岳沛霖
(中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司,廣東 深圳 518000)
在海底運(yùn)輸中主要以管道為主,對(duì)石油、天然氣、煤以及化學(xué)產(chǎn)品等物品運(yùn)輸,其特點(diǎn)是運(yùn)輸量大、安全性高、運(yùn)輸成本低等,受到了廣泛的應(yīng)用。管道運(yùn)輸正常才能保證油田的正常生產(chǎn),一旦出現(xiàn)原油泄漏,就會(huì)停止一切運(yùn)輸,進(jìn)行管道檢查、修理、更換。海底中管道常見(jiàn)的故障是腐蝕導(dǎo)致的,尤其是多相流管道。由于管道大多數(shù)是金屬材質(zhì),長(zhǎng)期受到海水、溶解類的鹽的影響,會(huì)使管道內(nèi)部發(fā)生腐蝕。如果出現(xiàn)腐蝕嚴(yán)重,管道泄漏,造成不可估量的損失。
因此,需要對(duì)海底管道內(nèi)部腐蝕情況進(jìn)行了解,對(duì)多相流管道內(nèi)部腐蝕進(jìn)行評(píng)價(jià)方法分析,找出容易出現(xiàn)腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)地點(diǎn),及時(shí)進(jìn)行修理和更換,做好多相流海底管道腐蝕的解決方案,減少管道事故的發(fā)生,高效率完成管道運(yùn)輸工作,減少環(huán)境污染。
在海底油田開采過(guò)程中,管道內(nèi)最容易出現(xiàn)的腐蝕物質(zhì)包含H2S、CO2兩種,具有較強(qiáng)的腐蝕性,能夠與管道內(nèi)水發(fā)生化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)物依附在金屬管道內(nèi)壁,造成管道內(nèi)腐蝕漏洞,出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象。由于多相流海洋管道內(nèi)部的水質(zhì)流動(dòng)性不同、溫度影響、管道內(nèi)外部壓力影響等因素,導(dǎo)致多相流管道兩端及隱蔽部位不容易監(jiān)測(cè)到故障點(diǎn),甚至出現(xiàn)故障點(diǎn)查找錯(cuò)誤,造成嚴(yán)重的損失。
因此,本文對(duì)多相流海洋管道內(nèi)部腐蝕進(jìn)行評(píng)價(jià)分析,提出解決方案。通過(guò)分析海洋管道內(nèi)部全部水流變化情況,查找游離水對(duì)腐蝕物作用力最強(qiáng)的位置,并且對(duì)該位置進(jìn)行腐蝕速度的推算,從而減少海洋管道腐蝕的頻率,降低漏洞造成的損失。多相流海洋管道內(nèi)部腐蝕評(píng)價(jià)方法流程如圖1所示。
圖1 海洋管道內(nèi)部腐蝕評(píng)價(jià)方法流程
在多相流海洋管道內(nèi)腐蝕評(píng)價(jià)方法中包含管道內(nèi)部的詳細(xì)檢查,其主要是利用超聲波對(duì)管道厚度進(jìn)行檢查,通過(guò)厚度大小預(yù)測(cè)管道內(nèi)壁腐蝕情況。但由于多相流海洋管道內(nèi)壁是雙層保溫管,很難進(jìn)行詳細(xì)的檢查,需要通過(guò)腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)獲取海洋管道內(nèi)腐蝕速率。結(jié)合管道的使用年限預(yù)測(cè)管道內(nèi)壁的厚度,將預(yù)測(cè)的管道厚度與實(shí)際腐蝕后的管道厚度進(jìn)行對(duì)比,從而得出實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度。
將多相流海洋管道在高溫高壓的情況下進(jìn)行模擬實(shí)際腐蝕實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)周期為7天,由專人負(fù)責(zé)記錄腐蝕數(shù)據(jù)并進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果顯示腐蝕速率與實(shí)際預(yù)測(cè)相吻合,保證了模擬實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確。同時(shí),在這種環(huán)境下,管道內(nèi)壁均被腐蝕。結(jié)合腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn),能夠準(zhǔn)確掌握多相流海洋管道內(nèi)腐蝕狀況,更準(zhǔn)確判斷腐蝕點(diǎn),防止出現(xiàn)漏洞造成損失[1]。
