xì)菌腐蝕期是一個(gè)急速反應(yīng)的階段，且會(huì)多次在同一位置發(fā)生腐蝕失效。在分析喇3-PS2818井腐蝕原因時(shí)，從基礎(chǔ)信息表2中得出該井于2012年5月投產(chǎn)，從投產(chǎn)至2017年1月期間沒(méi)有發(fā)生失效，但從2017年1月12日首次發(fā)生失效至2018年6月13日，已發(fā)生52次失效。切開(kāi)管道可發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)部有大量菌瘤，并有大量污垢堆于菌瘤附近，表現(xiàn)為細(xì)菌腐蝕形態(tài)。

在電子檔案建立過(guò)程中發(fā)現(xiàn)注聚管道腐蝕均呈現(xiàn)以下規(guī)律：一般在投產(chǎn)3～5年后發(fā)生失效，之后多次在同一位置附近發(fā)生腐蝕失效。切開(kāi)管道內(nèi)部有菌瘤，菌瘤下是銅錢狀的圓坑。對(duì)此初步判斷腐蝕原因?yàn)榧?xì)菌腐蝕，且主要為SRB、TGB、FB共同作用的結(jié)果。

為進(jìn)一步證明管道腐蝕失效原因，選取兩口典型井，將腐蝕管道送至設(shè)計(jì)院進(jìn)行微觀檢測(cè)分析，檢測(cè)結(jié)果表明腐蝕主要以細(xì)菌腐蝕為主（表3）。

分析表3和圖2、圖3，可以得出兩條管道腐蝕均為細(xì)菌腐蝕，喇11-P2055井以硫酸鹽還原菌腐蝕為主（圖2），喇5-PS1402井以腐生菌和鐵細(xì)菌腐蝕為主（圖3），造成管道內(nèi)細(xì)菌腐蝕的主要原因是注入介質(zhì)中細(xì)菌含量超標(biāo)。細(xì)菌超標(biāo)時(shí)，管道內(nèi)腐生菌、硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌將形成一個(gè)微生物菌落，當(dāng)微生物菌落附著，形成陰陽(yáng)極區(qū)，陽(yáng)極區(qū)腐蝕溶解，在腐蝕過(guò)程中形成生物膜，構(gòu)建適宜微菌落生長(zhǎng)的環(huán)境，產(chǎn)生微生物共生體系，同時(shí)在生物膜內(nèi)陽(yáng)極大量溶解，并導(dǎo)致進(jìn)一步酸化加速腐蝕，最終嚴(yán)重點(diǎn)蝕。

表2 喇3-PS2818井管道基礎(chǔ)信息

表3 腐蝕產(chǎn)物微觀分析

圖2 喇11-P2055井管道腐蝕產(chǎn)物電鏡微觀圖與X射線衍生分析

圖3 喇5-PS1402井管道腐蝕產(chǎn)物電鏡微觀圖與X射線衍生分析

從微觀分析腐蝕過(guò)程，1個(gè)SRB腐蝕代謝時(shí)需要8個(gè)H+提供能量，代謝的產(chǎn)物在外表形成生物膜，形成一個(gè)局部的厭氧環(huán)境，保護(hù)內(nèi)部SRB的繼續(xù)繁殖。TGB主要腐蝕機(jī)理是將Fe轉(zhuǎn)換成Fe2+，與介質(zhì)中的S2-和CO32-結(jié)合生成 FeS 和 FeCO3，并生成 H+供給SRB。通過(guò)化學(xué)平衡知道，SRB代謝導(dǎo)致的H+缺失促使TGB的腐蝕反應(yīng)向正向進(jìn)行，并大量形成Fe2+，又促進(jìn)了FB的聚集，F(xiàn)B的菌團(tuán)包裹在最外層，使得整個(gè)系統(tǒng)不被外界破壞，形成一個(gè)復(fù)雜的菌族（圖4），從而造成腐蝕。

通過(guò)實(shí)踐得知，SRB對(duì)金屬造成的腐蝕屬于隧道腐蝕（圖5），在某局部繁殖，形成的陽(yáng)極區(qū)不斷向外壁延伸，微孔不斷深入最終形成嚴(yán)重的腐蝕。

圖4 SRB、TGB與FB共生菌族反應(yīng)

圖5 SRB腐蝕管道微觀圖

以油田公司管道失效率指標(biāo)≤0.5次/（km·a）為界限，對(duì)一類油層和二類油層的各區(qū)塊管道失效率超過(guò)0.5次/（km·a）的年限統(tǒng)計(jì)分析。分析表明：一類油層清配清稀體系管道失效率超過(guò)公司指標(biāo)最短年限是第12年；二類油層清配清稀體系管道失效率超過(guò)公司指標(biāo)最短年限是第9年；二類油層清配污稀體系管道失效率超過(guò)公司指標(biāo)最短年限是第3年（表4）。

