借助清管數(shù)據(jù)分析海底管道內(nèi)腐蝕原因與控制

柳鵬 閆化云

1中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司

2中海油（天津）管道工程技術(shù)有限公司

海底管道是海上油氣田的“血管”，是油氣田正常生產(chǎn)的保障。海底管道發(fā)生泄漏不僅影響油田正常生產(chǎn)，而且還可能帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此海底管道內(nèi)腐蝕檢測(cè)與控制一直是防腐工程師高度關(guān)注的問(wèn)題[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在南海西部油田，近15次海底管道泄漏事件中，有8次泄漏為腐蝕導(dǎo)致，占比超過(guò)了50%。在所有海底管道中，輸送多相流的海底管道由于工況復(fù)雜且流態(tài)多變[2]，一直是海底管道內(nèi)腐蝕分析和控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

為了提高海底管道的輸送效率和減少內(nèi)腐蝕，清管是一種有效的方式[3]。清管獲取了大量腐蝕數(shù)據(jù)和腐蝕產(chǎn)物，但是如何有效利用清管數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)腐蝕分析，為油氣田的內(nèi)腐蝕控制提供有效策略，一直沒(méi)有得到海上油氣田運(yùn)營(yíng)者的足夠重視和研究。本文根據(jù)中國(guó)南部海域某條多相流海底管道的清管信息及智能內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)海管內(nèi)腐蝕原因進(jìn)行分析，并制定了針對(duì)性的控制措施。

1 海底管道現(xiàn)狀

中國(guó)南部海域某條海底管道為四個(gè)平臺(tái)的中心混輸海底管道，一旦泄漏將導(dǎo)致四個(gè)平臺(tái)全部停產(chǎn)。該海底管道2008年投產(chǎn)，結(jié)構(gòu)為雙層保溫管，內(nèi)管內(nèi)徑為10 in （1 in=2.54 cm），壁厚12.7 mm，內(nèi)管材質(zhì)X65，長(zhǎng)度為27.1 km；入口運(yùn)行溫度69 ℃，出口運(yùn)行溫度34 ℃，入口運(yùn)行壓力2.5 MPa，出口運(yùn)行壓力1.4 MPa；輸送介質(zhì)為氣體1 000 m3/d（標(biāo)況），原油650 m3/d，生產(chǎn)水10 m3/d；經(jīng)海底管道進(jìn)出口取樣測(cè)試，CO2含量（體積分?jǐn)?shù)）范圍：2.5%～3.0%，原生硫化氫質(zhì)量濃度范圍：900～1200 mg/L。

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室將油水混合物放置于69 ℃水浴中48 h，無(wú)游離水析出。采用離心法測(cè)試原油中泥沙量小于0.01%。由于無(wú)法取到原油中的生產(chǎn)水，因此不能進(jìn)行水質(zhì)全分析，無(wú)法按照常規(guī)方法開(kāi)展內(nèi)腐蝕隱患分析[4]。

從2008年12月開(kāi)始，每隔3個(gè)月進(jìn)行一次掛片檢測(cè)，腐蝕速率小于0.025 4 mm/a，按NACE RP-0775—1991標(biāo)準(zhǔn)屬于低度腐蝕。腐蝕速率變化曲線如圖1所示。

圖1 海底管道掛片檢測(cè)腐蝕速率變化曲線Fig.1 Corrosion rate change curve of submarine pipeline coupon detection

2 清管及內(nèi)檢測(cè)

2.1 清管歷程

油氣管道的內(nèi)檢測(cè)一般同清管同時(shí)進(jìn)行，以便降低內(nèi)檢測(cè)的操作難度，避免發(fā)生卡堵情況[5]。清管過(guò)程一般會(huì)依次通泡沫球、機(jī)械直板球，用于清理管壁附著物、測(cè)徑和內(nèi)檢測(cè)[6]。

