某油田内涂层原油集输管道腐蚀穿孔原因分析.pdf

收稿日期:2 0 2 2-1 2-1 6作者简介:任广欣(1 9 8 5-),男,新疆库尔勒市人,本科,高级工程师,2 0 1 0年毕业于西南石油大学,现主要从事油田集输管理及防腐研究工作。某油田内涂层原油集输管道腐蚀穿孔原因分析任广欣1,吴鹏举2,李 堆1,邵勇华,1,陈 阳1(1.中国石油化工股份有限公司 西北油田分公司 采油二厂,新疆 轮台 8 4 1 6 0 0;2.中国石油化工股份有限公司 西北油田分公司 采油一厂,新疆 轮台 8 4 1 6 0 0)摘要:通过某油田的内涂层原油集输管道腐蚀穿孔宏观形貌、金相组织、化学成分和腐蚀产物成分等综合分析,对管道腐蚀穿孔原因进行了探讨。结果表明:补口涂层与本体涂层厚度不一致或补口工艺的施工缺陷,是该管道补口段涂层失效的主要原因。涂层失效后产生的漏点、开裂、剥落造成金属管道与高矿化度、高氯离子地层水接触,产生的电化学腐蚀造成了该管道腐蚀穿孔。关键词:油气田;管道;涂层;电化学腐蚀;穿孔;失效分析中图分类号:T E 9 8 8.2 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 6-7 9 8 1(2 0 2 3)0 6-0 0 3 6-0 4 随着我国油气田逐渐进入开发的中后期,采出液含水率逐渐抬升,油气田地面金属集输管道面临的腐蚀环境越来越苛刻1-3。油气田地面油气集输管道腐蚀穿孔,不仅浪费宝贵的原油资源,还会带来严重的环境污染和安全隐患4-7。因此,油气管道的腐蚀防控成为油田地面管理工作者关注的重点之一。某原油集输管道长度9.6k m,材质L 2 9 0 MB,规格 3 5 5.66.4mm,设计压力4.0MP a、设计温度7 0,运行压力0.9 MP a1.5 MP a、运行温度5 06 0。管道内壁采用内涂层防护,涂层厚度3 5 0m3 8 0m。管道输送介质为高含水原油,综合含水率约为7 0%,地层水矿化度为2 3.71 04m g/L,其中C l离子含量为1 2.91 04m g/L。管道服役3年后频繁发生腐蚀穿孔,失效主要集中在管道对接焊缝为中心前后2 0c m范围内。为查明管道腐蚀穿孔原因,针对其中的典型腐蚀失效事故,通过理化检验分析管道腐蚀穿孔原因,并提出防范和整改对策。1 管材理化性能分析1.1 宏观观察截取腐蚀穿孔的管道,观察腐蚀穿孔部位的内、外壁腐蚀情况。可见靠近管道接焊缝附近有一个椭圆形腐蚀孔洞;管道外壁腐蚀程度较轻,无明显的腐蚀产物及腐蚀坑,如图1所示;管道内壁腐蚀孔洞附近残留的环氧玻璃磷片涂层已经翘起,并与管道内 壁 分 离,测 量 得 管 道 椭 圆 形 腐 蚀 坑 长 约1 0 c m、宽约5 c m,如图2所示;剥离出管道上翘起的环氧玻璃磷片涂层,可见涂层翘起处管道内壁腐蚀严重,而未翘起处管道内壁仍保护完好,如图3所示。腐蚀由管道内壁向外发展,腐蚀坑底的管道壁厚约为0.4mm,并有腐蚀产物附着,见图4所示。