多相流海底管道内腐蚀评价方法研究

岳沛霖

(中海石油(中国)有限公司深圳分公司，广东 深圳 518000)

0 引言

在海底运输中主要以管道为主，对石油、天然气、煤以及化学产品等物品运输，其特点是运输量大、安全性高、运输成本低等，受到了广泛的应用。管道运输正常才能保证油田的正常生产，一旦出现原油泄漏，就会停止一切运输，进行管道检查、修理、更换。海底中管道常见的故障是腐蚀导致的，尤其是多相流管道。由于管道大多数是金属材质，长期受到海水、溶解类的盐的影响，会使管道内部发生腐蚀。如果出现腐蚀严重，管道泄漏，造成不可估量的损失。

因此，需要对海底管道内部腐蚀情况进行了解，对多相流管道内部腐蚀进行评价方法分析，找出容易出现腐蚀的风险地点，及时进行修理和更换，做好多相流海底管道腐蚀的解决方案，减少管道事故的发生，高效率完成管道运输工作，减少环境污染。

1 海底管道内部腐蚀评价方法的概述

在海底油田开采过程中，管道内最容易出现的腐蚀物质包含H2S、CO2两种，具有较强的腐蚀性，能够与管道内水发生化学反应，产物依附在金属管道内壁，造成管道内腐蚀漏洞，出现穿孔现象。由于多相流海洋管道内部的水质流动性不同、温度影响、管道内外部压力影响等因素，导致多相流管道两端及隐蔽部位不容易监测到故障点，甚至出现故障点查找错误，造成严重的损失。

因此，本文对多相流海洋管道内部腐蚀进行评价分析，提出解决方案。通过分析海洋管道内部全部水流变化情况，查找游离水对腐蚀物作用力最强的位置，并且对该位置进行腐蚀速度的推算，从而减少海洋管道腐蚀的频率，降低漏洞造成的损失。多相流海洋管道内部腐蚀评价方法流程如图1所示。

图1 海洋管道内部腐蚀评价方法流程

2 腐蚀模拟实验研究

在多相流海洋管道内腐蚀评价方法中包含管道内部的详细检查，其主要是利用超声波对管道厚度进行检查，通过厚度大小预测管道内壁腐蚀情况。但由于多相流海洋管道内壁是双层保温管，很难进行详细的检查，需要通过腐蚀模拟实验获取海洋管道内腐蚀速率。结合管道的使用年限预测管道内壁的厚度，将预测的管道厚度与实际腐蚀后的管道厚度进行对比，从而得出实验的准确度。

将多相流海洋管道在高温高压的情况下进行模拟实际腐蚀实验，实验周期为7天，由专人负责记录腐蚀数据并进行对比，结果显示腐蚀速率与实际预测相吻合，保证了模拟实验的准确。同时，在这种环境下，管道内壁均被腐蚀。结合腐蚀模拟实验的经验，能够准确掌握多相流海洋管道内腐蚀状况，更准确判断腐蚀点，防止出现漏洞造成损失[1]。

3 多相流海底管道内腐蚀评价方法研究

3.1 预评价方法

利用与评价的方法可以对海底管道进行收集，了解管道内运输的环境，通过预评价能够确定多相流海底管道内腐蚀评价方法是否适用于检查海底管道。同时为检查海底管道内腐蚀评价方法提供相关数据，便于确定海底管道内部腐蚀情况。

对于多相流海底管道内进行腐蚀检测时应该注意：(1)在进行腐蚀检测过程中，需要管道内部保持湿润，便于在直接评价时呈现出周期性水相；(2)预评价过程中，需要提供管道内部相关数据，包括：管道长、宽、高、管道厚度、管道材质等，其中对于特殊材质的管道部分需要标注。记录管道运输方式，运输过程中遇到的外界温度、管道内部温度、受到外界的压力等，检测是否存在质量不足的管道；(3)对多相流管道进行设计、建造、施工等部分的数据需要进行整理记录，发现问题及时解决，以免出现严重后果；(4)对多相流海底管道内定期进行保养，并记录好维修、清理等日期，确保管道内部的清洁。

将相关数据整理备份，防止丢失造成管道信息不全，无法将管道内腐蚀程度进行对比分析，出现管道泄漏引起严重损失。

3.2 间接评价方法

间接评价法主要是采用最新的多相流模拟技术以及管道内腐蚀速率确定管道腐蚀的位置。检查多相流海底管道内部的持液率，确定整个海底管道内部的健康状况。通过对腐蚀位置分析，应该注意考虑管道壁厚度磨损情况，根据管道内的流态变化对检测管道部分进行评价分级，并将每个区域分级进一步划分，然后对评价的管道位置进行选择。由于多相流海底管道输送物质大部分是固体，这样注意流速低、易堆积沉淀物质、易发生腐蚀风险的位置。通过检测管道内腐蚀程度、腐蚀速率、管道内实际角度变化、管道内敏感腐蚀的位置等方面进行详细判断。同时建立模拟实验，对管道输送物质过程进行评估，判断出多相流海底管道内腐蚀情况[2]。

3.2.1 管道壁厚度损失程度判断

根据海底管道的实际使用情况，进行多相流管道内壁腐蚀模拟实验，分析腐蚀速率和流态变化。首先，对多相流海底管道内流态变化进行分析划分多个子区域，然后对划分出的子区域内管道内壁进行腐蚀速率检测，将检测到的腐蚀速率较大的位置重点标注，最后时刻关注管道内腐蚀情况，并进行记录。

