某油田集输管线腐蚀失效分析.pdf

全面腐蚀控制第37卷第07期 2023年07月123腐蚀研究Corrosion Research技术某油田集输管线腐蚀失效分析李卫伟（中国石油化工股份有限公司西北油田分公司，新疆 乌鲁木齐 830011）摘 要：针对塔河油田某集输管线存在腐蚀问题，通过对输送介质及生产工况分析，认为该管道以内壁腐蚀为主，结合管道外部环境调研，对管道周边杂散电流进行检测，认为存在一定的杂散电流干扰，从腐蚀穿孔的位置和周边电力线有一定的规律分布性，存在管线的内部和外部腐蚀综合作用，对该管线开展详细的杂散电流检测，为下一步开展腐蚀治理提供依据。关键词：集输管线失效分析杂散电流中图分类号：TE973 文献标识码：A DOI：10.13726/ki.11-2706/tq.2023.07.123.04Corrosion Failure Analysis of A Certain Oil Field Gathering and Transportation PipelineLI Wei-wei(SINOPEC Northwest Company of China Petroleum and Chemical Corporation,Urumqi 830011,China)Abstract:In response to the corrosion problem of a certain gathering and transportation pipeline in Ta-He Oilfield,through analysis of the transmission medium and production conditions,the internal wall corrosion of the pipeline was the main factor.Combined with external environmental research of the pipeline,stray currents around the pipeline were detected,and there was a certain degree of stray current interference.From the location of corrosion perforation and the distribution of surrounding power lines,there was a certain regularity,and comprehensive effect of internal and external corrosion of the pipeline,conduct detailed stray current detection on the pipeline to provide a basis for the next step of corrosion control.Key words:gathering and transmission pipelines;failure analysis;stray current作者简介：李卫伟(1984)，男，山东安丘人，工程师，本科，主要从事采油气生产管理工作。0 引言塔河油田某集输管线2001年11月建设投运，承担12口井的油气生产集输任务。随着后期油田开发的深入，各单井产量持续升高，外输液量增大，含水逐渐升高，目前日产液363.5t，日产天然气7338m3，综合含水52.1%。频繁发生腐蚀穿孔，累计发生腐蚀穿孔39起，不同程度的出现79个泄漏点，同时由于其腐蚀穿孔频繁，直接影响到正常生产，造成大面积油井关井，影响产量149t，同时对采油厂安全生产带来极大的影响。为了掌握停用管段腐蚀程度，为管线腐蚀原因分析及治理提供依据，开展了超声波壁厚检测工作，壁厚检测最薄点为1.2mm。从检测结果显示向介质流动方向为底部发育有局部内腐蚀，表现为紧邻的点蚀坑，同时对外部环境的杂散电流进行了检 测1-3，管线腐蚀与电力线存在一定的相关性，存在TOTAL CORROSION CONTROLVOL.37 No.07 JUL.2023124腐蚀研究Corrosion Research技术一定的杂散电流干扰。1 管线腐蚀现状1.1 管线地面集输现状管线目前承担着12口井的油气生产集输任务，其基本参数如表1所示。管线采用规格为2737，长度为2.623km的20#无缝钢管，该站设计接转液能力680t/d（液量）、68000Nm3/d（天然气量），站辖井数15口，设计进站压力1.5MPa、出站压力2.0MPa，外输压力为4Mpa。各单井来液通过计量后经加热炉升温后将原油和天然气混输计转站。1.2 管线腐蚀现状及腐蚀因素分析目前管道腐蚀程度日益严重，发生刺漏至今，陆续腐蚀集中穿孔79次，已经频繁出现7次较大刺漏抢修，刺漏点多达26处，在距离起点站2640m和终点站2100m之间约301m段刺漏比较严重，目前整条管线共计安装管卡达75个。1.2.1 土壤腐蚀分析氯离子对管线在土壤中腐蚀有促进作用，主要是氯离子会对管线的腐蚀产物膜起到一定的损坏，同时由于氯离子的半径小，会穿透腐蚀产物膜，促进对腐蚀产物和管线的电化学腐蚀环境电离作用，通常氯离子含量高，其腐蚀会加剧，通过对管线开挖处土样的Cl-含量较低，为1000mg/L，腐蚀性较弱；同时土壤中的SO42-、HCO3-与CO32-含量较低，对土壤的腐蚀性影响较小。