图1 管道外壁宏观形貌图2 管道内壁宏观形貌63 内蒙古石油化工2 0 2 3年第6期 图3 管内壁翘边涂层剥离宏观形貌图4 管道内壁腐蚀坑宏观形貌1.2 金相检验在临近腐蚀穿孔和远离穿孔的位点,以及图4腐蚀坑处取样,经打磨、抛光后采用4%硝酸酒精溶液腐刻,按照G B/T1 3 2 9 8-2 0 1 5 金属显微组织检测方法、G B/T6 3 9 4-2 0 1 7 金属平均晶粒度测定方法 和G B/T1 0 5 6 1-2 0 0 5 钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法 的要求,对试验的晶粒度和夹杂物进行评级。结果表明:试样腐蚀穿孔附近与远离腐蚀穿孔部位的显微结构相同;试样的纤维组织中无夹杂物,如图5、图6和图7所示,等级为A 0.5,B 1.5,D 0.5;试样的纤维组织为铁素体+珠光体(F+P),晶粒等级为8.0级。1.3 化学成分分析在管道腐蚀 穿孔附近部 位取样,依据G B/T4 3 3 6-2 0 1 6 碳素钢和中低合金钢 多元素含量的测定 火花放电原子发射光谱法(常规法),分析试样的化学成分,结果如表1所示。可见管道材质的化学成分符合G B/T9 7 1 1.2-1 9 9 9 石油天然气工业输送钢管交 货技术条件 第2部分:B级 钢管 中 对L 2 9 0 MB钢成分的要求。图5 腐蚀穿孔处管材金相组织图6 远离腐蚀穿孔处管材金相组织图7 腐蚀坑处管材金相组织表1 腐蚀穿孔附近部位管材的化学成分(质量分数)项目CS iM nPSVN b实测值0.1 00.3 21.20.0 1 00.0 0 80.0 20.0 2标准值0.1 40.4 51.30.0 2 5 0.0 1 5 0.0 50.0 51.4 扫描电镜及能谱分析在图4中 管 道 腐 蚀 坑 取 样,采 用 扫 描 电 镜(S EM)对腐蚀表面进行微观形貌观察,并用扫描电镜附带的能谱仪进行微区成分分析。图8为腐蚀坑内的腐蚀产物微观形貌,从微观形貌观察结果可以看出,腐蚀坑内的腐蚀产物呈疏松多孔状。能谱分析结果图9可以看出:腐蚀产物主要为碳、氧、铁、钠、氯元素。2 涂层性能分析2.1 涂层厚度测量依据标准G B/T1 1 3 4 4-2 0 0 8 无损检测接触式73 2 0 2 3年第6期任广欣等 某油田内涂层原油集输管道腐蚀穿孔原因分析超声脉冲回波法测厚方法 测量管道内涂层厚度,选取管道对接焊缝左右两侧涂层补口段和本体共4个环型截面,每个截面共测量4个点,分别位于管道安装运行时的3点、6点、9点及1 2点钟位置。测量点如图1 0所示,测量结果如表2所示图8 腐蚀产物微观形貌图9 腐蚀产物E D S分析结果图1 0 涂层厚度测量位置示意图表2 管道涂层厚度测量结果位置测量点涂层厚度/m3点钟6点钟9点钟1 2点钟平均值焊缝左侧本体3 5 93 7 83 6 83 5 03 6 3.8留端左侧补口段2 8 02 7 82 7 62 7 32 7 6.8留端右侧补口段2 7 82 7 72 8 02 7 12 7 6.5焊缝右侧本体3 6 63 7 63 5 93 5 53 6 4.0 涂层厚度测量结果可以看出,管体部位涂层厚度在3 5 0m3 7 8m范围内,符合加强级防腐涂层干膜厚度不小于3 0 0m要求;补口段的涂层厚度在2 7 1m2 8 0m范围,低于管道本体涂层厚度。2.2 附着力测量依照S Y/T0 4 4 2-2 0 1 0 钢质管道熔结环氧粉末内防腐层技术标准附录G的要求,采用撬剥法对接焊缝左右两侧涂层补口段和本体防腐涂层附着力进行测定。试验结果为涂层附着力 均为1级,符合标准要求。