利用與評(píng)價(jià)的方法可以對(duì)海底管道進(jìn)行收集,了解管道內(nèi)運(yùn)輸?shù)沫h(huán)境,通過(guò)預(yù)評(píng)價(jià)能夠確定多相流海底管道內(nèi)腐蝕評(píng)價(jià)方法是否適用于檢查海底管道。同時(shí)為檢查海底管道內(nèi)腐蝕評(píng)價(jià)方法提供相關(guān)數(shù)據(jù),便于確定海底管道內(nèi)部腐蝕情況。
對(duì)于多相流海底管道內(nèi)進(jìn)行腐蝕檢測(cè)時(shí)應(yīng)該注意:(1)在進(jìn)行腐蝕檢測(cè)過(guò)程中,需要管道內(nèi)部保持濕潤(rùn),便于在直接評(píng)價(jià)時(shí)呈現(xiàn)出周期性水相;(2)預(yù)評(píng)價(jià)過(guò)程中,需要提供管道內(nèi)部相關(guān)數(shù)據(jù),包括:管道長(zhǎng)、寬、高、管道厚度、管道材質(zhì)等,其中對(duì)于特殊材質(zhì)的管道部分需要標(biāo)注。記錄管道運(yùn)輸方式,運(yùn)輸過(guò)程中遇到的外界溫度、管道內(nèi)部溫度、受到外界的壓力等,檢測(cè)是否存在質(zhì)量不足的管道;(3)對(duì)多相流管道進(jìn)行設(shè)計(jì)、建造、施工等部分的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行整理記錄,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決,以免出現(xiàn)嚴(yán)重后果;(4)對(duì)多相流海底管道內(nèi)定期進(jìn)行保養(yǎng),并記錄好維修、清理等日期,確保管道內(nèi)部的清潔。
將相關(guān)數(shù)據(jù)整理備份,防止丟失造成管道信息不全,無(wú)法將管道內(nèi)腐蝕程度進(jìn)行對(duì)比分析,出現(xiàn)管道泄漏引起嚴(yán)重?fù)p失。
間接評(píng)價(jià)法主要是采用最新的多相流模擬技術(shù)以及管道內(nèi)腐蝕速率確定管道腐蝕的位置。檢查多相流海底管道內(nèi)部的持液率,確定整個(gè)海底管道內(nèi)部的健康狀況。通過(guò)對(duì)腐蝕位置分析,應(yīng)該注意考慮管道壁厚度磨損情況,根據(jù)管道內(nèi)的流態(tài)變化對(duì)檢測(cè)管道部分進(jìn)行評(píng)價(jià)分級(jí),并將每個(gè)區(qū)域分級(jí)進(jìn)一步劃分,然后對(duì)評(píng)價(jià)的管道位置進(jìn)行選擇。由于多相流海底管道輸送物質(zhì)大部分是固體,這樣注意流速低、易堆積沉淀物質(zhì)、易發(fā)生腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的位置。通過(guò)檢測(cè)管道內(nèi)腐蝕程度、腐蝕速率、管道內(nèi)實(shí)際角度變化、管道內(nèi)敏感腐蝕的位置等方面進(jìn)行詳細(xì)判斷。同時(shí)建立模擬實(shí)驗(yàn),對(duì)管道輸送物質(zhì)過(guò)程進(jìn)行評(píng)估,判斷出多相流海底管道內(nèi)腐蝕情況[2]。
3.2.1 管道壁厚度損失程度判斷
根據(jù)海底管道的實(shí)際使用情況,進(jìn)行多相流管道內(nèi)壁腐蝕模擬實(shí)驗(yàn),分析腐蝕速率和流態(tài)變化。首先,對(duì)多相流海底管道內(nèi)流態(tài)變化進(jìn)行分析劃分多個(gè)子區(qū)域,然后對(duì)劃分出的子區(qū)域內(nèi)管道內(nèi)壁進(jìn)行腐蝕速率檢測(cè),將檢測(cè)到的腐蝕速率較大的位置重點(diǎn)標(biāo)注,最后時(shí)刻關(guān)注管道內(nèi)腐蝕情況,并進(jìn)行記錄。
通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)得出:多相流海底管道內(nèi)壁的腐蝕速率隨著內(nèi)部物質(zhì)的流動(dòng)變化逐漸由高到低的趨勢(shì)發(fā)展,全過(guò)程的流態(tài)狀態(tài)是分層流為主,并且在出口位置出現(xiàn)斷流現(xiàn)象。根據(jù)對(duì)多相流管道內(nèi)進(jìn)行子區(qū)域劃分,并且對(duì)腐蝕速率較高的地點(diǎn)的標(biāo)記,得出結(jié)論是:由于多相流管道內(nèi)的設(shè)計(jì)性特殊,在管道彎曲處或者管道出口處容易出現(xiàn)腐蝕。將腐蝕程度與實(shí)際管道內(nèi)壁進(jìn)行對(duì)比,預(yù)測(cè)出多相流海底管道內(nèi)腐蝕程度,及時(shí)進(jìn)行更新和維修,以免出現(xiàn)漏洞造成損失。
