岳沛霖

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

在海底運(yùn)輸中主要以管道為主，對石油、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)，長期受到海水、溶解類的鹽的影響，會使管道內(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，需要對海底管道內(nèi)部腐蝕情況進(jìn)行了解，對多相流管道內(nèi)部腐蝕進(jìn)行評價(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。

1 海底管道內(nèi)部腐蝕評價(jià)方法的概述

在海底油田開采過程中，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，本文對多相流海洋管道內(nèi)部腐蝕進(jìn)行評價(jià)分析，提出解決方案。通過分析海洋管道內(nèi)部全部水流變化情況，查找游離水對腐蝕物作用力最強(qiáng)的位置，并且對該位置進(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)部腐蝕評價(jià)方法流程如圖1所示。

圖1 海洋管道內(nèi)部腐蝕評價(jià)方法流程

2 腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)研究

在多相流海洋管道內(nèi)腐蝕評價(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管道厚度進(jìn)行檢查，通過厚度大小預(yù)測管道內(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)測管道內(nèi)壁的厚度，將預(yù)測的管道厚度與實(shí)際腐蝕后的管道厚度進(jìn)行對比，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)行對比，結(jié)果顯示腐蝕速率與實(shí)際預(yù)測相吻合，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]。

3 多相流海底管道內(nèi)腐蝕評價(jià)方法研究

3.1 預(yù)評價(jià)方法

利用與評價(jià)的方法可以對海底管道進(jìn)行收集，了解管道內(nèi)運(yùn)輸?shù)沫h(huán)境，通過預(yù)評價(jià)能夠確定多相流海底管道內(nèi)腐蝕評價(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。

對于多相流海底管道內(nèi)進(jìn)行腐蝕檢測時(shí)應(yīng)該注意：(1)在進(jìn)行腐蝕檢測過程中，需要管道內(nèi)部保持濕潤，便于在直接評價(jià)時(shí)呈現(xiàn)出周期性水相；(2)預(yù)評價(jià)過程中，需要提供管道內(nèi)部相關(guān)數(shù)據(jù)，包括：管道長、寬、高、管道厚度、管道材質(zhì)等，其中對于特殊材質(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，檢測是否存在質(zhì)量不足的管道；(3)對多相流管道進(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)問題及時(shí)解決，以免出現(xiàn)嚴(yán)重后果；(4)對多相流海底管道內(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，無法將管道內(nèi)腐蝕程度進(jìn)行對比分析，出現(xiàn)管道泄漏引起嚴(yán)重?fù)p失。

3.2 間接評價(jià)方法

間接評價(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。通過對腐蝕位置分析，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)變化對檢測管道部分進(jìn)行評價(jià)分級，并將每個(gè)區(qū)域分級進(jìn)一步劃分，然后對評價(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。通過檢測管道內(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)，對管道輸送物質(zhì)過程進(jìn)行評估，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，然后對劃分出的子區(qū)域內(nèi)管道內(nèi)壁進(jìn)行腐蝕速率檢測，將檢測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發(fā)展，全過程的流態(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)對多相流管道內(nèi)進(jìn)行子區(qū)域劃分，并且對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)行對比，預(yù)測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

在對多相流海底管道內(nèi)腐蝕評價(jià)方法分析中，檢測固態(tài)物質(zhì)對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)菌也會加劇對管道內(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，則會將砂石沖走不會出現(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，就會出現(xiàn)砂石沉積，長時(shí)間造成內(nèi)壁腐蝕。通過對砂石大小進(jìn)行對比，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。

3.3 進(jìn)行流態(tài)分析

由于多相流海底管道內(nèi)的環(huán)境不同，對管道內(nèi)腐蝕程度也會不同，因此需要對管道內(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)溫度高低對管道產(chǎn)生的腐蝕，以及腐蝕程度對管道厚度的影響。動(dòng)力分析是指對腐蝕程度進(jìn)行評估，預(yù)測其中存在的問題，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)物對管道內(nèi)壁的腐蝕程度進(jìn)行對比，得出結(jié)論是對多相流海底管道內(nèi)腐蝕嚴(yán)重的介質(zhì)是H2S、CO2。通過流態(tài)分析，找出溫度高低對管道內(nèi)腐蝕的原因，同時(shí)對管道內(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，減少管道漏洞問題[3]。

3.4 對管道內(nèi)進(jìn)行詳細(xì)評價(jià)

由于多相流管道內(nèi)部結(jié)構(gòu)多樣化，在進(jìn)行間接評價(jià)之后，不能完全確定管道內(nèi)腐蝕位置，需要通過現(xiàn)代科技手段進(jìn)行詳細(xì)檢查來確定位置。在詳細(xì)評價(jià)部分需要采用無損檢測技術(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)行評估。同時(shí)，對間接評價(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，通過定位兩處的腐蝕點(diǎn)，預(yù)測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)評估，以此來查找到高風(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)腐蝕的評價(jià)方法分析就不能適用于該管道，需要理解停止評價(jià)方法，選擇更具有優(yōu)勢的評價(jià)方法。

3.5 符合型多相流管道分析

選取我國某條多相流南管道采用直接評價(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)行直接評價(jià)對比，檢測結(jié)果顯示：通過進(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，能快速準(zhǔn)確的選擇多相流管道，并通過直接評價(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。

3.6 后評價(jià)方法

后評價(jià)方式是對預(yù)評價(jià)、間接評價(jià)、詳細(xì)評價(jià)等數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)分析，保證該評價(jià)方法對多相流管道內(nèi)腐蝕的有效性。如發(fā)現(xiàn)評價(jià)結(jié)果和實(shí)際腐蝕情況不符時(shí)，應(yīng)該重新對管道內(nèi)腐蝕情況進(jìn)行評估。建議對多相流海底管道內(nèi)腐蝕評估需半年左右做一次，保證管道流通。

4 結(jié)語

本文對多相流海底管道內(nèi)腐蝕評價(jià)方法進(jìn)行分析，通過預(yù)評價(jià)、間接評價(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)。通過對管道內(nèi)子區(qū)域的劃分，直接評價(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。在后評價(jià)階段，將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行整合對比，如發(fā)現(xiàn)不適合的評價(jià)方法，需要立即停止評價(jià)。