合金化電化學防腐保溫油管在喇嘛甸油田的應用

馬艷峰 大慶油田采油六廠

合金化電化學防腐保溫油管在喇嘛甸油田的應用

馬艷峰 大慶油田采油六廠

大慶油田采油六廠目前庫存廢舊油水管577.4 km，修復后重新利用的僅為24.4 km，資源浪費嚴重。合金化電化學修復技術(shù)是以油田報廢的油管為基材，利用多元合金化的金相生長能力，修復油管表面的微觀缺陷處，使報廢油管的微小裂縫被金相填補，達到地面埋地管道應用的性能要求，可轉(zhuǎn)向應用于油田單井集輸管線。采油六廠目前每年更換單井管線約30 km，若全部采用修復油管，每年可節(jié)約管材費用91.74萬元。

合金化；電化學；修復油管；防腐保溫

1 應用背景

喇嘛甸油田地處低洼鹽堿地，pH值在8～10之間，土壤腐蝕性強，管線在電化學作用下加劇了腐蝕速率；同時由于管線運行時間長，部分管線經(jīng)常發(fā)生腐蝕穿孔現(xiàn)象，給油田生產(chǎn)帶來很大不便。為保證油田安全生產(chǎn)，每年至少要投入640萬元對管道進行維修或更換。隨著油田開發(fā)年限的增長，管線腐蝕損壞的趨勢將更加明顯，用于維護管道的投資也會大幅度地增加。為了降低油田開發(fā)成本，對合金化電化學防腐保溫管在喇嘛甸油田的應用進行了研究。

2 合金化電化學防腐保溫技術(shù)

合金化電化學修復技術(shù)是以油田報廢的油管為基材，利用多元合金化的金相生長能力，修復油管表面的微觀缺陷處，使報廢油管的微小裂縫被金相填補，達到地面埋地管道應用的性能要求，使油田大量的報廢油管經(jīng)合金化修復處理后，再經(jīng)過一步法形成保溫層制成保溫管，可轉(zhuǎn)向應用于油田單井集輸管線。

2.1 多元合金化工藝

多元合金化是將經(jīng)過前處理的廢舊油管浸入熔融的鋅、鋁多元合金液中，在其表面形成多元合金的工藝過程和方法。

鍍層的形成有三個步驟：油管表面被高溫多元合金鋁液溶解形成合金相層；合金層中的鋅鋁等合金原子進一步向油管基體擴散；合金層表面包絡(luò)著一薄層純多元合金層，即鍍層的表層。這樣就形成了表層、中間合金層及基體三位一體的金相結(jié)合。表層軟可起減撞作用，而中間合金層硬度比普通管可提高50%左右，耐沖擊性及耐磨性都大大提高。鍍層與基體為冶金結(jié)合，不會起皮、剝離。

修復前的管體表面缺陷處有應力集中現(xiàn)象，降低了管剩余厚度的破裂壓力，但在浸鍍過程中，管體表面缺陷可通過金相生長而修復，從而消除應力集中，提高管材的破裂壓力。

2.2 防腐保溫層工藝

合金化防腐保溫層工藝是把絕熱層和保護層同時包覆在鋼管外表面上的一種方法。保溫層采用先進的一步法生產(chǎn)工藝，注入發(fā)泡成型技術(shù)。注入的操作過程是：按配方比例，將聚氨酯原料均勻充分混合后，注入模具，在發(fā)生化學反應的同時進行發(fā)泡成型后，從擠出機中擠出泡沫塑料在模具中成型，制得保溫層。該工藝與其他方法相比具有連續(xù)作業(yè)、生產(chǎn)效率高、成本低、節(jié)約能源、不污染環(huán)境等突出優(yōu)點。

保溫層采用聚氨酯新型高分子合成材料，其黏結(jié)強度約為0.2～1 MPa，成型時間極短，大約在7～30 s內(nèi)成型，施工效率高。

2.3 合金化電化學防腐保溫管電化學保護

合金化前油管的自然電位為-0.50～0.60 V左右，經(jīng)過合金化防腐處理后，不僅具有常規(guī)防腐隔離層的保護作用，因鋅、鋁等多元合金比鋼鐵的極化電位更負，在腐蝕環(huán)境中多元合金層受損時還能向基體金屬提供犧牲陽極保護，管體破損處極化電位達到-0.85 V以上，符合國家標準。

因防腐層自身具有自生電流免維護的電化學保護作用，而大大地延長管道的使用壽命，應用過程中不需要維護。

通過對比試片腐蝕測量可知，裸鐵片的年腐蝕速率高達1.88 mm/a，而受到保護的合金化試片年腐蝕率僅為0.08 mm/a，兩者相差23倍。由此可知，廢舊油管經(jīng)合金化電化學防腐保溫修復后可延長使用壽命。

3 合金化電化學防腐保溫管應用

目前大慶油田采油六廠庫存報廢油管577.4 km，修復后重新利用率僅為24.4 km，剩余未利用的廢舊油管腐蝕并不明顯，如果把這些廢舊油管修復后重新利用，將會創(chuàng)造很大的經(jīng)濟效益。

3.1 力學性能分析

表1為油管、碳鋼管機械性能數(shù)據(jù)對比表。由表1中的數(shù)據(jù)可以看出，采油六廠廢油管的機械性能遠遠高于常用的20#碳鋼。因此將廢舊油管應用地面管線從力學性能方面看是可行的。

表1 鋼管機械性能數(shù)據(jù)

3.2 現(xiàn)場應用

在2012年長關(guān)井治理工程中，有9口油井集油管線應用合金化電化學防腐保溫管共3.15 km。施工前對修復后油管進行靜水試壓，達到《油氣輸送管道線路工程施工技術(shù)規(guī)范（Q/SY 1059—2009）》要求：強度試壓為在設(shè)計壓力（1.6 MPa）1.5倍下，4 h不滲不漏；嚴密性試驗為在設(shè)計壓力（1.6 MPa）下，24 h不滲不漏。

3.3 連接方式

舊油管本身帶有螺紋，因此對于螺紋未損壞的油管可采取螺紋連接；對于不能采用螺紋連接的鋼管，可以選擇電弧焊連接方式。進行合金化工藝之前將廢舊油管兩端螺紋切除，避免由于螺紋處壁厚不均勻發(fā)生腐蝕。常規(guī)防腐方法，在管道間連接時防腐層被破壞，而合金化電化學防腐保溫管的防腐層下為鋅、鋁多元合金金屬層，與管基體為冶金結(jié)合，焊接時在高溫條件下合金層重新熔化，使焊接處仍為富含鋅、鋁多元合金的鐵合金，仍具有耐蝕性。即該管焊接后不破壞防腐層，且具有常規(guī)防腐保溫管所不具備的焊口自防腐性能。

3.4 經(jīng)濟效益分析

廢舊油管每公里約重8.5噸，目前廢舊鋼材市場價約為0.4萬元/噸，若按廢品處理，廢舊油管單價約為3.4萬元/公里，修復油管報價為7.142萬元/公里，合金化電化學防腐保溫管總成本約為10.542萬元/公里。

根據(jù)費用對比情況來看，修復油管的一次性投資要明顯小于新的無縫鋼管，更換1 km單井管線可節(jié)約管材費用3.058萬元，本次改造共節(jié)約投資9.632 7萬元。采油六廠目前每年更換單井管線約30 km，若全部采用修復油管，每年可節(jié)約管材費用91.74萬元。

（欄目主持張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.2.034