3.2.2 固態(tài)物質(zhì)腐蝕內(nèi)壁程度檢測(cè)
在對(duì)多相流海底管道內(nèi)腐蝕評(píng)價(jià)方法分析中,檢測(cè)固態(tài)物質(zhì)對(duì)管道腐蝕情況的判斷是必不可少的。在管道內(nèi),如果出現(xiàn)固態(tài)物質(zhì)堆積,長(zhǎng)時(shí)間造成管道內(nèi)壁腐蝕嚴(yán)重,同時(shí)固態(tài)物質(zhì)產(chǎn)生的細(xì)菌也會(huì)加劇對(duì)管道內(nèi)壁的腐蝕。因此,在多相流管道內(nèi)保持其他環(huán)境不變的情況下,進(jìn)行固態(tài)物質(zhì)積累內(nèi)壁腐蝕模擬實(shí)驗(yàn),主要以砂石為例,通過(guò)砂石沉積情況判斷管道內(nèi)是否發(fā)生腐蝕。
如果在多相流管道內(nèi)水流動(dòng)速度大于砂石沉積情況,則會(huì)將砂石沖走不會(huì)出現(xiàn)沉積發(fā)生內(nèi)壁腐蝕;反之,如果水流速度小于砂石沉積重量,就會(huì)出現(xiàn)砂石沉積,長(zhǎng)時(shí)間造成內(nèi)壁腐蝕。通過(guò)對(duì)砂石大小進(jìn)行對(duì)比,分析在水流速度為0.35~0.54 m/s時(shí),砂石沉積臨界速度時(shí)為最大的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)位置,因此判斷出多相流管道內(nèi)發(fā)生腐蝕位置及管道內(nèi)壁厚度腐蝕程度,及時(shí)做出管道內(nèi)壁腐蝕的解決方案。
3.2.3 準(zhǔn)確定位高風(fēng)險(xiǎn)位置
綜合分析,多相流管道內(nèi)部的腐蝕原因有以下幾種:溫度、壓力、流態(tài)、壁厚損失速率、固體堆積速率以及管內(nèi)物體流速等參數(shù)都容易產(chǎn)生高風(fēng)險(xiǎn)位置。針對(duì)這些高風(fēng)險(xiǎn)位置做好定位分析,并利用計(jì)算的方式得到影響元素的參數(shù),確定高風(fēng)險(xiǎn)腐蝕位置的速率,如式(1)所示:
式中:v為多相流管道的最大腐蝕速度(mm/a);pCO2是多相流管道內(nèi)部的CO2分壓(MPa);t是多相流管道內(nèi)部的溫度(℃)。針對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)位置的管道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)位置篩選,全面計(jì)算出接近管道內(nèi)的最大腐蝕速率,以便確定最高風(fēng)險(xiǎn)位置,這樣能夠保障多相流管道的安全運(yùn)行。
由于多相流海底管道內(nèi)的環(huán)境不同,對(duì)管道內(nèi)腐蝕程度也會(huì)不同,因此需要對(duì)管道內(nèi)進(jìn)行流態(tài)分析,包括熱力、動(dòng)力和水力等三部分的流態(tài)分析。其中熱力分析是指管道內(nèi)溫度高低對(duì)管道產(chǎn)生的腐蝕,以及腐蝕程度對(duì)管道厚度的影響。動(dòng)力分析是指對(duì)腐蝕程度進(jìn)行評(píng)估,預(yù)測(cè)其中存在的問(wèn)題,一般影響因素包括:氣液壓強(qiáng)、溫度梯度、水流速度等。
水力分析是指為了能夠找到最大部分的腐蝕位置,對(duì)管道內(nèi)存在的腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行分析,保持特定的環(huán)境下,觀察腐蝕介質(zhì)與水發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),將不同產(chǎn)物對(duì)管道內(nèi)壁的腐蝕程度進(jìn)行對(duì)比,得出結(jié)論是對(duì)多相流海底管道內(nèi)腐蝕嚴(yán)重的介質(zhì)是H2S、CO2。通過(guò)流態(tài)分析,找出溫度高低對(duì)管道內(nèi)腐蝕的原因,同時(shí)對(duì)管道內(nèi)存在的影響因素詳細(xì)分析,能夠準(zhǔn)確地找到最大的腐蝕位置,提高了海底管道工作人員的工作效率,減少管道漏洞問(wèn)題[3]。
