旁路式管道內(nèi)部腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)的區(qū)塊鏈應(yīng)用

張曼杰

［中海石油（中國(guó)）有限公司番禺作業(yè)公司，廣東深圳 518000］

1 腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念

1.1 腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成與機(jī)理

旁路式管道內(nèi)部腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該包括若干彎管、球閥、法蘭與三通管段，多條用于監(jiān)測(cè)的管段所組成，安裝于現(xiàn)場(chǎng)（被監(jiān)測(cè)管道需要監(jiān)測(cè)的位置）的檢測(cè)管段、安裝于檢測(cè)管段上的檢測(cè)探頭（掛片探頭、電阻探針等）和位于中央控制室的數(shù)據(jù)采集器（電化學(xué)工作站等）及PC機(jī)等。

如下圖1所示，一個(gè)球閥、兩個(gè)三通和多個(gè)彎管組成了旁路式管道內(nèi)部腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)間簡(jiǎn)單模型，下方多個(gè)球閥的位置就是主要監(jiān)測(cè)、檢測(cè)區(qū)，探針與掛片都裝在其中，探頭將腐蝕的微弱電信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸?shù)街醒肟刂剖襊C機(jī)用以達(dá)到監(jiān)控目的。

圖1 旁路式管道內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)圖

1.2 腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程

在正常油氣運(yùn)行過(guò)程中，油氣從下方直管中通過(guò)時(shí)，會(huì)沖刷同樣材質(zhì)的掛片，也同樣經(jīng)過(guò)電感探針，這樣沖刷腐蝕就會(huì)以微弱電信號(hào)傳遞給線纜，在中央控制室就可以用電化學(xué)工作站接收到。腐蝕是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，通過(guò)一段時(shí)間的積累與記錄，中央控制室的電化學(xué)工作站就可以對(duì)收集到的電信號(hào)進(jìn)行分析處理，輸出所需的圖表，直觀地查看腐蝕信息，能夠作為油田管道腐蝕治理的依據(jù)。

通過(guò)監(jiān)測(cè)藥劑投放和常規(guī)腐蝕情況，便于發(fā)現(xiàn)藥劑對(duì)管段的影響以及研究液相、氣相、氣液混輸過(guò)程中對(duì)管道的腐蝕影響，有效地對(duì)管道生命周期進(jìn)行管理，才能達(dá)到管道正常使用與延壽的目的。

2 腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能與優(yōu)勢(shì)

2.1 可實(shí)施在線拆裝

由以上原理可知，在正常生產(chǎn)時(shí)油氣是不走上部管道的，只有在需要維護(hù)檢測(cè)時(shí)才通過(guò)球閥控制，讓油氣從彎管處通過(guò)。那么這兩個(gè)通路中的任意管段是正常生產(chǎn)時(shí)可以在線拆卸維護(hù)的。

維護(hù)時(shí)，通過(guò)控制球閥開(kāi)關(guān)，讓油氣從旁通彎管中運(yùn)行，就可進(jìn)行拆取掛片等操作，不停產(chǎn)進(jìn)行維護(hù)，節(jié)約油田生產(chǎn)的大量時(shí)間，減少操作人員和維護(hù)成本。

2.2 監(jiān)測(cè)方法可疊加選取

通過(guò)圖2可知，檢測(cè)管段上可以設(shè)計(jì)不同的檢測(cè)方法，可以包括三種常用的檢測(cè)方法，三層掛片探頭法、電感探針?lè)?、電阻探針?lè)?。通過(guò)物理方法、電化學(xué)方法全方位監(jiān)測(cè)管段腐蝕情況。

圖2 多種監(jiān)測(cè)方法示意圖

2.3 應(yīng)用電阻探針能監(jiān)測(cè)環(huán)境突變

如圖3所示，油氣傳輸過(guò)程中環(huán)境因素變化也是導(dǎo)致腐蝕的重要因素之一，通過(guò)選用電阻探針?lè)椒▉?lái)監(jiān)測(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)可以反映出管道內(nèi)實(shí)際工況發(fā)生變化與突變時(shí)間節(jié)點(diǎn)，為研究藥劑選型與配伍提供參考。

圖3 電阻探針數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)圖

2.4 能獲得直觀的內(nèi)腐蝕信息

對(duì)某油氣田海管入海端檢測(cè)管段進(jìn)行拆卸后發(fā)現(xiàn)，管段內(nèi)壁能看見(jiàn)清晰的氣液分界面。但并不能看出管內(nèi)油、水界面線，這可能是由于此處靠近外輸增壓泵，油水處于湍流狀態(tài)，沒(méi)有明顯的分層現(xiàn)象。檢測(cè)管段經(jīng)過(guò)6個(gè)月的腐蝕后，內(nèi)表面更光滑了，沒(méi)發(fā)現(xiàn)明顯的局部腐蝕現(xiàn)象，焊縫處也沒(méi)有明顯腐蝕的跡象，焊縫為均勻腐蝕；從清洗后的照片可以了解到，管段內(nèi)壁整體腐蝕均勻。

通過(guò)對(duì)管道檢測(cè)段的定期拆卸觀察，能夠與數(shù)據(jù)圖表相互印證核對(duì)。通過(guò)該方法可以判定該批次的所有相同工況環(huán)境下、相同材質(zhì)管段的腐蝕情況。

