張曼杰

［中海石油（中國）有限公司番禺作業(yè)公司，廣東深圳 518000］

1 腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計理念

1.1 腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)的組成與機理

旁路式管道內(nèi)部腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)該包括若干彎管、球閥、法蘭與三通管段，多條用于監(jiān)測的管段所組成，安裝于現(xiàn)場（被監(jiān)測管道需要監(jiān)測的位置）的檢測管段、安裝于檢測管段上的檢測探頭（掛片探頭、電阻探針等）和位于中央控制室的數(shù)據(jù)采集器（電化學(xué)工作站等）及PC機等。

如下圖1所示，一個球閥、兩個三通和多個彎管組成了旁路式管道內(nèi)部腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)間簡單模型，下方多個球閥的位置就是主要監(jiān)測、檢測區(qū)，探針與掛片都裝在其中，探頭將腐蝕的微弱電信號通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)街醒肟刂剖襊C機用以達到監(jiān)控目的。

圖1 旁路式管道內(nèi)腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成簡圖

1.2 腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)的運行過程

在正常油氣運行過程中，油氣從下方直管中通過時，會沖刷同樣材質(zhì)的掛片，也同樣經(jīng)過電感探針，這樣沖刷腐蝕就會以微弱電信號傳遞給線纜，在中央控制室就可以用電化學(xué)工作站接收到。腐蝕是一個長期過程，通過一段時間的積累與記錄，中央控制室的電化學(xué)工作站就可以對收集到的電信號進行分析處理，輸出所需的圖表，直觀地查看腐蝕信息，能夠作為油田管道腐蝕治理的依據(jù)。

通過監(jiān)測藥劑投放和常規(guī)腐蝕情況，便于發(fā)現(xiàn)藥劑對管段的影響以及研究液相、氣相、氣液混輸過程中對管道的腐蝕影響，有效地對管道生命周期進行管理，才能達到管道正常使用與延壽的目的。

2 腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)功能與優(yōu)勢

2.1 可實施在線拆裝

由以上原理可知，在正常生產(chǎn)時油氣是不走上部管道的，只有在需要維護檢測時才通過球閥控制，讓油氣從彎管處通過。那么這兩個通路中的任意管段是正常生產(chǎn)時可以在線拆卸維護的。

維護時，通過控制球閥開關(guān)，讓油氣從旁通彎管中運行，就可進行拆取掛片等操作，不停產(chǎn)進行維護，節(jié)約油田生產(chǎn)的大量時間，減少操作人員和維護成本。

2.2 監(jiān)測方法可疊加選取

通過圖2可知，檢測管段上可以設(shè)計不同的檢測方法，可以包括三種常用的檢測方法，三層掛片探頭法、電感探針法、電阻探針法。通過物理方法、電化學(xué)方法全方位監(jiān)測管段腐蝕情況。

圖2 多種監(jiān)測方法示意圖

2.3 應(yīng)用電阻探針能監(jiān)測環(huán)境突變

如圖3所示，油氣傳輸過程中環(huán)境因素變化也是導(dǎo)致腐蝕的重要因素之一，通過選用電阻探針方法來監(jiān)測，通過數(shù)據(jù)可以反映出管道內(nèi)實際工況發(fā)生變化與突變時間節(jié)點，為研究藥劑選型與配伍提供參考。

圖3 電阻探針數(shù)據(jù)變化趨勢圖

2.4 能獲得直觀的內(nèi)腐蝕信息

對某油氣田海管入海端檢測管段進行拆卸后發(fā)現(xiàn)，管段內(nèi)壁能看見清晰的氣液分界面。但并不能看出管內(nèi)油、水界面線，這可能是由于此處靠近外輸增壓泵，油水處于湍流狀態(tài)，沒有明顯的分層現(xiàn)象。檢測管段經(jīng)過6個月的腐蝕后，內(nèi)表面更光滑了，沒發(fā)現(xiàn)明顯的局部腐蝕現(xiàn)象，焊縫處也沒有明顯腐蝕的跡象，焊縫為均勻腐蝕；從清洗后的照片可以了解到，管段內(nèi)壁整體腐蝕均勻。

通過對管道檢測段的定期拆卸觀察，能夠與數(shù)據(jù)圖表相互印證核對。通過該方法可以判定該批次的所有相同工況環(huán)境下、相同材質(zhì)管段的腐蝕情況。

2.5 產(chǎn)物與沉積物分析

經(jīng)分析，管段頂部垢樣物含有FeCO3為42 %、Fe3S4為38 %、FeS2為9 %。其管頂部的結(jié)垢產(chǎn)物為鐵硫化物與FeCO3，可以推斷該管氣相部分的結(jié)垢現(xiàn)象是腐蝕產(chǎn)生的，其中以CO2腐蝕和H2S腐蝕為主，造成這種情況的主要原因是由于平臺產(chǎn)出氣中二氧化碳含量較高，在潮濕的氣相環(huán)境中造成管壁的二氧化碳腐蝕形成碳酸亞鐵。而鐵硫化物，則是由于管內(nèi)氣相環(huán)境中少量的硫化氫腐蝕造成。

