大慶油田有限責任公司第六采油廠

截至2019年底，喇嘛甸油田共建成各類地面管道9 304 km，其中運行20年以上的管道2 551 km，占總數(shù)的27.42%。油田地面系統(tǒng)管道腐蝕老化嚴重，埋地管道穿孔率為1.387 km-1·a-1，超出股份公司考核指標，影響了油田生產(chǎn)。為此，針對喇嘛甸油田埋地管道開展了管道腐蝕機理與防治對策的分析與研究。

1 埋地管道腐蝕機理

1.1 管道外腐蝕

1.1.1 土壤腐蝕性強

大慶油田采油六廠自然地勢低洼，地下水位高，土壤電阻率低，平均土壤電阻率為8.74 Ω·m，導(dǎo)致土壤腐蝕性強[1]。埋地腐蝕掛片20組，60個掛片（圖1、圖2），分布在全廠6個聯(lián)合站，14個轉(zhuǎn)油站，平均質(zhì)量腐蝕速率為7.02 g/(dm2·a)，平均點蝕速率為0.76 mm/a，最大點蝕速率為1.36 mm/a，屬于重腐蝕區(qū)。

圖1 測量氧化還原電位Fig.1 Redox potential measurement

圖2 埋設(shè)掛片F(xiàn)ig.2 Burying coupons

1.1.2 外防腐層失效導(dǎo)致腐蝕

由圖3統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，由于外防腐層本身質(zhì)量問題，失效穿孔后未按規(guī)范修復(fù)，以及在基建施工中受到外力破壞、外補口不達標等因素影響，導(dǎo)致裸露的管體夾克層內(nèi)進水，直接接觸土壤發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

圖3 金屬管道外腐蝕穿孔因素實物圖Fig.3 Real product picture of metal pipeline external corrosion perforation factors

1.2 管道內(nèi)腐蝕

1.2.1 宏觀腐蝕形貌分析

2019年，在注聚管道內(nèi)腐蝕機理的分析上，加大了現(xiàn)場取樣數(shù)量和頻次，共計分析注聚管道腐蝕穿孔數(shù)據(jù)13 424條，細菌、硫化物、溶解氧含量等數(shù)據(jù)分析1 291組，現(xiàn)場取樣剖切加工腐蝕管段480組，對內(nèi)腐蝕機理有了更加深入認識[2]。對喇7-31等16口井內(nèi)腐蝕產(chǎn)物宏觀形貌、微觀形貌進行化驗分析。

表1是對剖切16組管段樣品進行宏觀觀察的結(jié)果。涂層出現(xiàn)大面積漏點、起泡，涂層大面積脫落，基材銹蝕嚴重，多數(shù)管道涂層對管道基體失去保護作用。

運行5年以上的管道，漏點、附著力等涂層指標不合格，有5條管道局部腐蝕較為嚴重，剩余壁厚只有20%～50%。

1.2.2 微觀腐蝕形貌分析

對喇7-31井等16口井進行電鏡、X射線衍射分析的結(jié)果表明，腐蝕產(chǎn)物為碳、硫、氧、鋇、鐵等離子組分[3]。圖4為喇7-31井1#樣品X射線衍射分析圖、元素組成表以及電鏡掃描照片。

通過對圖5喇1#樣品的腐蝕產(chǎn)物進行能譜分析，確定了腐蝕產(chǎn)物的相對含量。

能譜分析表明：腐蝕（表2）主要是硫化亞鐵、四氧化三鐵等細菌作用下的電化學(xué)腐蝕，相對含量構(gòu)成見表3。利用同樣的化驗分析方法，對采油六廠注聚管道16口井失效樣品進行檢測，其中，9口井有氧腐蝕參與，占比56.2%，16口井有細菌腐蝕參與，占比100%。

表1 腐蝕管段宏觀形貌分析Tab.1 Macro morphology analysis of corroded pipe section

圖4 喇1#樣品X射線衍射分析圖、元素組成表、電鏡掃描照片F(xiàn)ig.4 La 1#sample X-ray diffraction analysis chart，element composition table，electron microscope scanning photos

圖5 喇1#樣品能譜分析Fig.5 La 1#sample spectrum analysis diagram

表2 喇1#樣品能譜分析腐蝕產(chǎn)物構(gòu)成Tab.2 Composition of corrosion products of La 1#sample by energy spectrum analysis

從腐蝕類型看（表4），細菌腐蝕是主要影響因素，占比75%。由于內(nèi)防腐涂層失效，管道介質(zhì)中存在的三種菌（SRB、FB、TGB）形成共生體系，在內(nèi)涂層破損處著床形成固著菌，約2～3年時間會在管壁表面形成菌瘤（圖6），第四年菌瘤內(nèi)部加速電化學(xué)腐蝕，腐蝕速率可達3～5 mm/a。微觀分析中細菌腐蝕約4年即可造成管線穿孔，與采油六廠注聚金屬管線投產(chǎn)后4～5年爆發(fā)式腐蝕穿孔時間相吻合。1.2.3注聚金屬管道缺少內(nèi)補口技術(shù)，導(dǎo)致焊縫區(qū)腐蝕穿孔

