馬相陽，王 義，楊曉輝，畢臺飛，劉紅亮

(中國石油長慶油田分公司第一采油廠 陜西 延安 716000)

0 引 言

目前國內(nèi)對鋪設(shè)的直埋式集輸管道的外防腐采用涂敷涂層和外加電流陰極保護的方法，基本抑制了外環(huán)境對管道外壁造成的腐蝕。由于內(nèi)腐蝕具有隱蔽性，往往被人們忽視了它的存在。其實，輸送介質(zhì)的特殊性對鋼管內(nèi)壁造成的腐蝕也是相當(dāng)嚴(yán)重的，有時甚至超過了外腐蝕，據(jù)調(diào)查，目前總腐蝕穿孔量的90%都來自管道的內(nèi)壁腐蝕。而內(nèi)檢測技術(shù)目前主要采用漏磁、渦流、超聲波等方法，適用于檢測長輸管道干線，對于復(fù)雜支線管道不適用[1]。外檢測主要采用無損檢測技術(shù)，主要有密間隔電位檢測法、電壓梯度檢測法、皮爾遜檢測法、多頻管中電流檢測法等[2]，因此，優(yōu)選適應(yīng)于油田內(nèi)部管道檢測技術(shù)及方法，攻關(guān)內(nèi)檢測腐蝕評價技術(shù)，成為腐蝕評價的重要手段。

另一方面，隨著科學(xué)技術(shù)的進步與發(fā)展，新型材料如耐熱、耐壓、耐腐蝕、耐老化塑料以及高強度復(fù)合材料等開始大量投入使用，防腐技術(shù)進入了一個嶄新的階段。目前，國內(nèi)外管道內(nèi)防腐技術(shù)主要集中在兩個方面：一個是管道內(nèi)涂層技術(shù)，二是管道襯塑技術(shù)[3]。油田需結(jié)合現(xiàn)場實際情況，根據(jù)材料特性以及油田環(huán)境，選擇適應(yīng)性較強的內(nèi)防腐技術(shù)，以滿足生產(chǎn)需要。

綜上所述，按照間接評價、直接防護的原則，以降低管道運行風(fēng)險、提高安全防護等級、延長管道使用壽命為目的，研究適合的檢測評價與內(nèi)防腐防護技術(shù)，建立管道腐蝕評價與防護體系，防患于未然，對油田可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

1 安塞油田集輸管道的內(nèi)腐蝕機理

從腐蝕失效宏觀形態(tài)上來看，油氣管道的內(nèi)部腐蝕主要包括均勻腐蝕和局部腐蝕兩類。均勻腐蝕是管道內(nèi)部腐蝕的最常見形式，由相對恒定速率的電化學(xué)反應(yīng)造成。局部腐蝕又稱為不均勻腐蝕，是由于表面缺陷、濃度差異、應(yīng)力集中等原因?qū)е码娀瘜W(xué)不均勻性，形成局部電池而引起的，局部腐蝕集中在個別位置，腐蝕速率較快，腐蝕危險性較高，往往導(dǎo)致管道穿孔和泄漏風(fēng)險。

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，確定安塞油田集輸管道輸送介質(zhì)中含CO2和微量的H2S腐蝕是引起管道內(nèi)部腐蝕發(fā)展的主要因素，腐蝕宏觀表現(xiàn)形態(tài)為均勻腐蝕和局部腐蝕疊加，其中局部點蝕尤為嚴(yán)重。研究表明，含水油管道中O2，CO2和H2S造成管道局部腐蝕，腐蝕部位則主要受硫酸鹽還原菌(SRB)、砂沉積部位和結(jié)垢位置的影響。除此之外，水相中的Cl-等雖然本身不會導(dǎo)致局部腐蝕，但Cl-會極大的加速局部腐蝕速率。

2 管道內(nèi)腐蝕評價技術(shù)研究與應(yīng)用

自2013年起，安塞油田逐漸改變管道管理理念及模式，尋求采取多種方法，運用多種技術(shù)手段，評價管道內(nèi)腐蝕情況，為管道腐蝕防護提供數(shù)據(jù)支撐。

1)管道腐蝕檢測評價技術(shù)推廣應(yīng)用 油田內(nèi)部集輸管網(wǎng)敷設(shè)復(fù)雜，油氣集輸管道主要依靠外防腐層減緩?fù)寥栏g。目前常用的外防腐層檢測方法很多，針對不同工況檢測技術(shù)也非常成熟。