初步分析表明，一類油層聚合物母液采用清水稀釋體系，二類油層聚合物母液采用污水稀釋體系，清配污稀體系管道失效率明顯高于清配清稀體系管道失效率。

2.2 焊道腐蝕失效

喇7-P31井于2012年11月投產(chǎn)，從2016年首次發(fā)生失效至今，共失效90次?，F(xiàn)場(chǎng)取樣發(fā)現(xiàn)它的腐蝕主要發(fā)生在焊道附近（圖6）。這是由于在管道焊接施工時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)溫度較高，焊口熱影響區(qū)內(nèi)熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層脫落，金屬表面裸露在外，細(xì)菌在此著床，最終造成腐蝕失效。實(shí)踐得出，嚴(yán)抓注聚金屬管道現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)孔維修質(zhì)量管理迫在眉睫。

表4 注聚區(qū)塊金屬失效率、超標(biāo)年限及注聚體系統(tǒng)計(jì)

圖6 喇7-P31井管道腐蝕

3 管道內(nèi)腐蝕失效原因分析及減緩對(duì)策

3.1 污水中細(xì)菌含量超標(biāo)

對(duì)清配污稀注入體系所用污水中的硫酸鹽還原菌、腐生菌、鐵細(xì)菌3種細(xì)菌進(jìn)行篩查，3種細(xì)菌數(shù)量均超標(biāo)（表5）。

由于注入介質(zhì)中3種細(xì)菌的存在，細(xì)菌容易在管道內(nèi)涂層漏點(diǎn)處和破損處侵入并著床，形成固著菌，以氧、碳和氮為營(yíng)養(yǎng)條件，約3年的時(shí)間在管壁表面繁殖長(zhǎng)大形成直徑為1 cm左右的菌瘤，菌瘤會(huì)加速管道電化學(xué)腐蝕速度，最終導(dǎo)致管道腐蝕失效。而SRB隨注入水進(jìn)入地層后，還會(huì)污染地層，使產(chǎn)出氣中含有較高濃度的H2S氣體，導(dǎo)致井下管柱、井口裝置、集輸管線及設(shè)備面臨H2S腐蝕，并對(duì)周圍環(huán)境造成污染。

熒光原位雜交技術(shù)（Fluorescence in situ hybrid?ization,FISH）將熒光DNA或肽核酸探針與標(biāo)本組織細(xì)菌16S rRNA或耐藥性基因片段進(jìn)行雜交，并于熒光顯微鏡或共焦顯微鏡下對(duì)熒光標(biāo)記細(xì)菌進(jìn)行觀察。FISH可對(duì)離體的或假體表面的細(xì)菌提供良好的空間分辨率，使細(xì)菌生物膜的物理結(jié)構(gòu)可視化［24］。雖然目前還缺乏直接將FISH與細(xì)菌培養(yǎng)技術(shù)診斷PJI病原菌的對(duì)比研究，但FISH已經(jīng)在血液樣本的研究中顯示出至少不低于細(xì)菌培養(yǎng)技術(shù)的敏感性和特異性。此外，即使細(xì)菌被包裹在生物膜內(nèi)FISH技術(shù)仍可以確定PJI培養(yǎng)陰性的細(xì)菌種類［25］。

從實(shí)踐中得出，注入液中的含氧量多，腐蝕就以固著菌為主；含氧量少則以腐生菌為主。對(duì)此提出建議：①在曝氧后的污水加入除氧劑，先期殺掉SRB既保證生產(chǎn)中對(duì)聚合物黏度的要求，又減少了注入液中氧的含量、控制TGB含量；②在管道中定期加入殺菌劑，從根源消滅細(xì)菌，減少腐蝕失效機(jī)率。

表5 重點(diǎn)區(qū)塊曝氧前后細(xì)菌數(shù)量分析

3.2 注聚金屬管道熔結(jié)環(huán)氧粉末內(nèi)涂層質(zhì)量不達(dá)標(biāo)

針對(duì)新進(jìn)管道內(nèi)涂層質(zhì)量不合格現(xiàn)象[2]，按照標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0442—2010[3]選取外觀、干膜厚度、漏點(diǎn)、附著力4項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)作為注聚管道內(nèi)涂層質(zhì)量快檢標(biāo)準(zhǔn)。目前已抽檢4個(gè)廠家26個(gè)批次，共計(jì)78件樣品。退回不合格管道31.67 km，取消管道訂貨50 km。