2.5 產(chǎn)物與沉積物分析

經(jīng)分析，管段頂部垢樣物含有FeCO3為42 %、Fe3S4為38 %、FeS2為9 %。其管頂部的結(jié)垢產(chǎn)物為鐵硫化物與FeCO3，可以推斷該管氣相部分的結(jié)垢現(xiàn)象是腐蝕產(chǎn)生的，其中以CO2腐蝕和H2S腐蝕為主，造成這種情況的主要原因是由于平臺(tái)產(chǎn)出氣中二氧化碳含量較高，在潮濕的氣相環(huán)境中造成管壁的二氧化碳腐蝕形成碳酸亞鐵。而鐵硫化物，則是由于管內(nèi)氣相環(huán)境中少量的硫化氫腐蝕造成。

管段底部沉積物含有FeCO3≈43 %、Al（OH，F(xiàn)）3·0.375H2O為32%、Fe3S4為11%、FeS為8%、CaCO3為6%。與頂部垢樣分析結(jié)果一樣，底部垢樣中也有大量的FeCO3存在，約占總含量的43%，這說(shuō)明在液相環(huán)境中，二氧化碳腐蝕同樣占據(jù)主導(dǎo)作用；此外，含有約32 %的Al（OH，F(xiàn)）3·0.375H2O，這與以前在二級(jí)分離器底部沉積物中發(fā)現(xiàn)的NaMgAl（F.OH）6·H2O、Al2（OH）2.76F3.24·H2O類似，都是含Al和F的復(fù)雜化（混）合物。分析元素來(lái)源可以知道，Al是犧牲陽(yáng)極的主要成分，應(yīng)該是犧牲陽(yáng)極溶解后形成，而F元素則有兩個(gè)可能的來(lái)源，一是來(lái)自地層，二是平臺(tái)酸化作業(yè)時(shí)引入，如氫氟酸。酸化殘液進(jìn)入分離器之后，首先對(duì)犧牲陽(yáng)極進(jìn)行加速腐蝕，極大縮短犧牲陽(yáng)極的使用壽命。當(dāng)犧牲陽(yáng)極早早消耗殆盡，分離器罐體也將受到腐蝕。垢樣中的鐵硫化物（FeS和Fe3S4）則是由硫化氫腐蝕造成。

2.6 能獲得微生物腐蝕信息

如圖1所示，在檢測(cè)管段的底部，留有取樣孔，可以進(jìn)行管段內(nèi)部液體取樣。通過(guò)分析TGB、SRB等微生物存活信息，就可以掌握管道內(nèi)微生物活動(dòng)情況與進(jìn)一步研究抑制其生長(zhǎng)從而達(dá)到控制腐蝕因素生成的目的。

3 數(shù)字網(wǎng)絡(luò)可視化建設(shè)

在當(dāng)今大數(shù)據(jù)背景環(huán)境下，如果只收集某一海域、某一平臺(tái)、某一管段的腐蝕信息就非常孤立，造成數(shù)據(jù)的浪費(fèi)，不能高效利用，今后信息共享、信息互通、信息組網(wǎng)、信息區(qū)塊鏈都是將來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)可視化建設(shè)也將是腐蝕產(chǎn)業(yè)鏈條中必不可少的一環(huán)。

3.1 局域網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

如下圖4所示，有了前面高效的監(jiān)測(cè)技術(shù)手段，在油田獲得一手?jǐn)?shù)據(jù)資料后，資料的有效利用就顯得尤為重要，可以根據(jù)流程位置建造局域網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)能夠做到保密與數(shù)據(jù)查閱的功能，并且還能夠可視化，給維護(hù)團(tuán)隊(duì)和決策層以直觀的反饋。

圖4 某作業(yè)公司智能在線監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)搭建示意圖

3.2 云平臺(tái)建設(shè)

在搭建好每個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)后，就可以將所有局域網(wǎng)絡(luò)通過(guò)高速數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行云端處理，不僅在于實(shí)時(shí)分析與可視，還能夠減少終端PC機(jī)或者工作站等多個(gè)設(shè)備的使用，減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與丟失風(fēng)險(xiǎn)，減少設(shè)備故障率，只需要無(wú)線交換機(jī)即可上傳數(shù)據(jù)到云端，陸地處理器實(shí)時(shí)保存與處理?？商峤欢嘤脩舨僮髋c可視，不同層級(jí)權(quán)限與操作界面不同以達(dá)到保密的功能。

3.3 區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)應(yīng)用

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，有可能出現(xiàn)記錄器失靈、探針損壞、數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)等情況發(fā)生。但是通過(guò)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)，可以查詢相鄰井位的數(shù)據(jù)，包括環(huán)境信息、所在流程中位置、設(shè)備名稱、材質(zhì)、維護(hù)時(shí)間、腐蝕狀況等信息，就可以對(duì)失效部分進(jìn)行大致推斷，待監(jiān)測(cè)設(shè)備修復(fù)正常后即可持續(xù)記錄、分析。

一般不會(huì)有長(zhǎng)期得不到監(jiān)控的重要管道情況，所以在設(shè)備儀器短暫失靈后，可借助區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)判斷腐蝕情況，及時(shí)修復(fù)受損設(shè)備，保障管道得到有效監(jiān)控和防護(hù)。

區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)不光能在管道監(jiān)控中得以應(yīng)用，還可以應(yīng)用在井下監(jiān)測(cè)、儲(chǔ)罐延壽、船舶平臺(tái)延壽等方面，應(yīng)用前景廣泛。

4 結(jié)語(yǔ)

旁路式管道內(nèi)部腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一直在持續(xù)改進(jìn)與提升，在大數(shù)據(jù)背景下，正在尋求如何使用好自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)，并能夠突破技術(shù)瓶頸，不斷創(chuàng)新革新，為公司增儲(chǔ)上產(chǎn)、提質(zhì)增效做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。