自2013年起，安塞油田通過現(xiàn)場實踐和后期評價，確定外防腐層檢測應(yīng)用PCM+多頻管中電流衰減法和交流電位梯度法(ACVG)檢測技術(shù)，在非開挖條件下對埋地管道防腐層進行現(xiàn)場絕緣性能評估和絕緣故障點定位，根據(jù)經(jīng)驗?zāi)Ｐ筒捎贸暡y厚的方法直接評價管體內(nèi)腐蝕情況。同時，在跨河、穿越等敏感地段采用超聲導(dǎo)波檢測方法間接評價管體腐蝕情況。目前集油管道已檢測了45%，效果較好，管道隱患由被動治理向主動防控轉(zhuǎn)變，保證油氣管道安全運行。

2)建立內(nèi)腐蝕速率模型 腐蝕預(yù)測模型發(fā)展至今可分為經(jīng)驗型、半經(jīng)驗型和理論型。經(jīng)驗型預(yù)測模型依賴于實驗室試驗結(jié)果，半經(jīng)驗型預(yù)測模型結(jié)合了實驗室結(jié)果和油田現(xiàn)場數(shù)據(jù)，而理論型預(yù)測模型既與實驗室結(jié)果無關(guān)，也與數(shù)據(jù)無關(guān)[4]。安塞油田依托試點工程，研究建立腐蝕速率預(yù)測模型，目的是通過腐蝕速率的預(yù)測，有針對性地對管道實施腐蝕防護技術(shù)措施。

鑒于安塞油田輸送介質(zhì)屬于CO2控制腐蝕過程，在考慮CO2腐蝕的基礎(chǔ)上，考慮H2S、高程里程、離子含量等因素。采用了兩種模型計算腐蝕速率，最終加權(quán)疊加的方式求取管道總的腐蝕速率。第一種模型為ECE腐蝕預(yù)測模型[5]，該模型中考慮了結(jié)垢、H2S、原油、冷凝物、乙二醇以及緩蝕劑等影響因素。第二種模型為Predict腐蝕預(yù)測模型，該模型更多的考慮油的浸潤性和腐蝕產(chǎn)物膜的影響，可以對多相流流態(tài)進行簡單的模擬和計算[5]。內(nèi)腐蝕模型的建立為腐蝕預(yù)測提供預(yù)判。

3)攻關(guān)小口徑管道內(nèi)腐蝕檢測技術(shù) 目前國內(nèi)小口徑管道內(nèi)檢測技術(shù)尚不成熟，這與油田內(nèi)部發(fā)展現(xiàn)狀相對矛盾。近兩年，安塞油田在小口徑含水油管道內(nèi)腐蝕檢測技術(shù)攻關(guān)方面，做了大量工作，嘗試應(yīng)用不同種檢測方法，評價管道腐蝕情況，根據(jù)不同檢測技術(shù)的原理及應(yīng)用范圍，推動小口徑內(nèi)檢測工作在油田內(nèi)部的發(fā)展應(yīng)用。應(yīng)用技術(shù)包括多相流模擬技術(shù)[6]、智能球檢測技術(shù)、應(yīng)力集中掃描技術(shù)(SCT)和電磁渦流內(nèi)檢測技術(shù)[7]。通過實踐驗證，以上技術(shù)對于安塞油田集輸油管道適應(yīng)性不強，油田內(nèi)部的小口徑含水油集輸管道內(nèi)檢測評價技術(shù)有待繼續(xù)攻關(guān)。

3 管道防腐技術(shù)研究與應(yīng)用

1)管道纖維增強復(fù)合防腐內(nèi)襯技術(shù) 安塞油田管道腐蝕主要以內(nèi)壁點蝕為主，導(dǎo)致管道產(chǎn)生坑點，孔洞，嚴(yán)重影響管道的正常運行和使用壽命。自2014年以來，現(xiàn)場開展了管道內(nèi)防腐研究實驗，最終選擇推廣纖維增強復(fù)合防腐內(nèi)襯技術(shù)[8]，該技術(shù)采用致密、抗氣體滲透性好的防腐材料，同時具有較好的防腐性能、耐化學(xué)穩(wěn)定性、延伸率和附著力，具體參數(shù)見表1。