表3 管段腐蝕產(chǎn)物物相定量分析對比Tab.3 Comparison of section corrosion products phase quantitative analysis%

表4 腐蝕管段腐蝕因素對比Tab.4 Corrosion factor comparison of corrosion section

圖6 5#樣品細菌共生菌瘤下腐蝕Fig.6 5#sample symbiotic bacteria corrosion under the tumor

通過對圖7焊口腐蝕穿孔管段分析，發(fā)現(xiàn)管段焊口處由于沒有內(nèi)補口，在內(nèi)補口施工中，焊縫熱影響區(qū)內(nèi)防腐層脫落，細菌直接附著在金屬表面形成菌瘤，導(dǎo)致腐蝕穿孔。

圖7 注聚金屬管道焊縫附近發(fā)生的內(nèi)腐蝕穿孔Fig.7 Internal corrosion perforation near the polymer injection pipeline weld joint

2 防治對策

針對喇嘛甸油田腐蝕特點，加強管道完整性管理，推廣應(yīng)用新型涂層配套技術(shù)和區(qū)域陰極保護技術(shù)，建立完善腐蝕管段樣品庫，提高埋地管道運行維護管理水平。

2.1 加強管道完整性管理工作

2.1.1 建立全過程質(zhì)量控制體系

建立管道從規(guī)劃設(shè)計→物資采購→基建施工→竣工檢測→運行檢測→運行維護→穿孔修復(fù)→建立管道修復(fù)管理平臺的全過程質(zhì)量控制體系，重點抓好建設(shè)期完整性管理，加強源頭把關(guān)，對管道進行全生命周期管理，提高管道完整性管理水平。

2.1.2 建立完善管道腐蝕樣品庫

為全面掌握埋地管道腐蝕狀況、檢驗防腐效果，分系統(tǒng)建立喇嘛甸油田腐蝕失效樣品庫[4]。搜集各類管道失效樣品144件，依據(jù)地面系統(tǒng)劃分為注聚、注水、集輸系統(tǒng)3個部分。注聚系統(tǒng)管道收集34口井102件腐蝕樣品，集輸系統(tǒng)收集17口井40件腐蝕樣品，注水系統(tǒng)收集2口井2件腐蝕樣品，為深入分析管道失效原因、制定具體的管理措施和技術(shù)對策提供了詳細依據(jù)。

每件腐蝕失效樣品均配備紙質(zhì)與電子檔案，能直觀了解管道基本信息、運行信息、失效次數(shù)、腐蝕樣貌等信息，為量化分析管道的失效原因奠定了基礎(chǔ)。

2.1.3 開展管道內(nèi)涂層質(zhì)量檢測

為了提高注聚金屬管道熔結(jié)環(huán)氧粉末內(nèi)涂層質(zhì)量，規(guī)劃所成立了管道檢測組，從SY/T0442—2010《鋼質(zhì)管道熔結(jié)環(huán)氧粉末內(nèi)防腐層技術(shù)標準》10項指標中選取4項關(guān)鍵指標（外觀、厚度、漏點、附著力），開展管道內(nèi)涂層質(zhì)量快速檢測[5]。

2018年共抽檢4個生產(chǎn)廠家的26批次產(chǎn)品，合計79件樣品。有8批次產(chǎn)品4項指標全都合格，已有31.67 km不合格管材被退回，取消管道訂貨50 km。為此通過開展內(nèi)涂層快速檢測工作，督促廠家積極查找不足，優(yōu)化工藝參數(shù)。從第14批次開始，各廠家環(huán)氧粉末內(nèi)涂層厚度明顯提高，廠內(nèi)四項快檢指標合格率由前13批次的0上升到后13批次的62%，產(chǎn)品質(zhì)量得到穩(wěn)定提升。

2019年共抽檢380 km金屬管道，共計38批次123件樣品。經(jīng)廠內(nèi)質(zhì)量快速檢測，熔結(jié)環(huán)氧粉末內(nèi)涂層質(zhì)量均合格。

2.1.4 開展雙高管道的識別評價工作

按照油田公司加強埋地管道完整性管理的要求，2019年全廠9 304 km管道已全部實現(xiàn)高后果區(qū)識別、高風險評價，共識別出高后果區(qū)管道731 km，評價出高風險管道1 286 km。

2.1.5 開發(fā)埋地管網(wǎng)技術(shù)管理平臺

根據(jù)喇嘛甸油田地面生產(chǎn)需要，研發(fā)埋地管網(wǎng)技術(shù)管理平臺[6]，實現(xiàn)A4+A5數(shù)據(jù)及地圖整合，實現(xiàn)地圖主頁、管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、穿孔數(shù)據(jù)、陰極保護數(shù)據(jù)、管道腐蝕樣品庫、區(qū)塊管理、統(tǒng)計分析8個功能數(shù)據(jù)信息查詢、分析統(tǒng)計功能；平臺實現(xiàn)了管道A5數(shù)據(jù)與A4數(shù)據(jù)的對接與展示；實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的整合、分析，直觀展示統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)結(jié)果；實現(xiàn)了管道穿孔預(yù)警功能；根據(jù)管道使用年限、長度及穿孔次數(shù)，自動計算管道穿孔率；評估管道使用風險，對高風險管道進行更換預(yù)警，提高了埋地管道管理水平。

