基于腐蝕數(shù)據(jù)分析的管道完整性研究

楊洪麗 張 馳 楊 婧 陸 瀟 劉少東 于方涌

（1. 中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101；2. 渤海鉆探第四鉆井工程分公司，河北 任丘 062552；3. 中國石油華北油田第一采油廠，河北 任丘 062552；4. 中國石油長慶油田分公司第十一采油廠，陜西 西安 710016；5. 中國石油天然氣銷售廣西分公司，廣西 南寧 530000；6. 中國石油青海油田分公司管道處，青海 格爾木 816000）

0 引言

某油田作業(yè)區(qū)緊鄰渤海灣區(qū)域，作業(yè)區(qū)內(nèi)有大片濕地、河流，屬自然環(huán)境敏感區(qū)。油氣集輸采用碳鋼管道進(jìn)行密閉輸送，采出液綜合含水95%以上，且含有大量的CO2、H2S和細(xì)菌（主要為硫酸鹽還原菌和鐵細(xì)菌）。隨著管道服役時間的延長，管道內(nèi)表面存在腐蝕結(jié)垢現(xiàn)象，失效風(fēng)險逐年增加，穿孔后對正常生產(chǎn)產(chǎn)生較大影響。該作業(yè)區(qū)自2018年開始采用腐蝕掛片和電阻探針相結(jié)合的方式建立了較為全面的腐蝕監(jiān)測體系，數(shù)據(jù)庫包括管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、地理地形數(shù)據(jù)、腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)、管道失效數(shù)據(jù)、換管作業(yè)數(shù)據(jù)和維搶修作業(yè)數(shù)據(jù)等，通過對現(xiàn)有的腐蝕數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，針對不同的管道類型提出治理措施，以期為管道完整性管理水平的提高提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 失效特點分析

1.1 失效類型

美國是目前世界上管道系統(tǒng)最為完備的國家，包括原油管道、輸氣管道和配氣管道三類，美國管道及危險物品安全管理局（PHMSA）通過統(tǒng)計對管道的失效原因劃分為7類，分別是腐蝕、挖掘破壞、誤操作、材料缺陷、自然力破壞、外力破壞和其他原因。統(tǒng)計該作業(yè)區(qū)近3年的失效數(shù)據(jù)，造成管道失效的原因主要為腐蝕，其余因素所占比例較小。

對失效類型進(jìn)行統(tǒng)計，2018年內(nèi)腐蝕失效比例為65%，2020年內(nèi)腐蝕失效比例為77%，失效比例逐年提高，說明內(nèi)腐蝕是導(dǎo)致管道失效的主要原因。

1.2 失效特點

對2018～2020年每月的失效次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，如圖1所示。每年從10月至第二年3月間失效次數(shù)明顯多于其余月份，說明與油井實施季節(jié)性常溫輸送有關(guān)。

圖1 2018～2020年管道失效次數(shù)

從采油平臺所占區(qū)域分析，井場內(nèi)部的管道失效次數(shù)占比95%，而井場外部的環(huán)境敏感區(qū)管道失效占比僅1.5%，說明平臺內(nèi)部管道失效是主要因素，而環(huán)境敏感區(qū)內(nèi)的管道基本屬于受控狀態(tài)。

1.3 腐蝕介質(zhì)

目前該作業(yè)區(qū)共有采油平臺158個，其中開展過注CO2吞吐的平臺共有115個，占平臺總數(shù)的72.7%，液態(tài)CO2注入地層，以套管氣和溶解氣形式被采出，摻水系統(tǒng)來自聯(lián)合站采出液脫水，故又隨摻水系統(tǒng)到達(dá)未進(jìn)行CO2吞吐的油井，最終整個作業(yè)區(qū)均含有較高CO2。

對采出水成分進(jìn)行分析，該作業(yè)區(qū)采出水主要為NaHCO3水型，且含有大量的SRB、溶解氧和氯離子，存在多種腐蝕因素并存的現(xiàn)象。