表1 纖維增強復(fù)合防腐內(nèi)襯技術(shù)工藝指標(biāo)明細表

該技術(shù)目前滿足油田內(nèi)部集輸管道不同(DN50～DN150)，根據(jù)地形條件，一次性施工距離可達3 km，現(xiàn)場施工溫度要求不低于-5 ℃，管道運行溫度不超過80 ℃，同時，涂覆過程中，為了保障漆膜的附著力及硬度，間隔時間保證24 h及以上，常溫天氣下施工結(jié)束7 d后方可投運。根據(jù)新建管道與在役管道內(nèi)壁的特性，在施工過程中需調(diào)整采用不同工序步驟，要求管內(nèi)表面錨紋深度達到Sa2.5級，才能進入下一步工序，其中在役管道清蠟除垢是能否實現(xiàn)內(nèi)防腐的關(guān)鍵工序。管道纖維增強復(fù)合防腐內(nèi)襯技術(shù)具體施工工藝流程如圖1所示。

圖1 管道內(nèi)防腐工藝流程示意圖

2016年對該技術(shù)大面積推廣應(yīng)用，目前內(nèi)防腐管道占比為52.7%，內(nèi)防腐中應(yīng)用該技術(shù)工藝占比90%以上，內(nèi)防腐管道未發(fā)生破漏，有效的延長管道使用壽命，降低管道的安全風(fēng)險，減少污染事故發(fā)生，節(jié)約油田成本開支，該技術(shù)適合安塞油田集輸管道內(nèi)防腐體系。

2)高密度聚乙烯內(nèi)襯技術(shù) 根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及其它油田集輸管道內(nèi)防腐工藝應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合管道多相流特點和腐蝕風(fēng)險發(fā)展規(guī)律，針對整體更換難度大的缺陷管道，試驗了高密度聚乙烯內(nèi)襯防腐工藝技術(shù)，其材料具有耐Cl-、CO2、H2S腐蝕，耐細沙磨損，流阻小，基本不影響原管道的通流能力等優(yōu)點，具體性能見表2。

主要技術(shù)原理是將一根外徑比管道內(nèi)徑略大的非金屬內(nèi)襯管，通過?？诳s徑設(shè)備將其臨時縮徑使其直徑減小，通過牽引機將內(nèi)襯管穿入待修復(fù)管道，形成“管中管”結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場施工方法采用分段穿插，熱熔連接，壓環(huán)密封，不銹鋼接頭補口工藝。該技術(shù)分段穿插距離限制與現(xiàn)場彎頭使用情況相關(guān)，可穿過不大于15°的彎頭，管道運行中允許的運行溫度不大于60 ℃。施工費用相比管道直接更換具有價格優(yōu)勢，達到管道防腐和修復(fù)目的，完成后可對主管延壽30 a[9]。內(nèi)襯技術(shù)的應(yīng)用，使管道腐蝕防護技術(shù)更加豐富。

3)總體效果評價 經(jīng)濟效益評價：管道纖維增強復(fù)合防腐內(nèi)襯技術(shù)具有價格優(yōu)勢，以Φ114 mm×4.5 mm規(guī)格為例，成本為新建管道的2.8%；高密度聚乙烯內(nèi)襯材料與施工成本為直接更新成本的75%，25年預(yù)測投入產(chǎn)出比為1.75:3.5，突出優(yōu)勢為耐腐蝕性能更強。因此，前者更適用于新建管道內(nèi)腐蝕防護配套，后者更適用于基管腐蝕不嚴(yán)重，更新難度大的管道。

表2 高密度聚乙烯內(nèi)襯材料性能明細表

應(yīng)用效果評價：安塞油田大力推廣應(yīng)用管道內(nèi)防腐工藝，管道失效率下降70%，內(nèi)防腐成效顯著，有效的降低安全環(huán)保風(fēng)險；同時，每條管道平均使用壽命延長7.8 a，平均年節(jié)約成本達2 000余萬元。內(nèi)腐蝕防護體系的建立及應(yīng)用為老油田開源節(jié)流，降本增效提供有力技術(shù)支撐。

4 結(jié)論及建議

1)管道建設(shè)初期應(yīng)配套收發(fā)球裝置，為后期管道內(nèi)檢測打好基礎(chǔ)。同時，管道建設(shè)過程中嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，符合建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)禁不符合建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的彎管投入使用。

2)纖維增強復(fù)合防腐內(nèi)襯技術(shù)內(nèi)襯層延伸率為0.5%，當(dāng)對管道進行疏堵時，壓力過高會導(dǎo)致內(nèi)襯層的斷裂延伸率超過其極限，致使內(nèi)襯層斷裂脫落，因此，運行過程中要保證管道的正常投收球，減少和杜絕管道解堵現(xiàn)象，無法避免時解堵壓力嚴(yán)禁超過10 MPa。

3)纖維增強復(fù)合防腐內(nèi)襯技術(shù)工藝，主要從修復(fù)材料性能適用溫度變化范圍方面改進，同時，從工藝簡化著手，優(yōu)化補口連接工藝。