基于腐蚀数据分析的管道完整性研究

杨洪丽 张 驰 杨 婧 陆 潇 刘少东 于方涌

（1. 中海油石化工程有限公司，山东 青岛 266101；2. 渤海钻探第四钻井工程分公司，河北 任丘 062552；3. 中国石油华北油田第一采油厂，河北 任丘 062552；4. 中国石油长庆油田分公司第十一采油厂，陕西 西安 710016；5. 中国石油天然气销售广西分公司，广西 南宁 530000；6. 中国石油青海油田分公司管道处，青海 格尔木 816000）

0 引言

某油田作业区紧邻渤海湾区域，作业区内有大片湿地、河流，属自然环境敏感区。油气集输采用碳钢管道进行密闭输送，采出液综合含水95%以上，且含有大量的CO2、H2S和细菌（主要为硫酸盐还原菌和铁细菌）。随着管道服役时间的延长，管道内表面存在腐蚀结垢现象，失效风险逐年增加，穿孔后对正常生产产生较大影响。该作业区自2018年开始采用腐蚀挂片和电阻探针相结合的方式建立了较为全面的腐蚀监测体系，数据库包括管道基础数据、地理地形数据、腐蚀监测数据、管道失效数据、换管作业数据和维抢修作业数据等，通过对现有的腐蚀数据进行分析，针对不同的管道类型提出治理措施，以期为管道完整性管理水平的提高提供技术指导。

1 失效特点分析

1.1 失效类型

美国是目前世界上管道系统最为完备的国家，包括原油管道、输气管道和配气管道三类，美国管道及危险物品安全管理局（PHMSA）通过统计对管道的失效原因划分为7类，分别是腐蚀、挖掘破坏、误操作、材料缺陷、自然力破坏、外力破坏和其他原因。统计该作业区近3年的失效数据，造成管道失效的原因主要为腐蚀，其余因素所占比例较小。

对失效类型进行统计，2018年内腐蚀失效比例为65%，2020年内腐蚀失效比例为77%，失效比例逐年提高，说明内腐蚀是导致管道失效的主要原因。

1.2 失效特点

对2018～2020年每月的失效次数进行统计，如图1所示。每年从10月至第二年3月间失效次数明显多于其余月份，说明与油井实施季节性常温输送有关。

图1 2018～2020年管道失效次数

从采油平台所占区域分析，井场内部的管道失效次数占比95%，而井场外部的环境敏感区管道失效占比仅1.5%，说明平台内部管道失效是主要因素，而环境敏感区内的管道基本属于受控状态。

1.3 腐蚀介质

目前该作业区共有采油平台158个，其中开展过注CO2吞吐的平台共有115个，占平台总数的72.7%，液态CO2注入地层，以套管气和溶解气形式被采出，掺水系统来自联合站采出液脱水，故又随掺水系统到达未进行CO2吞吐的油井，最终整个作业区均含有较高CO2。

对采出水成分进行分析，该作业区采出水主要为NaHCO3水型，且含有大量的SRB、溶解氧和氯离子，存在多种腐蚀因素并存的现象。

2 不同类型管道失效分析及治理措施

该作业区采用三级布站方式，原油从单井输送至计量间或阀组，经计量后混输至转油站，转油站进行简单处理后进入联合站进行深度油气水处理。根据管道路由，将其分为单井出油、单井掺水、计量间出油、计量间掺水、转油站输油、联合站输油和注水管道等。集输管道采用20#无缝钢管，注水管道采用20G无缝钢管，目前单井管道和计量间掺水管道的失效占比为87.5%，占绝大多数。因此，这部分管道是隐患治理的重点。

2.1 转油站输油管道

从统计数据分析，转油站输油管道的总体失效次数较少，2018～2020年仅发生了5次失效，目前正在运行的转油站出站管道均添加了缓蚀剂，且部分管道进行了内检测并局部补强。

2.2 计量间出油管道

从统计数据分析，计量间出油管道总体失效次数较少，但较转油站输油管道的次数多，2020年上半年的失效次数相对较多。目前主要采用添加高效缓蚀剂预防，对穿跨越河流的管道采用定向钻穿越和HDPE内衬修复技术，其余管道开展日常无损检测，对高风险区、高后果区定期治理。

2.3 计量间掺水管道

从统计数据分析，计量间掺水管道因温度、压力较高，水中含有腐蚀性较强的阴离子和结垢性较强的阳离子，失效次数较前两类管道均多，2020年第四季度和第一季度的失效次数相对较多，与季节性常温输送有关。目前，对于局部多次穿孔的管道直接进行换管处理；对于首次失效的掺水管道制定合理的检测周期，并根据检测结果制定维护维修策略；对于服役5年内且未出现腐蚀穿孔的管道，加强巡回检查范围，尽早发现隐患，同时扩大油井常温集输的边界范围，尽量减少掺水管线的投运。

2.4 单井管道

单井管道包括单井出油和单井掺水，目前单井管道失效占总次数的75%，是主要的失效主体。从耐蚀性、安全性和经济性考虑，逐步将该作业区的单井管道更换为耐蚀合金管或双金属复合管，其中316L不锈钢管具有较强的机械性能，在相同设计压力的条件下，不锈钢的造价为碳钢的7～10倍，而双向不锈钢的价格为10～20倍，耐蚀合金管的一次投入大，适合高温高压强腐蚀环境，但与碳钢连接处易存在电偶腐蚀现象；双金属复合管的成本约为碳钢的2～3倍，很好地平衡了强度与耐蚀性的关系，但需要特殊的接头连接工艺。此外，各单井平台采用枝上枝结构，采用高产井串低产井，进一步减少掺水量，扩大常温集输的范围。

3 结语

通过对某油田作业区内管道的失效类型、失效特点、腐蚀介质等方面进行统计分析，得到集输管道的失效原因，其中单井管道和计量间掺水管道的失效占比为87.5%，占绝大多数，并针对不同类型的管道从添加缓蚀剂、HDPE内衬修复技术、采用耐蚀合金管或双金属复合管等方面进行治理，为提升管道完整性管理水平提供技术支持。