張書新（大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

隨著杏北油田開發(fā)規(guī)模不斷擴(kuò)大，地面系統(tǒng)埋地管道已達(dá)11 209 km，其中運(yùn)行20 年以上的埋地管道達(dá)到了24.05%，且由于油田開發(fā)方式的多元化、介質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致埋地管道腐蝕老化問(wèn)題日益突出。針對(duì)管道失效后帶來(lái)的生產(chǎn)、安全、環(huán)保等問(wèn)題，結(jié)合杏北油田管道腐蝕特點(diǎn)，開展管道腐蝕成因分析，制定了針對(duì)性的腐蝕防控措施，有效降低了管道腐蝕穿孔。

1 埋地管道失效原因分析

結(jié)合杏北油田管道腐蝕特點(diǎn)，集輸及注水系統(tǒng)腐蝕穿孔管道主要以運(yùn)行年限長(zhǎng)的外腐蝕管道為主；聚驅(qū)注入管道腐蝕穿孔集中出現(xiàn)在區(qū)塊注聚后3～4 年，且以內(nèi)腐蝕為主。從土壤電阻率、管道運(yùn)行年限、二次穿孔、介質(zhì)腐蝕性等幾方面，對(duì)埋地金屬管道失效成因進(jìn)行分析，為腐蝕防控對(duì)策的制定提供指導(dǎo)。

1.1 埋地管道外腐蝕成因

埋地管道外涂層破損處，與土壤接觸易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，且隨著運(yùn)行年限增長(zhǎng)，外腐蝕逐年加劇，在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，管道堵漏后直接回填，在管道腐蝕區(qū)域易發(fā)生二次腐蝕穿孔。

1.1.1 土壤電阻率對(duì)腐蝕的影響

在埋地管道維修和檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，集輸及注水系統(tǒng)管道腐蝕以外腐蝕為主，且腐蝕穿孔區(qū)域集中在土壤電阻率低、土壤腐蝕性強(qiáng)的區(qū)域，這是由于防腐層破損、老化、失效，周圍介質(zhì)與管體接觸，發(fā)生了電化學(xué)反應(yīng)。

1.1.2 隨運(yùn)行年限增長(zhǎng)腐蝕加劇

隨著運(yùn)行年限延長(zhǎng)，管道外防腐層破損處長(zhǎng)期處于腐蝕環(huán)境，腐蝕加劇[1]，統(tǒng)計(jì)2019 年管道腐蝕穿孔情況，運(yùn)行20 年以上管道，穿孔次數(shù)占全年總穿孔次數(shù)的41.8%。

1.1.3 二次腐蝕穿孔

在管道腐蝕穿孔區(qū)域，焊接維修后，由于未進(jìn)行有效的防腐處理，管道腐蝕缺陷區(qū)域附近，易發(fā)生二次腐蝕穿孔，在破損點(diǎn)形成陽(yáng)極，非破損區(qū)域形成陰極，極大的提升了腐蝕效率[2]。

1.2 埋地管道內(nèi)腐蝕成因

對(duì)聚合物濃度與介質(zhì)腐蝕的影響、細(xì)菌腐蝕特點(diǎn)進(jìn)行分析，認(rèn)為污水配制聚合物溶液細(xì)菌更易滋生，介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)，污水中硫酸鹽還原菌（SRB）、腐生菌（TGB）、鐵細(xì)菌（FB） 三種菌群相互作用，代謝繁殖成共生體系，在管道內(nèi)壁形成生物菌瘤，加速電化學(xué)腐蝕。

1.2.1 聚合物濃度對(duì)介質(zhì)腐蝕的影響

使用殺菌后的清水和污水分別配制不同聚合物濃度的腐蝕介質(zhì)，用電化學(xué)工作站測(cè)定不同聚合物濃度對(duì)20#碳鋼的腐蝕特性，見(jiàn)圖1，當(dāng)聚合物濃度為600 mg/L 時(shí)介質(zhì)腐蝕性最強(qiáng)，且污水配制聚合物溶液，由于細(xì)菌更易滋生，介質(zhì)腐蝕性較清水配制溶液高。

圖1 不同含聚濃度下的介質(zhì)腐蝕速率

1.2.2 細(xì)菌腐蝕特點(diǎn)

