油田地面工程管道防腐施工技术应用分析

宁野

大庆油田有限责任公司第三采油厂

在油田管道的日常运行中，经常会由于各种原因造成腐蚀，导致原油泄漏，不仅会对周围的环境造成污染，也会在一定程度上阻碍油田企业的发展。因此，在油田管道地面工程施工的环节中，应加强对管道防腐工作的重视，并借助对相关防腐施工技术的应用提升防腐效果，降低地面工程管道出现腐蚀的可能性，促进石油企业更好更快地发展[1]。加强油田地面工程管道防腐施工技术的应用在我国具有重要意义。

1 油田地面工程管道防腐的重要性

油田地面工程管道繁琐复杂，且存在工程施工量大、地理位置跨度大等特点，部分管道可能途经多个外界条件差异极大的地区，造成严重的管道腐蚀问题。现阶段，我国油田历经几十年的开采，已从高油期进入高水阶段，需要利用注水方式展开开采工作，加剧了管道的腐蚀程度[2]。此外，还存在管壁结垢问题严重，大量管道在投入使用后，未达到预期使用寿命便开始出现不同程度的穿孔腐蚀现象，需要消耗大量人力物力重新进行管道施工，给油田正常生产工作造成不利影响，增加油田地面工程的施工成本和工作量。通常情况下，采用延长管道使用寿命和提升管道运行期间的安全性来解决上述问题。

（1）延长管道的使用寿命。在油田地面管道工程实施的过程中，施工人员应该牢固树立防腐意识，并借助相关的施工技术和施工工艺做好防腐工作，提升地面工程管道防腐能力，延长其使用寿命并降低维护保养成本，促进石油企业产生更高的经济效益[3]。

（2）提升石油储运工作的安全性。我国油田地面工程管道对石油的运输、存储、供应等各方面发展起到了重要的促进作用。由于油田地面工程管道是一种长距离的运输管道，需要经过地形复杂的道路，经常遭遇各种问题。在油田地面工程管道的下游部分，人口分布较为密集，一旦发生石油泄漏将可能引发重大甚至特大事故，造成人员伤亡和直接经济损失。为排除该隐患，需要不断加强油田地面工程管道的防腐工作，有效提升石油储存和运输的安全性，进而避免事故发生[4]。

2 管道腐蚀原因

从总体上看，导致管道发生腐蚀的主要原因可以分为自然原因和人为原因2种。

2.1 自然原因

原油本身包含气田卤水、硫化氢等腐蚀性物质，具有较强的腐蚀性，这些化学物质在管道中与二氧化碳、二氧化硫、氧气等发生反应，造成管道从内部出现腐蚀。目前，我国的部分油田已经进入开采的中后期，产出原油的含水率较高，原油中包含的杂质也日渐增多；再加上多相流冲蚀，也会在一定程度上加剧管道内部的腐蚀，图1为长期腐蚀导致穿孔的管线。同时，部分石油企业为获得更好经济效益，经常采用聚合物驱或者注水开发的方法，提升油田的开采效率，这也会增加管道内高污染、腐蚀性强的介质在原油中所占的比例，进而加重了管道内壁的腐蚀速度和结垢的风险[5]。此外，由于油田地面工程管道长期暴露在外部自然环境下，温度、气候、湿度、菌类微生物等自然因素也会加重管道受腐蚀的速度和程度，导致管道的使用年限缩短，降低管道的安全性[6]。

图1 穿孔管线Fig.1 Perforated pipeline

经过检测，某作业区所在地区土壤平均电阻率13.28 Ω·m，平均腐蚀速率0.5～1 mm/a，属于强腐蚀区域，且地势较低，低洼地带较多，直接导致雨季存水较多，加速管道腐蚀[7]（图2）。

