大巴山中縛“氣虎”

□ 本刊記者 姚 斌 仇國強(qiáng) 薛相才 鄒 超

□ 2008年7月30日，第一口投產(chǎn)井——普302-2井實(shí)施大型酸化壓裂。馬洪山 攝

“像開發(fā)普光這類腐蝕環(huán)境極端惡劣的高產(chǎn)氣田，如果對(duì)腐蝕與防護(hù)問題重視程度不夠，將會(huì)引發(fā)災(zāi)難性的后果?！笔凸懿墓こ虒＜?、中國工程院院士李鶴林坦言。

“一流的腐蝕防護(hù)技術(shù)，就像是封閉高含硫天然氣這只‘毒老虎’的鐵籠子，只有籠子扎得牢、抗‘毒’能力強(qiáng)，才能讓‘毒老虎’溫順?！逼展夥止咎烊粴饧夹g(shù)管理部防腐工程技術(shù)科副科長歐天雄說,“否則，氣田開發(fā)就無從談起?！?/p>

攻堅(jiān)不畏難。經(jīng)過積極探索攻關(guān)，普光氣田的開發(fā)建設(shè)者自主創(chuàng)新形成了“特大型高含硫氣田腐蝕防護(hù)技術(shù)”，不僅首次實(shí)現(xiàn)了年產(chǎn)百億立方米高含硫濕氣直接輸送，更將平均腐蝕速率控制在每年0.059毫米以內(nèi)，使氣井管柱及集輸管道設(shè)計(jì)壽命至少延長一倍以上，保障了普光氣田的長周期安穩(wěn)運(yùn)行。

沒有標(biāo)準(zhǔn)，就建立標(biāo)準(zhǔn)

“這是國內(nèi)首次開發(fā)高含硫氣田，包括抗硫管材采購在內(nèi)，沒有任何標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗(yàn)可供借鑒?！睆?006年開始，時(shí)任普光氣田物資采購代表的王貴波就開始東奔西跑，與國內(nèi)外廠家進(jìn)行技術(shù)交流和商務(wù)談判。

“看到我們所需產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格，有的廠家代表直撓頭，有的直言生產(chǎn)不了?！蓖踬F波回憶說，“當(dāng)時(shí)國際上能生產(chǎn)抗硫管材的廠家特別少，能滿足普光氣田需求的幾乎沒有?！?/p>

“如果高含硫天然氣在高壓狀態(tài)下通過管線，普通材質(zhì)的管道內(nèi)壁就像刀削斧劈一般，幾小時(shí)之內(nèi)就會(huì)受到嚴(yán)重腐蝕而開裂?！睔W天雄說。由于氣藏中硫化氫和二氧化碳平均含量分別高達(dá)15.16%、8.64%，同時(shí)還含有氯離子和游離硫，腐蝕環(huán)境極端惡劣的普光氣田，從開發(fā)之初就成為國內(nèi)外抗硫裝備的“試金石”。

“無論是井下油管、井口采氣樹，還是集輸設(shè)備、通往凈化廠的管道，都必須采用抗硫材質(zhì)。而普光氣田的腐蝕環(huán)境之惡劣，意味著抗硫等級(jí)要達(dá)到最高標(biāo)準(zhǔn)。”歐天雄說。

當(dāng)時(shí)，抗硫管材的國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定硫化氫和二氧化碳最高分壓為3.5兆帕，遠(yuǎn)不能滿足普光氣田的選材要求。為解決該難題，普光氣田開發(fā)建設(shè)者聯(lián)合研究機(jī)構(gòu)，首次研究開展了高含硫化氫、二氧化碳等多介質(zhì)共存環(huán)境的腐蝕評(píng)價(jià)方法，將抗硫管材選擇國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的硫化氫和二氧化碳分壓拓展到10兆帕，形成了高含硫氣田的應(yīng)用選材標(biāo)準(zhǔn)。

最終，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，綜合考慮安全和成本等因素，普光氣田主要采氣和輸氣管道分別選用了鎳基合金管道、鎳合金復(fù)合管道、耐硫化氫碳鋼管道、低溫鋼管道和不銹復(fù)合鋼管道等特殊抗硫管材。