從注聚管道內(nèi)腐蝕情況圖2 看，管道內(nèi)壁形成了菌瘤（圖3），分析認(rèn)為介質(zhì)中硫酸鹽還原菌、腐生菌、鐵細(xì)菌三種菌群在金屬表面附著，代謝繁殖成共生體系，并形成生物菌瘤，菌瘤環(huán)境加速電化學(xué)腐蝕，腐蝕速率可達(dá)3～5 mm/a[3]。

圖2 管道內(nèi)表面菌瘤及腐蝕

圖3 微觀下生物菌瘤

2 管道腐蝕治理對(duì)策

通過(guò)管道PCM 法外防腐檢測(cè)技術(shù)及耦合多電極法內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用分析，結(jié)合管道定性及半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)識(shí)別和評(píng)價(jià)，采取相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)減緩措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)有效管控，降低管道事故率，控制改造投資。

2.1 防腐檢測(cè)技術(shù)

2.1.1 埋地管道外防腐檢測(cè)

埋地管道外防腐層檢測(cè)主要通過(guò)地面非開挖檢測(cè)[4]，目前，常用的地面非開挖檢測(cè)技術(shù)有ACVG（即交流電位梯度法），ACVG 又可分為Pearson 法和PCM 法等[5-7]。

杏北油田采用PCM 法進(jìn)行外防腐檢測(cè)，該方法是優(yōu)化了的ACVG，它能測(cè)量管道中電流衰減梯度[8]，所以它也被稱為電流梯度法或多頻管中電流法[9]。檢測(cè)數(shù)據(jù)按照Q/SY DQ 1228—2014《油田埋地鋼質(zhì)管道腐蝕與防護(hù)評(píng)價(jià)方法》進(jìn)行評(píng)價(jià)，PCM法外防腐層檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1，外防腐層差級(jí)和劣級(jí)的比例合計(jì)為30.7%，需要進(jìn)行修復(fù)治理。

表1 PCM 法外防腐層檢測(cè)結(jié)果

2.1.2 管道內(nèi)腐蝕檢測(cè)

常用的腐蝕檢測(cè)技術(shù)包括電阻法（ER）、線性極化法（LPR）、電化學(xué)噪聲法（EN）等，由于傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)存在響應(yīng)慢、檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不高等缺點(diǎn)[10]，杏北油田選用耦合多電極法（CMAS） 進(jìn)行內(nèi)腐蝕檢測(cè)，該方法直接測(cè)量從被腐蝕電極通過(guò)零電阻電流計(jì)流入腐蝕嚴(yán)重電極的微電流，可快速給出定量的腐蝕速度。

在鹽三元試驗(yàn)區(qū)，應(yīng)用耦合多電極檢測(cè)技術(shù)，將探頭浸入介質(zhì)中，直接測(cè)量腐蝕微電流，給出定量的腐蝕速度，有效評(píng)價(jià)注入介質(zhì)對(duì)管道及儲(chǔ)罐等金屬設(shè)備的腐蝕性，圖4 為該方法檢測(cè)的碳鋼在20%氯化鈉介質(zhì)中的點(diǎn)蝕速率變化曲線，6 h 內(nèi)的平均點(diǎn)蝕速率為19.0 μm/a，根據(jù)SY/T 0087.2—2012《鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)埋地鋼質(zhì)管道內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)》，介質(zhì)腐蝕性等級(jí)為低級(jí)。

圖4 碳鋼在20%氯化鈉介質(zhì)中的點(diǎn)蝕速率變化曲線

2.2 管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及管控

2.2.1 管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

嚴(yán)格按照油田管道完整性管理規(guī)定，每年組織定期對(duì)高后果區(qū)進(jìn)行識(shí)別，對(duì)Ⅱ、Ⅲ類管道進(jìn)行定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，I 類管道及Ⅱ、Ⅲ類高風(fēng)險(xiǎn)（定性評(píng)價(jià)結(jié)果） 管道委托設(shè)計(jì)院對(duì)其進(jìn)行半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，每年根據(jù)高風(fēng)險(xiǎn)管道臺(tái)賬及“雙高”管道臺(tái)賬，編制全廠管道改造及檢測(cè)修復(fù)方案。