图2 受腐蚀严重的管道Fig.2 Severely corroded pipelines

2.2 人为原因

除了自然因素，人为因素对管道的腐蚀也具有一定的影响。油田地面工程管道在施工过程中具有施工量大、工序繁杂等特点，在施工环节中施工人员焊接手法不同、焊道不平整等问题会给管道正常运行埋下隐患。管道外防腐层使用的材料可能在运输或长期贮存过程中出现意外损坏，如出现意外磨损等情况就会加快管道的防腐层老化以及管道内壁腐蚀的速度。如管道需要在有水的区域施工，应当选择易吸水膨胀的沥青类防腐层。在管道施工过程中，如施工材料选择的不合理或施工人员的技术水平低于标准，都会不同程度的造成管道腐蚀现象[8]。如管道转角处使用的弯头，必须选择耐腐蚀性强的材料；在管线交接处，外管线受到挤压会导致防腐层损坏；当管道经过尖锐物多的地区，对管道造成的损害也非常严重，需要施工人员和维护检修人员时刻观察周边情况，并采取相应的措施，尽可能避免当地环境因素对管道防腐层造成破坏[9]。

3 管道运行现状

3.1 低洼地势造成的影响及解决措施

某作业区因所处区域多为平地且地势偏低，整体为低洼地势，作业区内各类沟渠纵横，排水能力差。部分管道在强降水过后长期浸泡在积水中，导致防腐层渗漏受损，加大管道失效的风险（图3）。雨季道路无法进车，给失效管道维修工作造成更大困难[10]。部分站间和单井管道在穿越干渠、外排渠存在无钢过桥问题，管道裸露于渠底上部（图4），遇到雨季汛期，水位上涨，管道将浸泡于水中，加速管道腐蚀。若发生管道失效泄漏问题，维修维护时较为困难，不能及时处理容易对渠道造成大面积污染，存在安全环保隐患。针对低洼地势管道防腐问题，对外排渠上无钢过桥的管道新建跨渠钢过桥，并更换穿越处管道，增加跨越段管道壁厚，提高管道防腐等级，降低管道失效和污染风险。

图3 积水浸泡的管道Fig.3 Pipeline soaked in accumulated water

图4 过渠管道无钢过桥Fig.4 Steel-free pipelines crossing canals

3.2 管道失效问题及解决措施

3.2.1 管道失效原因

地面工程管道失效可能由多种原因导致，其中包括：①外部干扰，即第三方人为因素造成的机械损伤，地面交通因素引起的疲劳失效，自然灾害引起的管道损伤等；②腐蚀，管道内输送的介质具有强腐蚀性，管道外环境的土壤中具有腐蚀性；③其他原因，施工人员技术水平不一、焊接缺陷等各种混合型未知因素。

3.2.2 管道失效率统计

按照油田公司加速推进管道完整性管理工作进程的要求，根据上年度失效情况、管道更新情况、压力试验开展情况、示范区建设要求等，制定失效率目标。表1为某作业区于2022年管道失效率统计和截至2023年底的计划失效率及次数。

表1 第五作业区管道失效率统计Tab.1 Statistics of pipeline failure rate in No.5 Operation Area

管道穿孔是管道失效的主要表现形式之一，根据其所处环境的差异，穿孔发生后的维修难度受环境因素影响较大，不同系统的管线发生穿孔的概率、频率及其造成的影响也不同。2021 年全区按系统统计穿孔次数如图5所示，通过按系统对穿孔记录进行分类，穿孔率最高为注水系统，达到2.62 次/km，最低为供排水管道，为0.15次/km。

图5 全区按系统统计穿孔次数Fig.5 Statistics of perforation times by system in the entire region

针对此问题，合理更新注水管道并做好管道防腐措施可以有效降低穿孔率，避免穿孔对环境造成污染。2020—2022 年3 年的年失效率对比如图6 所示，近年来，自管道防腐施工技术的改良、施工监管模式的不断改善，地面工程管道的失效率呈逐年降低趋 势，从2020 年1.88 次/km 降 至2022 年0.84 次/km，同比下降了55%。

图6 近三年管道年失效率对比Fig.6 Comparison of annual failure rate of pipelines in recent three years

3.2.3 失效管道维修更换

在失效抢维修施工时，为加强管道腐蚀防护效果，减少因腐蚀造成的穿孔次数，降低管道维修工作量，延长管道使用寿命，确保油田生产安全平稳运行和减少环境污染事故，实施局部更换代替点焊补漏措施[11-12]。除特殊情况外，原则上要采用与原管道相同的材质的成品管局部更换，减少利用旧油管更换的情况，管道失效抢修工作如图7所示。埋地管道穿孔补漏操作步骤如图8所示。