通过多次实验得出：多相流海底管道内壁的腐蚀速率随着内部物质的流动变化逐渐由高到低的趋势发展，全过程的流态状态是分层流为主，并且在出口位置出现断流现象。根据对多相流管道内进行子区域划分，并且对腐蚀速率较高的地点的标记，得出结论是：由于多相流管道内的设计性特殊，在管道弯曲处或者管道出口处容易出现腐蚀。将腐蚀程度与实际管道内壁进行对比，预测出多相流海底管道内腐蚀程度，及时进行更新和维修，以免出现漏洞造成损失。

3.2.2 固态物质腐蚀内壁程度检测

在对多相流海底管道内腐蚀评价方法分析中，检测固态物质对管道腐蚀情况的判断是必不可少的。在管道内，如果出现固态物质堆积，长时间造成管道内壁腐蚀严重，同时固态物质产生的细菌也会加剧对管道内壁的腐蚀。因此，在多相流管道内保持其他环境不变的情况下，进行固态物质积累内壁腐蚀模拟实验，主要以砂石为例，通过砂石沉积情况判断管道内是否发生腐蚀。

如果在多相流管道内水流动速度大于砂石沉积情况，则会将砂石冲走不会出现沉积发生内壁腐蚀；反之，如果水流速度小于砂石沉积重量，就会出现砂石沉积，长时间造成内壁腐蚀。通过对砂石大小进行对比，分析在水流速度为0.35～0.54 m/s时，砂石沉积临界速度时为最大的腐蚀风险位置，因此判断出多相流管道内发生腐蚀位置及管道内壁厚度腐蚀程度，及时做出管道内壁腐蚀的解决方案。

3.2.3 准确定位高风险位置

综合分析，多相流管道内部的腐蚀原因有以下几种：温度、压力、流态、壁厚损失速率、固体堆积速率以及管内物体流速等参数都容易产生高风险位置。针对这些高风险位置做好定位分析，并利用计算的方式得到影响元素的参数，确定高风险腐蚀位置的速率，如式(1)所示：

式中：v为多相流管道的最大腐蚀速度(mm/a)；pCO2是多相流管道内部的CO2分压(MPa)；t是多相流管道内部的温度(℃)。针对高风险位置的管道进行风险位置筛选，全面计算出接近管道内的最大腐蚀速率，以便确定最高风险位置，这样能够保障多相流管道的安全运行。

3.3 进行流态分析

由于多相流海底管道内的环境不同，对管道内腐蚀程度也会不同，因此需要对管道内进行流态分析，包括热力、动力和水力等三部分的流态分析。其中热力分析是指管道内温度高低对管道产生的腐蚀，以及腐蚀程度对管道厚度的影响。动力分析是指对腐蚀程度进行评估，预测其中存在的问题，一般影响因素包括：气液压强、温度梯度、水流速度等。

水力分析是指为了能够找到最大部分的腐蚀位置，对管道内存在的腐蚀介质的性质进行分析，保持特定的环境下，观察腐蚀介质与水发生的化学反应，将不同产物对管道内壁的腐蚀程度进行对比，得出结论是对多相流海底管道内腐蚀严重的介质是H2S、CO2。通过流态分析，找出温度高低对管道内腐蚀的原因，同时对管道内存在的影响因素详细分析，能够准确地找到最大的腐蚀位置，提高了海底管道工作人员的工作效率，减少管道漏洞问题[3]。

3.4 对管道内进行详细评价

由于多相流管道内部结构多样化，在进行间接评价之后，不能完全确定管道内腐蚀位置，需要通过现代科技手段进行详细检查来确定位置。在详细评价部分需要采用无损检测技术，将所有多相流管道进行腐蚀排查，选择出最小的腐蚀点进行评估。同时，对间接评价中选择出的腐蚀点进行深刻研究，再次进行腐蚀点排查，通过定位两处的腐蚀点，预测最终腐蚀程度最大的腐蚀段位置。将腐蚀程度较高的管道部分进行高风险评估，以此来查找到高风险腐蚀地点。一旦出现高风险部分的管道未腐蚀，低风险部分的管道出现腐蚀情况，那么多相流海底管道内腐蚀的评价方法分析就不能适用于该管道，需要理解停止评价方法，选择更具有优势的评价方法。

3.5 符合型多相流管道分析

选取我国某条多相流南管道采用直接评价方法进行是否符合多相流管道标准验证。利用该管道内的温度为84 ℃，CO2分压为0.44 MPa，多相流管道内的腐蚀物质主要以CO2为主，分别进行流态分析、热力学分析、动力学分析，并通过计算确定管道内部的高风险位置。另外，选择该管道西部的两条管道进行直接评价对比，检测结果显示：通过进行流态分析和高风险位置的确定，准确性非常高。多相流管道内部腐蚀最为严重的坑深达到了40%壁厚，而多相流管道的运行时间约为4.5 a，因此，能够得出多相流管道平均腐蚀速率达到1.1 mm/a，这样能够确定了多相流管道最大的腐蚀位置。通过选取的多相流管道位置进行是否符合多相流管道的标准检测，能快速准确的选择多相流管道，并通过直接评价方法能够准确掌握多相流管道内的腐蚀程度，确保多相流管道的完整性。

3.6 后评价方法

后评价方式是对预评价、间接评价、详细评价等数据进行总结分析，保证该评价方法对多相流管道内腐蚀的有效性。如发现评价结果和实际腐蚀情况不符时，应该重新对管道内腐蚀情况进行评估。建议对多相流海底管道内腐蚀评估需半年左右做一次，保证管道流通。

4 结语

本文对多相流海底管道内腐蚀评价方法进行分析，通过预评价、间接评价阶段整理各个管道内部的数据信息，并将腐蚀数据建立多相流模型，进行多相流管道内模拟实验。通过对管道内子区域的划分，直接评价出腐蚀的最大位置。利用科学技术检查特殊管道，确定腐蚀点位置。在后评价阶段，将所有数据进行整合对比，如发现不适合的评价方法，需要立即停止评价。