海上油氣田的腐蝕與防護

彭壯 徐磊 王君正

【摘要】由于海上油氣田作業(yè)平臺所處環(huán)境惡劣，平臺設(shè)施發(fā)生腐蝕的可能性大大增加，而海上工程投資昂貴，并且要求有較長的使用年限，同時需要盡可能減少維修的可能，因此海上平臺的腐蝕防護問題就成為確保平臺安全可靠長期運行的重要關(guān)鍵。本文通過介紹了海洋環(huán)境對海上油氣田設(shè)施的腐蝕情況，切實可行的提出了海洋環(huán)境中海上石油平臺的腐蝕防護對策，以保證海上油氣田設(shè)施的使用安全性及可靠性。

【關(guān)鍵詞】海上油氣田 腐蝕 防護

1 海上石油平臺的腐蝕環(huán)境

開發(fā)海洋石油，主要是戰(zhàn)勝海洋環(huán)境所造成的困難，海洋環(huán)境與內(nèi)陸環(huán)境有著顯著的不同，其對鋼鐵的腐蝕是內(nèi)陸的4—5倍，主要原因有：

（1）海上石油作業(yè)平臺所在的海域一般都在距離港口較偏遠的地方，那里沒有防風(fēng)浪設(shè)施對其進行保護，除此之外，各種潮流、地震和大塊的浮冰也會對平臺產(chǎn)生破壞。各種因素的綜合作用使得平臺潮差區(qū)腐蝕加劇，結(jié)構(gòu)物上所承受的巨大沖擊也導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞破壞的產(chǎn)生。

（2）海上石油平臺具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，平臺處在潮濕的大氣和海水的共同作用下，會出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，同時由于海水飛濺、潮汐、海泥等的作用，特別是海水飛濺所造成的腐蝕及保護問題已經(jīng)引發(fā)越來越多的關(guān)注了。

（3）海上石油平臺是由焊接而成的管樁式結(jié)構(gòu)支撐著，但是由于焊接結(jié)點的特殊性，其容易產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，因而對焊接結(jié)點的維護就顯得更加重要。

（4）海上石油平臺大多是固定的，不能像船舶那樣可以定期進港維護，海上石油平臺壽命一般為20—30年，這就需要保護系統(tǒng)的壽命與之相適應(yīng)。防腐蝕的措施要能保持如此之久，在實際應(yīng)用上會有難度。

2 海上石油平臺的腐蝕特點

2.1 平臺腐蝕分區(qū)

通過開展的許多研究，人們對海洋環(huán)境中的腐蝕特征已經(jīng)有相當(dāng)?shù)牧私饬?。根?jù)環(huán)境介質(zhì)的差異，飛濺區(qū)、潮差區(qū)、海洋大氣區(qū)、全浸區(qū)和海泥區(qū)等構(gòu)成了海洋腐蝕環(huán)境。

2.1.1 飛濺區(qū)

飛濺區(qū)也稱為浪花飛濺區(qū)，位于高潮位之上，因此常受海浪濺潑而得名。飛濺區(qū)范圍大小與不同的海況條件有關(guān)。由于飛濺區(qū)中鋼鐵構(gòu)件處于潮濕的海洋大氣環(huán)境中，故其表面經(jīng)常是潮濕的，加上氧氣的共同作用，導(dǎo)致它成為海上石油開發(fā)平臺中腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域。影響飛濺區(qū)腐蝕的因素有陽光和漂浮物等。

2.1.2 潮差區(qū)

潮差區(qū)位于高潮位與低潮位之間。潮差區(qū)的海上結(jié)構(gòu)構(gòu)件腐蝕現(xiàn)象也尤為突出，因為其位于潮水中，并且受到富含鹽分的濕空氣的侵蝕。海上固定式鋼質(zhì)石油平臺的結(jié)構(gòu)是上下連續(xù)的，與長尺腐蝕試樣所模擬的情形一樣，其潮差區(qū)構(gòu)件受到的腐蝕要比全浸區(qū)輕。在工程設(shè)計上，有時會把潮差區(qū)同飛濺區(qū)一起考慮，但這這并不表示潮差區(qū)構(gòu)件和飛濺區(qū)受到的腐蝕程度一樣，而是需要從設(shè)施的施工、維修以及陰極保護等方面加以考慮。

2.1.3 海洋大氣區(qū)

海洋大氣具有濕度大，水膜易在物體表面形成的特點，而且這塊區(qū)域富含鹽分，鋼鐵表面覆蓋的水膜和富含鹽分、具有導(dǎo)電性能的液膜，共同構(gòu)成了電化學(xué)腐蝕所必需的條件。相比其他區(qū)域，海洋大氣區(qū)中鋼鐵的腐蝕表面比較均勻。

2.1.4 全浸區(qū)

長期浸泡在海水中的鋼鐵比在淡水中受到的腐蝕要嚴(yán)重得多。富含氧氣和鹽分的海水、酸堿度以及平臺所處溫度、海水的流速、海中各種生物等因素，都會對全浸區(qū)的腐蝕帶來一定的影響，尤其是氧氣和鹽分的影響最大。除此以外，不斷運動的海水，吸收了大量的氧氣，同時帶走了腐蝕產(chǎn)物，這都會加速鋼鐵的腐蝕速度。

2.1.5 海泥區(qū)

海底泥沙是很復(fù)雜的沉積物，尤其是受到污染和含有大量有機質(zhì)沉積物的軟泥，對鋼鐵的腐蝕能力更強。海底泥沙中由于缺少氧氣和具有較大的電阻率，導(dǎo)致海泥區(qū)鋼鐵的腐蝕速率要比海水中慢一些，深層泥土中這種差異更加顯著。影響海泥對鋼鐵腐蝕的因素有微生物、電阻率、沉積物類型、溫度等。海泥中的硫酸鹽還原菌對腐蝕起著極其重要的作用。