图7 失效管道抢修Fig.7 Emergency repair of failed pipelines

图8 穿孔补漏操作步骤Fig.8 Operation steps for perforation and leak repair

维修工作有以下要求：①作业区要在储备物资中至少预备外径60、76 mm的备用管道各3 km，用于更换管段；②更换后做好防腐保温措施；③作业区要保留旧油管，工艺所要挑选部分有代表性的管段进行失效分析，制定相应对策。

4 管道防腐施工技术应用

4.1 加强管道外部施工防腐技术

在选择合理的管道材料后，需进一步采取管道外部施工防腐技术，进而有效完成管道防腐处理工作，最大程度提升管道的防腐能力。利用刷涂法、空气喷涂法、高压无气喷涂法、滚涂法等各种防腐技术加强对管道外部的防腐处理。图9为穿孔修补后，重新喷涂防腐底漆、涂抹保温层、缠裹聚乙烯胶带后的埋地金属管道。

图9 修补过的管道Fig.9 Repaired pipeline

4.2 加强对防腐施工工艺的监管力度

在管道施工的过程中，应高度重视施工管理，加大对防腐施工工艺的监管力度，并按照标准严格落实油田地面管道防腐工程监察工作[13]。综上可知，油田地面工程建设的重点就是施工管理，包含施工水平、工艺流程等方面的施工管理，一般在管道进行施工作业前，需要了解施工现场的实际情况，并对其进行简单的可行性评估，得出明确评估结果后有针对性地对管道采取防腐技术处理。此外，在保证管道防腐质量的基础上，还要尽量控制管道施工的成本，合理选择防腐施工工艺，在满足防腐要求的前提下降低施工成本[14]。所以，只有在油田地面管道施工中建立完善的管理责任制度，加强施工管理工作，将具体责任落实到人，不断培养施工人员的责任意识，提升施工人员对防腐工作的重视程度，才能切实有效地提升管道防腐效果，出现问题时也可以第一时间找到相关负责人，使问题及时得到解决并进行有效整改，通过多方面加强，做到管道防腐技术综合优化，保证油田地面工程管道防腐施工的质量和效果。

4.3 加强阴极保护技术的应用

防腐涂层能够实现腐蚀物质与金属管道的不直接接触，起到了良好的防腐效果，但是实际施工过程中涂层施工效果并未得到有效保障，时常会出现一定程度的损伤，也非常容易出现针孔，而这些破损位置会对管道运行安全性形成严重威胁，因此必须合理使用阴极保护系统，有效延缓管道腐蚀速率，避免管道腐蚀问题进一步恶化[15]。强制电流阴极保护系统在实际应用过程中主要是由直流电源、管道、辅助阳极以及相关的辅助设备共同组成，整个系统施工成本较高，而且对施工人员以及技术人员的管道防腐技术以及专业知识具有很高要求。在进行阴极保护系统施工的过程中要对以下一些问题给予高度重视：①合理应用铝热焊技术实现电缆与管道的有效连接，同时对相关的施工标准进行严格要求；②必须针对入站、管道等位置合理设置绝缘接头，有效避免电流流失问题；③针对应急保护站外部区域要严格的设置辅助阳极，充分保证辅助阳极埋藏深度达到标准。

5 结论

某作业区的地理位置及特殊低洼环境造成了地面工程管道失效率高、穿孔频发、设备设施提前老化等问题。通过近三年的管道失效率统计可以看出，在不断加强并改良地面工程管道防腐技术、持续实施并完善地面工程管道施工监管制度后，2022年管道失效率为0.84次/km，相比2020年管道失效率1.88 次/km 同比降低了55%，说明加强落实地面工程管道的防腐技术综合优化，可以有效降低管道失效率，对油田安全、稳定生产工作起到积极作用。

油田地面工厂管道在运输的过程中，会受到诸多因素影响而出现腐蚀问题，不仅会导致管道寿命缩短，更有可能导致石油泄露造成资源浪费、防火安全隐患以及环境污染问题，所以必须提高对于防腐技术运用的重视，了解每一项技术的原理以及应用要点，才能够发挥出防腐技术的作用价值，维护石油管道的安全运输。

综上所述，地面工程管道失效治理是一场攻坚战、持久战，通过加大地面工程管道防腐技术的应用、认真落实管道管理工作的安排和部署，可降低地面工程管道失效率，保证油田的安全生产。