2014年11月，為了確保海底管道運(yùn)行安全，決定采用國(guó)外某公司的漏磁檢測(cè)器（MFL）開(kāi)展第一次智能內(nèi)檢測(cè)。在開(kāi)始智能內(nèi)檢測(cè)前，首先進(jìn)行管道清洗，清洗介質(zhì)為經(jīng)脫氧殺菌處理的海水，采用清管器為泡沫球和不同類(lèi)型的聚氨酯直板清管器，共清理出823 kg泥沙類(lèi)物質(zhì)，具體清管次數(shù)與清管產(chǎn)物統(tǒng)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況如表1和圖2所示。

表1 清管次數(shù)與清管產(chǎn)物統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of pigging times and pigging products

圖2 海底管道清管作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)清管產(chǎn)物照片F(xiàn)ig.2 Photos of pigging products at pigging operation site of submarine pipeline

作業(yè)人員從最后一次清管產(chǎn)物中取樣，立即送至陸地實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了清管產(chǎn)物組成分析（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），分析結(jié)果如表2所示。

表2 海底管道清管產(chǎn)物組成分析Tab.2 Composition analysis of pigging products of submarine pipeline

2.2 智能內(nèi)檢測(cè)

經(jīng)過(guò)30次清管和1次測(cè)徑球檢測(cè)后，海底管道內(nèi)部狀況滿足智能內(nèi)檢測(cè)要求。2014年11月29日，以脫氧海水作為輸送介質(zhì)，采用ROCORRMFL-A型漏磁檢測(cè)器[7]對(duì)該海底管道進(jìn)行智能內(nèi)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果列于表3和圖3、圖4中。

表3 2014年11月智能內(nèi)檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)Tab.3 Statistics of intelligent internal detection results in November 2014

圖3 腐蝕缺陷數(shù)量隨海底管道距離變化的趨勢(shì)Fig.3 Variation trend of corrosion defect numbers with distance of submarine pipeline

圖4 腐蝕缺陷位置和深度隨海底管道距離變化的趨勢(shì)Fig.4 Variation trend of location and depth of corrosion defects with distance of submarine pipeline

3 內(nèi)腐蝕原因分析與控制措施

3.1 內(nèi)腐蝕原因

對(duì)內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析如下:

（1）所有缺陷壁厚減薄均未超過(guò)80%，最大深度位于標(biāo)記距離7 791 m附近，坑深42%。

（2）假設(shè)腐蝕速率恒定，最大腐蝕速率為0.889 mm/a。

（3）所有檢測(cè)缺陷主要分布于5～7點(diǎn)鐘位置，說(shuō)明腐蝕主要發(fā)生在海底管道底部，最大可能就是原油中攜帶的泥沙類(lèi)固體和殘存水聚集處[8]。

（4）所有缺陷在管道內(nèi)沿程分布，后部腐蝕較輕。

（5）存在9處非腐蝕性缺陷，需下次智能內(nèi)檢測(cè)進(jìn)一步確認(rèn)。

（6）清管產(chǎn)物中未發(fā)現(xiàn)硫化氫腐蝕而生成的鐵硫化物，說(shuō)明硫化氫腐蝕較輕或時(shí)間較長(zhǎng)，鐵硫化物已被空氣氧化。

（7）在2～4 km處缺陷分布相對(duì)較多，占據(jù)管道所有缺陷30%左右。

由以上信息可得出造成內(nèi)腐蝕的原因主要是由于流體在海底管道中流速較慢（0.15～0.25 m/s），導(dǎo)致原油中的泥沙類(lèi)固體發(fā)生了沉積，沉積量應(yīng)沿著管道流向逐漸增加至穩(wěn)定后，然后減小[9]，最大值應(yīng)在2～4 km處；同時(shí)由于在海底管道投產(chǎn)前期采用海水試壓，底部殘存的清管試驗(yàn)海水導(dǎo)致海底管道發(fā)生內(nèi)腐蝕；雖然海底管道清管產(chǎn)物中未發(fā)現(xiàn)鐵硫化物或SRB，但是并不能排除微生物腐蝕（MIC）的風(fēng)險(xiǎn)，海底管道泥沙類(lèi)固體沉積為微生物繁殖創(chuàng)造了良好的條件，需要通過(guò)注入殺菌劑進(jìn)行控制[10]。