2.2 焊接結(jié)點的腐蝕

海上石油平臺的結(jié)構(gòu)特點之一是廣泛采用大型圓筒構(gòu)件焊接。圓筒相交形成結(jié)點，焊接節(jié)點多達300多處。在這些節(jié)點上存在著相當(dāng)大的應(yīng)力，節(jié)點處的應(yīng)力集中，以及焊接殘余應(yīng)力和焊接缺陷等也會促進斷裂的發(fā)生。

焊接結(jié)點處的點蝕和熱影響區(qū)腐蝕具有不容忽視的危險性。海上石油平臺焊接節(jié)點在腐蝕和疲勞應(yīng)力作用下，會在比較少的次數(shù)和比較低的應(yīng)力下發(fā)生破壞，這就是腐蝕疲勞破壞。

3 海上石油平臺的腐蝕防護

3.1 防護措施的選用原則

（1）防護措施既要具有可靠性和長效性，又要同時具備技術(shù)的先進性和經(jīng)濟的合理性。防腐蝕材料性能需經(jīng)過嚴(yán)格測試，施工要有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

（2）防腐蝕設(shè)計應(yīng)當(dāng)由具有腐蝕與防護專業(yè)知識的技術(shù)人員來制定，并且設(shè)計前應(yīng)充分掌握海域環(huán)境條件，各種腐蝕因素和強度標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮平臺功能和設(shè)計壽命以及施工條件。

（3）施工人員需準(zhǔn)確掌握和使用各種防腐蝕標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)當(dāng)合理，有利于防腐蝕措施的實施。

（5）確定防腐蝕方案后，需要經(jīng)過必要的技術(shù)經(jīng)濟論證。

3.2 具體的防護措施

3.2.1 飛濺區(qū)防護

海上石油平臺發(fā)生腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域就是飛濺區(qū)，往往通過增加結(jié)構(gòu)壁厚或是附加防腐蝕鋼板來減緩飛濺區(qū)的腐蝕，這一措施相當(dāng)有效。同時，根據(jù)有關(guān)的規(guī)范，飛濺區(qū)結(jié)構(gòu)還必須加裝防腐蝕鋼板，鋼板厚度約為10—13mm，并且要用防腐層或包覆層來保護，以防止措施的失效。

近些年，應(yīng)用熱噴涂金屬層（鋁、鋅）來保護海洋環(huán)境中的鋼鐵設(shè)施，在國內(nèi)外都有所嘗試，已經(jīng)取得了很好的效果，這種覆蓋層在飛濺區(qū)也有較長的防腐蝕壽命，通常在其表面都要涂封閉層。

3.2.2 其他區(qū)域的防護

海上石油平臺的大氣區(qū)，都采用涂層保護。對一些如格柵等形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，也采用浸鍍鋅加涂層。近些年來，噴涂鋁、鋅等金屬層加涂層已獲得日益廣泛的應(yīng)用。

對潮差區(qū)，也采用涂層技術(shù)，涂層范圍通常深入低潮位2—3m。

全浸區(qū)的構(gòu)件可以只采用陰極保護。對于設(shè)計使用年限較短的平臺，也可以采用防腐層和陰極保護聯(lián)合保護。

平臺在海泥區(qū)的鋼柱和油井套管，僅采用陰極保護。

3.3 防腐層保護

3.3.1 防腐層系統(tǒng)的選擇

防腐層系統(tǒng)一般包括底漆、中間層和表面層。市場上隨處可見的涂料不能隨便用于海上石油平臺，只有那些經(jīng)過嚴(yán)格試驗證明其具有長效保護性能的涂料才能選用。除了考慮防腐層的耐久性和經(jīng)濟性外，選擇防腐層系統(tǒng)時，還應(yīng)當(dāng)考慮具備的涂料裝備和施工條件，優(yōu)先選擇那些用常規(guī)方法便可涂裝和維修的涂料。

3.3.2 表面處理與涂裝

（1）表面處理

表面處理對防腐層的保護效果是至關(guān)重要的。表面處理可以采用手工工具清理、動力工具清理、化學(xué)方法處理、離心輪和空氣噴砂處理等方法，但不論選擇哪種方案，處理之后的鋼表面都必須達到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）涂裝

防腐層的涂裝方法有壓縮空氣噴涂、高壓無氣噴涂以及手工刷涂、滾涂和浸涂等。在海上石油平臺涂裝中，最常用的是壓縮空氣噴涂和高壓無氣噴涂，只有對復(fù)雜的部位和小面積修補，采用手工刷涂。涂裝的方法要符合涂料廠的技術(shù)說明，同時要考慮施工場所和設(shè)備條件。

（3）檢驗與修補

為了保證海上石油平臺的防腐層質(zhì)量，必須對表面處理和涂裝作業(yè)的各道工序進行檢驗。對受損壞的防腐層，要采用合適的方法進行修補。

檢驗工作由合格的檢驗員進行，檢驗員要使用各種先進的符合規(guī)定的檢驗工具，按照權(quán)威機構(gòu)批準(zhǔn)的程序開展檢驗工作。檢驗不合格的防腐層要返工，受損壞的防腐層應(yīng)修補。

4 結(jié)語

海洋中蘊藏著極其豐富的油氣資源，但是在海洋油氣開采中面臨著許多的困難，其中油氣田設(shè)施的防腐蝕就是一大難題，我們應(yīng)該針對不同油氣井的實際情況，采用最經(jīng)濟、最有效的防腐技術(shù)，才能保證在海上油氣開采過程中既高效又安全，以最小的代價獲得最大的收益。

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