新的難題接踵而來?！爱?dāng)時(shí)國內(nèi)并沒有可參考選用的焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)外主流焊材生產(chǎn)商也不生產(chǎn)專用抗硫焊材，更沒有成熟的抗硫管道焊接工藝及施工經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，稍一疏忽就可能出現(xiàn)嚴(yán)重問題。”普光分公司工程管理部主任郭強(qiáng)介紹。

沒有標(biāo)準(zhǔn)，就建立標(biāo)準(zhǔn)。在股份公司工程部的牽頭組織下，中國石化十建、中原油建等單位迅速打響了一場特種材質(zhì)焊接攻堅(jiān)戰(zhàn)。

通過鍥而不舍的工藝試驗(yàn)，建設(shè)者們首次建立了抗硫焊材及焊接接頭耐蝕性評(píng)定方法，研發(fā)了三種抗硫管材的焊接工藝及消氫控制技術(shù)，其中首次應(yīng)用的金屬粉芯氣體保護(hù)半自動(dòng)下向焊技術(shù)，可提高打底焊接功效8～10倍，延長管道使用壽命3～5年。

“普光氣田集輸系統(tǒng)焊接高含硫天然氣管道69.96千米，焊縫21836道，一次焊接合格率95.5%，超過國優(yōu)工程標(biāo)準(zhǔn)。”郭強(qiáng)不無自豪地說。

為集輸系統(tǒng)涂上“防護(hù)膜”

自2012年11月30日起，普光分公司天然氣技術(shù)管理部技術(shù)人員對(duì)普107集氣站緩蝕劑加注濃度進(jìn)行了第一階段降量試驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)濃度從72升/百萬立方米降至54升/百萬立方米。一個(gè)月后的監(jiān)測結(jié)果表明，各點(diǎn)腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)沒有明顯增長，該站腐蝕平穩(wěn)受控。

□ 精心焊接高含硫天然氣集輸管道。馬洪山 攝

盡管濕氣集輸成本較低，但混有凝析水的高含硫天然氣腐蝕環(huán)境也更惡劣，腐蝕控制極具挑戰(zhàn)?！斑x用抗硫材質(zhì)的管材只是防腐第一步，緩蝕劑和陰極保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用則給集輸系統(tǒng)打上了‘麻醉劑’。”歐天雄說。

為有效抑制腐蝕，開發(fā)建設(shè)者研究建立了高含硫環(huán)境下的緩蝕劑評(píng)價(jià)方法，優(yōu)選了兩種適合普光氣田正常生產(chǎn)的預(yù)涂膜和連續(xù)加注緩蝕劑工藝。針對(duì)集氣站內(nèi)和站外集輸管線的特征，集氣站內(nèi)管線和設(shè)備采用連續(xù)加注緩蝕劑的方案，在二級(jí)截流后部采用高效霧化噴嘴注入管線；站外集輸管線采用預(yù)涂膜和連續(xù)加注緩蝕劑的聯(lián)合保護(hù)方案，對(duì)管道內(nèi)壁進(jìn)行周期性緩蝕劑涂膜批處理。

“通過加注緩蝕劑，投產(chǎn)3年多來，普光氣田集輸系統(tǒng)管道內(nèi)壁的腐蝕得到了有效控制?！睔W天雄說，“但出于安全考慮，緩蝕劑加注濃度一直采用強(qiáng)擊加注，目前緩蝕劑平均加注量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)加注量?！?/p>

從2011年開始，普光分公司天然氣技術(shù)管理部組織開展了緩蝕劑加注濃度優(yōu)化研究，通過在實(shí)驗(yàn)室模擬現(xiàn)場工況系統(tǒng)，評(píng)價(jià)不同濃度緩蝕劑的腐蝕控制效果，以確定緩蝕劑加注的最佳濃度范圍。

“目前，緩蝕劑加注濃度優(yōu)化實(shí)驗(yàn)還在繼續(xù)，預(yù)計(jì)實(shí)驗(yàn)成功后，普光氣田每年將可節(jié)約腐蝕控制成本2000萬元以上?！睔W天雄說。