3 分析与讨论管材理化分析表明,管道的腐蚀以内腐蚀为主,腐蚀高发于管道对接焊缝附近的管道本体,管道材质的化学成分符合标准要求,对服役环境进行分析,管道输送介质环境具有以下特征:高含水率,管输原油综合含水率为7 0%,水提供了管道腐蚀的载体;高矿化度,管输介质中氯离子含量高达2 3.71 04m g/m L,扫描电镜及能谱分析结果表明,管道腐蚀坑形成的腐蚀产物呈疏松多孔状;高含氯离子,管输介质中氯离子含量高达1 2.91 04m g/L,扫描电镜及能谱分析结果表明,碳、氧、铁、钠、氯元素是腐蚀坑内主要腐蚀产物。综上可知,对接焊缝附近涂层防护失效,是造成管道腐蚀穿孔83 内蒙古石油化工2 0 2 3年第6期 的根源,而强腐蚀介质提供了管道腐蚀穿孔的环境因素。经查阅该管道的竣工资料,管道采用氧玻璃鳞片底漆2道+面漆4道,涂层厚度不小于3 5 0m,管道补口处采用环氧玻璃鳞片底漆1道+面漆1道,涂层厚度不大于2 8 0m,结合涂层补口端频繁发生腐蚀穿孔事故现象,分析其原因如下:补口涂层与本体涂层厚度不一致,补口处涂层的耐蚀性能低于管线本体部位,可能对管道整体的防腐性能造成不利影响;补口处涂层可能存在施工缺陷,由于补口车受其行进速度和涂料泵喷注速度的限制,补口涂层无法进行可视检测,加上现场风沙等恶劣施工环境,现场补口的涂层中可能存在针孔、漏点等缺陷;补口处涂层老化失效,管道补口处的涂层老化开裂甚至剥落,造成金属管道直接与强腐蚀介质接触,涂层对管道金属的保护作用丧失,强腐蚀介质的地层水浸入(渗入)涂层与金属管道接触,产生“大阴极小阳极”的电化学腐蚀。综合分析表明,该油气集输内涂层管道腐蚀穿孔的首要因素是管道补口处内防腐层的失效,涂层存在漏点或老化开裂,强酸性腐蚀性地层水对金属管线产生电化学腐蚀所致。4 结论及建议4.1 补口涂层与本体涂层不一致,或补口涂层的施工质量缺陷,造成了管道补口处的涂层老化开裂甚至剥落,高矿化度地层水中的强腐蚀介质与金属管道接触,高矿化度、高氯离子地层水造成管道局部产生电化学腐蚀穿孔。4.2 建议应采取一定的防护措施,如非金属管内衬消除管道对焊补口处的腐蚀穿孔隐患。参考文献1 李鹏,蔡锐.某油田地面单井管道腐蚀原因分析J.理 化 检 验-物 理 分 册,2 0 2 0,5 6(5):3 9-4 2.2 李东海.油田内涂层管道腐蚀泄漏原因分析J.油气田地面工程,2 0 2 0,3 9(7):7 1-7 5.3 梁光川,马骐,叶帆,等.塔河9区高含H 2 S凝析气藏地面集输管道防腐蚀选材与内涂层防腐蚀 考 察 J.材 料 保 护,2 0 1 8,5 1(1):1 0 9-1 1 2.4 龙雄云,刘环宇,张 伟,等.姬塬油田管道腐蚀机理分析研究J.材料保护,2 0 2 0,5 3(1 0):1 4 2-1 4 8.5 付安庆,袁军涛,李轩鹏,等.油气田地面管道内腐蚀现状及防腐技术研究进展J.石油管材与仪器,2 0 2 1,7(6):1 4-2 5.6 张楠革,吴贵阳,何同均,等.酸性气田管道防腐内涂层性能检测评价J.石油与天然气化工,2 0 1 8,4 7(5):6 3-6 7.7 叶男,廖柯熹,何国玺,等.页岩气地面集输管道腐蚀原因分析及防护措施研究J.材料保护,2 0 2 1,5 4(9):1 4 2-1 4 7.93 2 0 2 3年第6期任广欣等 某油田内涂层原油集输管道腐蚀穿孔原因分析