2 不同類型管道失效分析及治理措施

該作業(yè)區(qū)采用三級布站方式，原油從單井輸送至計量間或閥組，經(jīng)計量后混輸至轉(zhuǎn)油站，轉(zhuǎn)油站進(jìn)行簡單處理后進(jìn)入聯(lián)合站進(jìn)行深度油氣水處理。根據(jù)管道路由，將其分為單井出油、單井摻水、計量間出油、計量間摻水、轉(zhuǎn)油站輸油、聯(lián)合站輸油和注水管道等。集輸管道采用20#無縫鋼管，注水管道采用20G無縫鋼管，目前單井管道和計量間摻水管道的失效占比為87.5%，占絕大多數(shù)。因此，這部分管道是隱患治理的重點。

2.1 轉(zhuǎn)油站輸油管道

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，轉(zhuǎn)油站輸油管道的總體失效次數(shù)較少，2018～2020年僅發(fā)生了5次失效，目前正在運行的轉(zhuǎn)油站出站管道均添加了緩蝕劑，且部分管道進(jìn)行了內(nèi)檢測并局部補強。

2.2 計量間出油管道

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，計量間出油管道總體失效次數(shù)較少，但較轉(zhuǎn)油站輸油管道的次數(shù)多，2020年上半年的失效次數(shù)相對較多。目前主要采用添加高效緩蝕劑預(yù)防，對穿跨越河流的管道采用定向鉆穿越和HDPE內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)，其余管道開展日常無損檢測，對高風(fēng)險區(qū)、高后果區(qū)定期治理。

2.3 計量間摻水管道

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，計量間摻水管道因溫度、壓力較高，水中含有腐蝕性較強的陰離子和結(jié)垢性較強的陽離子，失效次數(shù)較前兩類管道均多，2020年第四季度和第一季度的失效次數(shù)相對較多，與季節(jié)性常溫輸送有關(guān)。目前，對于局部多次穿孔的管道直接進(jìn)行換管處理；對于首次失效的摻水管道制定合理的檢測周期，并根據(jù)檢測結(jié)果制定維護(hù)維修策略；對于服役5年內(nèi)且未出現(xiàn)腐蝕穿孔的管道，加強巡回檢查范圍，盡早發(fā)現(xiàn)隱患，同時擴大油井常溫集輸?shù)倪吔绶秶?，盡量減少摻水管線的投運。

2.4 單井管道

單井管道包括單井出油和單井摻水，目前單井管道失效占總次數(shù)的75%，是主要的失效主體。從耐蝕性、安全性和經(jīng)濟性考慮，逐步將該作業(yè)區(qū)的單井管道更換為耐蝕合金管或雙金屬復(fù)合管，其中316L不銹鋼管具有較強的機械性能，在相同設(shè)計壓力的條件下，不銹鋼的造價為碳鋼的7～10倍，而雙向不銹鋼的價格為10～20倍，耐蝕合金管的一次投入大，適合高溫高壓強腐蝕環(huán)境，但與碳鋼連接處易存在電偶腐蝕現(xiàn)象；雙金屬復(fù)合管的成本約為碳鋼的2～3倍，很好地平衡了強度與耐蝕性的關(guān)系，但需要特殊的接頭連接工藝。此外，各單井平臺采用枝上枝結(jié)構(gòu)，采用高產(chǎn)井串低產(chǎn)井，進(jìn)一步減少摻水量，擴大常溫集輸?shù)姆秶?/p>

3 結(jié)語

通過對某油田作業(yè)區(qū)內(nèi)管道的失效類型、失效特點、腐蝕介質(zhì)等方面進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到集輸管道的失效原因，其中單井管道和計量間摻水管道的失效占比為87.5%，占絕大多數(shù)，并針對不同類型的管道從添加緩蝕劑、HDPE內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)、采用耐蝕合金管或雙金屬復(fù)合管等方面進(jìn)行治理，為提升管道完整性管理水平提供技術(shù)支持。