由于多相流管道內(nèi)部結(jié)構(gòu)多樣化,在進(jìn)行間接評(píng)價(jià)之后,不能完全確定管道內(nèi)腐蝕位置,需要通過(guò)現(xiàn)代科技手段進(jìn)行詳細(xì)檢查來(lái)確定位置。在詳細(xì)評(píng)價(jià)部分需要采用無(wú)損檢測(cè)技術(shù),將所有多相流管道進(jìn)行腐蝕排查,選擇出最小的腐蝕點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估。同時(shí),對(duì)間接評(píng)價(jià)中選擇出的腐蝕點(diǎn)進(jìn)行深刻研究,再次進(jìn)行腐蝕點(diǎn)排查,通過(guò)定位兩處的腐蝕點(diǎn),預(yù)測(cè)最終腐蝕程度最大的腐蝕段位置。將腐蝕程度較高的管道部分進(jìn)行高風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,以此來(lái)查找到高風(fēng)險(xiǎn)腐蝕地點(diǎn)。一旦出現(xiàn)高風(fēng)險(xiǎn)部分的管道未腐蝕,低風(fēng)險(xiǎn)部分的管道出現(xiàn)腐蝕情況,那么多相流海底管道內(nèi)腐蝕的評(píng)價(jià)方法分析就不能適用于該管道,需要理解停止評(píng)價(jià)方法,選擇更具有優(yōu)勢(shì)的評(píng)價(jià)方法。
選取我國(guó)某條多相流南管道采用直接評(píng)價(jià)方法進(jìn)行是否符合多相流管道標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證。利用該管道內(nèi)的溫度為84 ℃,CO2分壓為0.44 MPa,多相流管道內(nèi)的腐蝕物質(zhì)主要以CO2為主,分別進(jìn)行流態(tài)分析、熱力學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析,并通過(guò)計(jì)算確定管道內(nèi)部的高風(fēng)險(xiǎn)位置。另外,選擇該管道西部的兩條管道進(jìn)行直接評(píng)價(jià)對(duì)比,檢測(cè)結(jié)果顯示:通過(guò)進(jìn)行流態(tài)分析和高風(fēng)險(xiǎn)位置的確定,準(zhǔn)確性非常高。多相流管道內(nèi)部腐蝕最為嚴(yán)重的坑深達(dá)到了40%壁厚,而多相流管道的運(yùn)行時(shí)間約為4.5 a,因此,能夠得出多相流管道平均腐蝕速率達(dá)到1.1 mm/a,這樣能夠確定了多相流管道最大的腐蝕位置。通過(guò)選取的多相流管道位置進(jìn)行是否符合多相流管道的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè),能快速準(zhǔn)確的選擇多相流管道,并通過(guò)直接評(píng)價(jià)方法能夠準(zhǔn)確掌握多相流管道內(nèi)的腐蝕程度,確保多相流管道的完整性。
后評(píng)價(jià)方式是對(duì)預(yù)評(píng)價(jià)、間接評(píng)價(jià)、詳細(xì)評(píng)價(jià)等數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)分析,保證該評(píng)價(jià)方法對(duì)多相流管道內(nèi)腐蝕的有效性。如發(fā)現(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果和實(shí)際腐蝕情況不符時(shí),應(yīng)該重新對(duì)管道內(nèi)腐蝕情況進(jìn)行評(píng)估。建議對(duì)多相流海底管道內(nèi)腐蝕評(píng)估需半年左右做一次,保證管道流通。
本文對(duì)多相流海底管道內(nèi)腐蝕評(píng)價(jià)方法進(jìn)行分析,通過(guò)預(yù)評(píng)價(jià)、間接評(píng)價(jià)階段整理各個(gè)管道內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息,并將腐蝕數(shù)據(jù)建立多相流模型,進(jìn)行多相流管道內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)管道內(nèi)子區(qū)域的劃分,直接評(píng)價(jià)出腐蝕的最大位置。利用科學(xué)技術(shù)檢查特殊管道,確定腐蝕點(diǎn)位置。在后評(píng)價(jià)階段,將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行整合對(duì)比,如發(fā)現(xiàn)不適合的評(píng)價(jià)方法,需要立即停止評(píng)價(jià)。