下步繼續(xù)加大注聚管道內(nèi)防腐層質(zhì)量的抽檢力度，對(duì)每批次管道抽檢后建立電子檔案，實(shí)施埋地管道質(zhì)量追溯制度，使廠家的生產(chǎn)質(zhì)量不斷提升，同時(shí)開(kāi)展其他系統(tǒng)管道的內(nèi)外防腐層質(zhì)量的抽檢工作，提升油田管道失效質(zhì)量管理水平。

3.3 注聚金屬管道缺少內(nèi)補(bǔ)口技術(shù)

針對(duì)管線焊接施工時(shí)焊口熱影響區(qū)內(nèi)熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層脫落造成的腐蝕失效，目前沒(méi)有更為成熟的施工技術(shù)，除加大現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量監(jiān)督減少因施工因素造成的腐蝕失效，同時(shí)開(kāi)展新型焊接技術(shù)[4]的研究實(shí)踐，避免施工造成管道失效。

4 管道內(nèi)腐蝕失效管理的實(shí)踐效果

采油六廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所通過(guò)大力推行“管道涂層質(zhì)量快檢”、“管道專業(yè)化修復(fù)”管理模式，促進(jìn)管道防腐質(zhì)量管理更精細(xì)、更科學(xué)、更規(guī)范，推進(jìn)采油六廠注聚管道內(nèi)腐蝕失效管理實(shí)現(xiàn)更好發(fā)展，管道質(zhì)量管理成效顯著[5]。

4.1 開(kāi)展管道涂層質(zhì)量檢測(cè)，進(jìn)行源頭治理

采油六廠規(guī)劃所成立質(zhì)量抽檢小組，加密抽檢，從標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0442—2010中選取4項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)(外觀、厚度、漏點(diǎn)、附著力)，開(kāi)展注聚管道內(nèi)涂層快速檢測(cè)工作。2018年共抽檢26批次產(chǎn)品，有31.67 km不合格管材被退回，取消管道訂貨50 km；2019年抽檢9批次，130 km管材全都合格，通過(guò)管道涂層質(zhì)量檢測(cè)，從源頭治理，管道質(zhì)量顯著提高。

4.2 開(kāi)展管道專業(yè)化修復(fù)，進(jìn)行過(guò)程治理

開(kāi)展專業(yè)化修復(fù)之后，由廠統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，第三油礦大隊(duì)屬地分級(jí)管理，創(chuàng)業(yè)騰飛六處集中施工調(diào)度運(yùn)行。通過(guò)規(guī)范化管理、標(biāo)準(zhǔn)化施工、程序化驗(yàn)收、信息化傳輸，提高了維修質(zhì)量，一次合格率100%，安全環(huán)保合格率100%。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化維修、過(guò)程治理，管道腐蝕失效管理水平顯著提升。

同時(shí)將管道的年失效率、二次失效率、陰極保護(hù)裝置運(yùn)行率、補(bǔ)孔寫實(shí)率逐步納入廠季度考核中，對(duì)考核結(jié)果打分排名，全廠公示，提高重視管道失效管理意識(shí)，保障管道安全運(yùn)行。

5 結(jié)論

1）注聚管道內(nèi)腐蝕以細(xì)菌腐蝕為主，且為多種細(xì)菌共同作用的結(jié)果，為提高管道內(nèi)腐蝕失效管理水平，應(yīng)對(duì)管道中細(xì)菌含量進(jìn)行化驗(yàn)，制定相應(yīng)的對(duì)策。

2）注入介質(zhì)中的含油污水為細(xì)菌的主要來(lái)源，為減少細(xì)菌腐蝕失效應(yīng)從根源治理，探索多點(diǎn)加藥，殺菌劑與除氧劑并加，降低注入介質(zhì)中細(xì)菌含量，提升管道失效質(zhì)量管理能力。

3）細(xì)菌在管道中的著床是一個(gè)緩慢的過(guò)程，且腐蝕細(xì)菌主要是固著菌而非游離菌，可在細(xì)菌著床期間對(duì)管道進(jìn)行定期沖洗，將管道內(nèi)固著菌變?yōu)橛坞x菌，避免菌瘤出現(xiàn)，加大生產(chǎn)運(yùn)行中管道質(zhì)量管理力度，減緩細(xì)菌腐蝕的速率。

4）通過(guò)推行“管道涂層質(zhì)量快檢”、“管道專業(yè)化修復(fù)”管理模式，促進(jìn)管道防腐質(zhì)量管理更精細(xì)、更科學(xué)、更規(guī)范，管道質(zhì)量管理成效顯著。