此外，由于普光氣田所處地區(qū)土壤呈弱酸性，為抑制土壤對(duì)管道的電化學(xué)腐蝕，普光分公司還為集氣站外埋地集輸管道建立了陰極保護(hù)系統(tǒng)。但由于系統(tǒng)投運(yùn)之初，保護(hù)電位并未達(dá)到全覆蓋，并且所測電位都是通電電位，整體管線只能達(dá)到弱保護(hù)。

2012年9月至12月，歷經(jīng)100多天，采氣廠技術(shù)人員沿著集輸管線逐一進(jìn)行排查和整改，對(duì)沿線29個(gè)閥室進(jìn)行了測量調(diào)試；對(duì)全長42公里的管道進(jìn)行陰極保護(hù)系統(tǒng)測試和故障排除；對(duì)沿線33個(gè)陰極保護(hù)測試樁進(jìn)行了防潮處理。經(jīng)過此次整改，普光主體的陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備投運(yùn)率達(dá)到100%，管道保護(hù)率達(dá)到100%。

給大動(dòng)脈裝上“報(bào)警儀”

1月20日，普光氣田在線腐蝕檢測系統(tǒng)最新數(shù)據(jù)顯示，安裝在普101-2井加熱爐進(jìn)出口位置的國產(chǎn)新型電阻探針已安全運(yùn)行120天，而之前相同位置的洋品牌電阻探針平均運(yùn)行時(shí)間僅為30天。

安裝在設(shè)備內(nèi)部的電阻探針與高酸氣體時(shí)刻保持著“親密接觸”，憑借其良好的感應(yīng)能力，探針能夠監(jiān)測出設(shè)備內(nèi)部的腐蝕狀況。但受自身“體質(zhì)”以及工作強(qiáng)度影響，電阻探針會(huì)逐漸出現(xiàn)“疲勞”狀況，即受到不同程度腐蝕，敏感度會(huì)逐漸下降。因此，延長電阻探針使用壽命，就成為提高防腐效率的關(guān)鍵。

在國產(chǎn)新型探針問世之前，普光氣田所使用的電阻探針全部是洋品牌。長期置身高含硫、高流速、強(qiáng)沖擊性的惡劣環(huán)境下，它們水土不服的問題日漸顯現(xiàn)，桿體焊縫處斷裂、測試片密封材料老化脫落等問題頻繁，直接影響腐蝕監(jiān)測效果。數(shù)據(jù)顯示，洋品牌電阻探針在普光氣田使用過程中平均壽命僅30天。

從2010年9月到2012年9月，普光氣田技術(shù)人員聯(lián)合中科院專家對(duì)洋品牌電阻探針進(jìn)行了優(yōu)化改造，新研制的國產(chǎn)電阻探針平均使用壽命已超過120天，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效，遠(yuǎn)優(yōu)于國外電阻探針。

電阻探針只是普光氣田的腐蝕監(jiān)測手段之一。普光氣田集輸系統(tǒng)點(diǎn)多、線長、面廣，加上沿途穿山越河，如何對(duì)集輸管道和設(shè)備的內(nèi)部腐蝕情況進(jìn)行精確檢測，并建立一套完整、適用、有效的腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)，成為普光氣田腐蝕控制的一大難點(diǎn)。

在綜合考慮各種因素的基礎(chǔ)上，普光分公司按照經(jīng)濟(jì)合理、有效可靠的方針，采用腐蝕掛片、電阻探針、電指紋和線性極化探針等多種在線監(jiān)測技術(shù)手段，輔以超聲波、X射線檢測和智能清管器等技術(shù)設(shè)備，建立了完善的腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)，為及時(shí)掌握集輸管道及設(shè)備的腐蝕情況，制定、調(diào)整、優(yōu)化腐蝕控制方案和措施提供了依據(jù)，確保氣田“動(dòng)脈”安全有效運(yùn)行。

“得益于這套腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)，普光氣田創(chuàng)造了運(yùn)營3年以來零事故的完美紀(jì)錄。”歐天雄說，“目前，普光氣田集輸系統(tǒng)的平均腐蝕速率控制在0.059毫米/年，優(yōu)于0.076毫米/年的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。”