2.1.6 開展管道穿孔專業(yè)化修復(fù)

在失效管道修復(fù)上[7]，實現(xiàn)了專業(yè)化修復(fù)，建立了維修管理規(guī)范化、施工運行標準化、驗收結(jié)算程序化、數(shù)據(jù)查詢信息化的管理模式，實現(xiàn)了穿孔維修全過程的“閉環(huán)”管理。提高了失效管道維修質(zhì)量，一次合格率100%，安全環(huán)保合格率100%。提升了維修效率，油井管線維修平均縮短16 h，水井注入時率提高0.25個百分點。

2.2 外腐蝕控制

2.2.1 推廣區(qū)域陰極保護技術(shù)

為了控制埋地管道外腐蝕速率，2003開始推廣應(yīng)用大區(qū)域陰極保護技術(shù)[8]，利用自主研發(fā)的油管輔助陽極技術(shù)，降低工程投資，利用自動調(diào)控技術(shù)，提高陰極保護運行率。推廣建設(shè)4座大區(qū)域陰極保護站，保護44座計量間631 km集輸管道，共有恒電位儀51臺，現(xiàn)有效運行46臺，運行率90.2%，有效降低了外腐蝕穿孔速率。實施大區(qū)域陰極保護的喇501轉(zhuǎn)油站下轄47口油井，共計38 km集輸管道，在喇北北塊強腐蝕區(qū)運行16年，穿孔率為0.37 km-1·a-1，同區(qū)塊未實施陰極保護的喇641轉(zhuǎn)油站穿孔率為1.26 km-1·a-1，保護效果顯著。

2.2.2 開展廢舊油管輔助陽極技術(shù)研究

2018年在喇5014#及喇5010#計量間陰極保護站陽極井維修中，利用廢舊油管代替輔助陽極[9]，使用打樁機打樁的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉆井方式，新建兩口廢舊油管輔助陽極井（圖8）。兩年平穩(wěn)運行，保護電位平均達到-1.05 V，有效保護了兩座計量間8.48 km管道，節(jié)約投資32萬元。

圖8 快速打樁法廢舊油管輔助陽極實物圖片F(xiàn)ig.8 Real product picture of quickly piling method waste tubing auxiliary anode

2018年下半年在打樁法基礎(chǔ)上改進為立式淺埋廢舊油管輔助陽極。

2.2.3 陰極保護自動調(diào)控技術(shù)

目前的陰極保護系統(tǒng)，保護電位需要人工頻繁調(diào)節(jié)，對陰極保護運行率造成很大影響。為了提高陰極保護裝置運行率及保護效果[10]，研究應(yīng)用了自動調(diào)控技術(shù)，該技術(shù)以電位自動遙測分機、極化探頭、恒電位儀管理裝置為核心，通過數(shù)據(jù)自動采集、自動分析、自行調(diào)整，實現(xiàn)設(shè)備自動化運行。

2018年在喇700轉(zhuǎn)油放水站及喇7006#計量間陰極保護站建設(shè)中應(yīng)用了陰極保護智能管理系統(tǒng)，站內(nèi)設(shè)置管理裝置1臺，自動遙測分機3臺，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)自動采集自動調(diào)控功能[10]。自投運以來，斷電保護電位在-0.85～-1.2 V之間，陰極保護裝置運行率提高到100%，保護效果見表5。

2.3 內(nèi)腐蝕控制

對補口成熟技術(shù)進行了調(diào)研，經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用試驗，初步確定了4種管道防腐工藝：①針對熔結(jié)環(huán)氧粉末內(nèi)涂層管道，使用堆焊補口、機械壓接接頭兩種補口技術(shù)；②針對高分子熱熔內(nèi)涂層管道，管段中間用螺紋連接，兩側(cè)采用機械壓接接頭；③針對鈦石墨納米內(nèi)涂層管道，管段中間、兩側(cè)采用新型無損焊接接頭方式連接；④應(yīng)用管道在線擠涂技術(shù)，兩側(cè)采用機械免焊接頭連接方式。

表5 電位自動遙測分級運行數(shù)據(jù)Tab.5 Data of automatic telemetry classification operation

3 結(jié)束語

通過對喇嘛甸油田埋地管道腐蝕機理及防治對策分析研究發(fā)現(xiàn)，要控制埋地管道失效率，首先在源頭上要把住質(zhì)量關(guān)，加大防腐涂層質(zhì)量檢測工作，杜絕不合格管道入廠。在外腐蝕控制上繼續(xù)推廣應(yīng)用區(qū)域陰極保護技術(shù)，應(yīng)用廢舊油管作為輔助陽極，降低了投資；應(yīng)用陰極保護自動調(diào)控技術(shù)實現(xiàn)陰極保護數(shù)字化管理。在內(nèi)腐蝕控制上，推廣應(yīng)用新型涂層及內(nèi)補口配套技術(shù)，有效控制埋地管道失效率，提高埋地管道運行維護管理水平。