2.2.2 管道風(fēng)險(xiǎn)管控

對(duì)于中風(fēng)險(xiǎn)管道采取以檢測(cè)修復(fù)為主，更換為輔的治理策略，對(duì)于運(yùn)行年限長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高管道采用更換為主的治理策略，控制穿孔總量，實(shí)現(xiàn)管道風(fēng)險(xiǎn)安全可控。2016 年以來(lái)，逐漸減少管道更換數(shù)量，加大管道檢測(cè)和修復(fù)的投入。

對(duì)于內(nèi)外介質(zhì)環(huán)境腐蝕性強(qiáng)管道，在源頭上，優(yōu)化防腐設(shè)計(jì)，優(yōu)選管道材質(zhì)。鹽堿地區(qū)注入管道采用玻璃鋼管或鋼骨架塑料復(fù)合管。對(duì)于土壤一二級(jí)區(qū)域，設(shè)計(jì)2PE 防腐管道；聚驅(qū)閥組間摻水管道，設(shè)計(jì)溶劑型液體環(huán)氧內(nèi)防腐，延長(zhǎng)管道使用壽命。

2.3 管道防腐層修復(fù)技術(shù)優(yōu)化

2.3.1 管道外防腐層

針對(duì)管道外防腐層修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)、低溫適應(yīng)性差、工藝復(fù)雜的問(wèn)題，通過(guò)試驗(yàn)篩選涂料和膠帶，優(yōu)選低溫快速修復(fù)結(jié)構(gòu)為：聚脲+低溫超韌聚乙烯熱收縮帶組合；常溫快速修復(fù)結(jié)構(gòu)為：無(wú)溶劑環(huán)氧涂料+聚乙烯冷纏帶組合?？焖傩迯?fù)流程與原修復(fù)流程相比，節(jié)省時(shí)間30 min 以上，有效提高了防腐層修復(fù)效率。

2.3.2 軟管翻轉(zhuǎn)法管道內(nèi)修復(fù)技術(shù)

軟管翻轉(zhuǎn)法管道內(nèi)修復(fù)技術(shù)可對(duì)管徑為48～600 mm 的油、氣、水管道進(jìn)行修復(fù)，一次修復(fù)長(zhǎng)度為200～500 m，與更換新管道比可降低施工費(fèi)用約50%，由于內(nèi)襯材料是非金屬材料，可大大提高管道的耐腐蝕性，延長(zhǎng)管道運(yùn)行壽命。目前，已對(duì)兩條腐蝕穿孔嚴(yán)重的站間集油管道進(jìn)行修復(fù)，截至目前，修復(fù)管道運(yùn)行狀況良好。

3 效果分析

2015 年以來(lái)，通過(guò)加大管道檢測(cè)修復(fù)力度，探索攻關(guān)管道外防腐層修復(fù)技術(shù)、軟管翻轉(zhuǎn)法管道內(nèi)修復(fù)技術(shù)，有序安排高風(fēng)險(xiǎn)管道更換，優(yōu)化管道防腐設(shè)計(jì)，優(yōu)選管道材質(zhì)等措施，杏北油田埋地管道腐蝕穿孔問(wèn)題得到了有效治理，管道失效率下降至0.41 次/(km·a)，年穿孔次數(shù)減少了560 次，按單處穿孔油氣泄漏量為1 m3計(jì)算，年降低油氣泄漏量560 m3。

4 認(rèn)識(shí)及建議

1） 采用PCM 檢測(cè)、耦合多電極檢測(cè)等方法，對(duì)管道面臨的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別和評(píng)價(jià)，并采取相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)減緩措施，可有效降低管道腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

2）加大管道檢測(cè)和修復(fù)力度，有序安排高風(fēng)險(xiǎn)管道更換，優(yōu)化管道防腐結(jié)構(gòu)、優(yōu)選管道材質(zhì)，提高防腐修復(fù)質(zhì)量，是控制管道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的有效手段。

3）管道運(yùn)行期可通過(guò)定期檢測(cè)，摸索管道腐蝕狀況，但不能實(shí)現(xiàn)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，仍需探索操作方便、技術(shù)可靠的管道剩余壁厚、陰極保護(hù)電位等腐蝕情況在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。