管段底部沉積物含有FeCO3≈43 %、Al（OH，F(xiàn)）3·0.375H2O為32%、Fe3S4為11%、FeS為8%、CaCO3為6%。與頂部垢樣分析結(jié)果一樣，底部垢樣中也有大量的FeCO3存在，約占總含量的43%，這說明在液相環(huán)境中，二氧化碳腐蝕同樣占據(jù)主導(dǎo)作用；此外，含有約32 %的Al（OH，F(xiàn)）3·0.375H2O，這與以前在二級分離器底部沉積物中發(fā)現(xiàn)的NaMgAl（F.OH）6·H2O、Al2（OH）2.76F3.24·H2O類似，都是含Al和F的復(fù)雜化（混）合物。分析元素來源可以知道，Al是犧牲陽極的主要成分，應(yīng)該是犧牲陽極溶解后形成，而F元素則有兩個可能的來源，一是來自地層，二是平臺酸化作業(yè)時引入，如氫氟酸。酸化殘液進入分離器之后，首先對犧牲陽極進行加速腐蝕，極大縮短犧牲陽極的使用壽命。當犧牲陽極早早消耗殆盡，分離器罐體也將受到腐蝕。垢樣中的鐵硫化物（FeS和Fe3S4）則是由硫化氫腐蝕造成。

2.6 能獲得微生物腐蝕信息

如圖1所示，在檢測管段的底部，留有取樣孔，可以進行管段內(nèi)部液體取樣。通過分析TGB、SRB等微生物存活信息，就可以掌握管道內(nèi)微生物活動情況與進一步研究抑制其生長從而達到控制腐蝕因素生成的目的。

3 數(shù)字網(wǎng)絡(luò)可視化建設(shè)

在當今大數(shù)據(jù)背景環(huán)境下，如果只收集某一海域、某一平臺、某一管段的腐蝕信息就非常孤立，造成數(shù)據(jù)的浪費，不能高效利用，今后信息共享、信息互通、信息組網(wǎng)、信息區(qū)塊鏈都是將來發(fā)展的趨勢。數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)可視化建設(shè)也將是腐蝕產(chǎn)業(yè)鏈條中必不可少的一環(huán)。

3.1 局域網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

如下圖4所示，有了前面高效的監(jiān)測技術(shù)手段，在油田獲得一手數(shù)據(jù)資料后，資料的有效利用就顯得尤為重要，可以根據(jù)流程位置建造局域網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)能夠做到保密與數(shù)據(jù)查閱的功能，并且還能夠可視化，給維護團隊和決策層以直觀的反饋。

圖4 某作業(yè)公司智能在線監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)搭建示意圖

3.2 云平臺建設(shè)

在搭建好每個局域網(wǎng)絡(luò)后，就可以將所有局域網(wǎng)絡(luò)通過高速數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)進行云端處理，不僅在于實時分析與可視，還能夠減少終端PC機或者工作站等多個設(shè)備的使用，減少數(shù)據(jù)存儲與丟失風(fēng)險，減少設(shè)備故障率，只需要無線交換機即可上傳數(shù)據(jù)到云端，陸地處理器實時保存與處理。可提交多用戶操作與可視，不同層級權(quán)限與操作界面不同以達到保密的功能。

3.3 區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)應(yīng)用

在實際生產(chǎn)過程中，有可能出現(xiàn)記錄器失靈、探針損壞、數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)不準等情況發(fā)生。但是通過區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)，可以查詢相鄰井位的數(shù)據(jù)，包括環(huán)境信息、所在流程中位置、設(shè)備名稱、材質(zhì)、維護時間、腐蝕狀況等信息，就可以對失效部分進行大致推斷，待監(jiān)測設(shè)備修復(fù)正常后即可持續(xù)記錄、分析。

一般不會有長期得不到監(jiān)控的重要管道情況，所以在設(shè)備儀器短暫失靈后，可借助區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)判斷腐蝕情況，及時修復(fù)受損設(shè)備，保障管道得到有效監(jiān)控和防護。

區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)不光能在管道監(jiān)控中得以應(yīng)用，還可以應(yīng)用在井下監(jiān)測、儲罐延壽、船舶平臺延壽等方面，應(yīng)用前景廣泛。

4 結(jié)語

旁路式管道內(nèi)部腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)一直在持續(xù)改進與提升，在大數(shù)據(jù)背景下，正在尋求如何使用好自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)，并能夠突破技術(shù)瓶頸，不斷創(chuàng)新革新，為公司增儲上產(chǎn)、提質(zhì)增效做出應(yīng)有貢獻。