3.2 內(nèi)腐蝕控制措施

為避免本次智能清管引入的殘存海水引起內(nèi)腐蝕，在清管結(jié)束后，采用帶鋼刷雙向直板球以生產(chǎn)介質(zhì)為流體進(jìn)行清管，清除殘存海水；為避免泥沙沉積，將原泡沫球清管球更改為雙向直板10-A型清管球。

將清管頻率由每3個(gè)月1次更改為每月1次；每月在清管過(guò)程中沖擊加入殺菌劑2 000 mg/L。

為了確保殺菌劑有效接觸海底管道底部，需要采用20 m3/h的離心泵，在10 min內(nèi)將殺菌劑注入到海底管道油水混合物中，形成殺菌劑局部段塞，確保殺菌效果。

3.3 內(nèi)腐蝕控制效果及分析

為了保障該海底管道運(yùn)行安全，2018年6月，委托同一家國(guó)外公司采用同種類(lèi)型內(nèi)檢測(cè)器對(duì)該海底管道進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)，本次清管內(nèi)檢測(cè)作業(yè)共清出泥沙類(lèi)物質(zhì)23 kg，較2014年清出量降低了97%，說(shuō)明2014年后執(zhí)行的清管策略是有效的。內(nèi)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 2018年6月第2次內(nèi)檢測(cè)結(jié)果Tab.4 Results of the second internal detection in June 2018

為了檢驗(yàn)內(nèi)腐蝕控制的效果，對(duì)兩次智能內(nèi)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了比較。以2014年檢測(cè)結(jié)果中最深的20個(gè)腐蝕坑順序排列，同時(shí)也列出了經(jīng)過(guò)3年7個(gè)月的連續(xù)生產(chǎn)后新增加的內(nèi)腐蝕缺陷。對(duì)比結(jié)果列于表5和表6中。

2018年內(nèi)檢測(cè)結(jié)果顯示：非腐蝕性缺陷消失，全部顯示為腐蝕性缺陷，因此內(nèi)腐蝕控制不必考慮工程缺陷問(wèn)題。

從表中可以看出：

（1）與2014年檢測(cè)最嚴(yán)重20處腐蝕缺陷相比，2018年檢測(cè)結(jié)果中：坑深增加的12處，占比60%；坑深不變的3處，占比15%；另外，5處坑深反常，是由于檢測(cè)儀器自身檢測(cè)偏差造成的。

（2）2018年內(nèi)檢測(cè)結(jié)果顯示：在3年零7個(gè)月時(shí)間內(nèi)，內(nèi)腐蝕已經(jīng)得到有效抑制，以最大減薄量（標(biāo)記距離2 026.91 m和5 215.17 m）計(jì)算，腐蝕速率最大為0.240 mm/a。

（3）最大減薄處（標(biāo)記距離7 791.54 m）減薄量為2%，腐蝕速率降低至0.068 mm/a，內(nèi)腐蝕已經(jīng)得到有效控制。

（4）2018年檢測(cè)結(jié)果與2014年結(jié)果相比，大于10%的缺陷新增加15 351處，且主要在5～7點(diǎn)鐘方向，說(shuō)明該海底管道內(nèi)腐蝕還在發(fā)展，造成這種情況的原因可能是2014年清管殘留的海水造成的。

4 結(jié)論

根據(jù)以上分析及兩次內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比可以得出以下結(jié)論：

（1）本條混輸海底管道腐蝕位置集中于5～7點(diǎn)鐘方向，主要腐蝕原因?yàn)樵椭袛y帶的泥沙類(lèi)固體和殘存水聚集于底部引起。

表5 2014年內(nèi)檢測(cè)最嚴(yán)重部位與2018年內(nèi)檢測(cè)結(jié)果對(duì)比Tab.5 Comparison between the most serious parts internal detected in 2014 and the results detected in 2018

表6 2018年智能內(nèi)檢測(cè)新增嚴(yán)重部位對(duì)比Tab.6 Comparison of new serious parts of intelligent internal detection in 2018

（2）將原泡沫球清管球更改為雙向直板10-A型清管球，增加清管頻率，且在清管過(guò)程中沖擊加入殺菌劑，能夠有效控制本條混輸海管的內(nèi)腐蝕。