土壤pH数值为碱性土壤，酸度对土壤的腐蚀性影响不大。通过检查土壤电流密度在7.4 A/cm2左右，A3钢试片腐蚀速率在0.03850.0897mm/a之间，从上述两指标来评判塔河北管线周边土壤腐蚀性其等级为中。对腐蚀产物膜的微观表面形貌和腐蚀产物膜的成分进行分析。20#钢试样表面生成的腐蚀产物颗粒较大，疏松不致密，腐蚀产物由O元素和Fe元素组成。颗粒之外的区域，金属基体完全暴露在腐蚀环境中，从而使腐蚀持续进行。从管线穿孔处取腐蚀产物，对其进行X射线衍射分析，确认管线内壁的腐蚀产物为：Fe3O4、Fe2O3、FeCl2.2H2O、FeOOH。1.2.2 管道输送介质腐蚀影响集输管线腐蚀集中穿孔点（79个）位于管线中段，管线输送介质为油气水混合物，管线输送介质含水较高（大于50%），介质内含有大量氯离子、硫化氢及二氧化碳，在管线中下部形成复杂的电化学环境，管线内硫化氢、二氧化碳进一步增强了介质对管线的腐蚀性4,5；电化学腐蚀严重导致壁厚不断减薄。该管线运行近10年，加之集输管线没有投加缓蚀剂，管线内壁亦无防腐涂层，缺乏有效的防腐措施，管线腐蚀未得到有效抑制。产量递减较快，管道输送负荷较低，导致低流速，也加剧了管线的腐蚀。管线开挖点管段内壁腐蚀产物去除前后形貌如图1所示，从图中可以看出，腐蚀坑里有大量的腐蚀产物覆盖，去除腐蚀产物后，在大腐蚀坑里有大量小直径的点蚀孔露出，并且布满整个腐蚀坑表面，腐蚀坑尺寸较大，直径超过1mm，为浅碟形腐蚀坑，有大量完整的晶粒暴露出来，说明内壁腐蚀沿着晶界发生，主要发生CO2腐蚀，CO2腐蚀的本质实表1 集输管线基本参数管线长度管线规格管线材质设计参数阴保外防腐内防腐输油量原油进站温度原油出站温度2.623km2737L245螺旋缝钢管 720t/d5750镁合金牺牲阳极聚氨酯泡沫黄夹克无全面腐蚀控制第37卷第07期 2023年07月125腐蚀研究Corrosion Research技术质上就是气相CO2遇水形成碳酸，金属在碳酸溶液中发生的电化学腐蚀。由于水介质中含有大量的Cl-，Cl-在点蚀坑内富集，一方面造成界面处离子浓度的差异导致电偶腐蚀，形成大阴极小阳极的腐蚀特征，加快局部腐蚀速率；另一方面使点蚀坑内酸度增加，加速点蚀坑内基体的溶解。腐蚀产物去除前 腐蚀产物去除后图1 管线开挖点管段内壁腐蚀产物去除前后形貌1.2.3 管线壁厚检测及分析管线距计转站约2.42.6km处腐蚀穿孔点开挖处，开挖坑处为腐蚀穿孔点集中，且之间相隔间距大致在1020m，选取3个穿孔开挖点直管段开展了超声波壁厚检测工作，壁厚测试结果如表2所示，从表中可以看出，从外管壁穿孔打卡及检测结果显示直管段腐蚀表现局部内腐蚀，发生在管线底部，沿管段十字剖面顺时针壁厚检测最薄点为1.9mm。2 管线杂散电流检测及分析2.1 管线杂散电流腐蚀分析对于管线交流干扰腐蚀相关性，国外开展了长期的研究，并且有相关的法律规定，美国1968年就要求管道必须施加阴极保护。关于输油管道在铁路及电力线方面的腐蚀影响也是较为常见的问题，排流效果及方法都在探索之中，它与防腐措施一样，理论上规律性分析较少，定量较少。交流输电线路引起交流杂散电流腐蚀，目前腐蚀机理较为复杂，国内研究相对较晚近年来随着管道事业的发展，管道所经环境条件日趋苛刻，交流杂散电流干扰影响的可能性和危险程度不断增加，对交流杂散电流的研究也就越来越引起人们的重视，这也是目前国内外的研究热点这一。对于与埋地金属管道腐蚀有关的交流电压，现行的两部石油行业标准均列出了6V（酸性土壤）、8V（中性土壤）和10V（弱碱性土壤）的控制指标，即不论管道的防腐层参数如何，管道与土壤之间的电位差不能大于此数值。对于沥青质防腐层管道是采用电压进行控制，随着石油石化行业技术的发展，防腐层多采用PE、黄夹克等防腐保温材料，采用电压控制指标的适应性还需要进一步评价，采用电压作为腐蚀水平的判断依据主要是为测量方便，目前也有采用电流密度作为腐蚀指标的标准，通常认为对于交流电压对管道影响相同时，防腐层质量好电阻大，电流密度小。ISO标准也提出类似的3mA/cm2的电流密度限值。2.2 管线杂散电流检测分析为了掌握管线腐蚀程度，为管线腐蚀治理提供依据，计划在近期对距计转站约1.42.6km范围内的管段进行杂散电流检测及评价，选取依据为杂散电流干扰严重地区，管线腐蚀穿孔比较集中部位，且分布呈现一定的规律性（如表3与表4所示）：具体表现为：穿孔坑（穿孔集中部位）呈现一定的间距，2090m，其中3号坑、4号坑位于电力线正下方，远离电力线，腐蚀穿孔次数减少为0。可能存在杂散电流腐蚀，为了更加深入认识管线腐蚀穿孔原表2 管线（距计转站约2.4km）穿孔开挖点管段壁厚检测（3号坑）部位管段底部管段左侧管段顶部管段右侧壁厚（mm）1.96.97.07.0TOTAL CORROSION CONTROLVOL.37 No.07 JUL.2023126腐蚀研究Corrosion Research技术因，揭示腐蚀规律，为管线腐蚀治理提供依据，计划近期讨论管线开展杂散电流检测试验可行性，初步选取6个开挖点对管线进行杂散电流检测6-8。经检测，与敷设电力线纵横交错段即3-1计量站至3#站集输管线腐蚀穿孔点开挖段、周边电力线接地部位、变电箱接地的杂散电流检测（静置约5min），短期检测结果显示交流干扰为3.612mv，直流电位与管线保护电位相差不大（如表5所示），土壤中10m电位梯度直流电位为-0.065V，交流电位梯度几乎为0，还需长期监测来确定杂散电流腐蚀。2.3 杂散电流专项复测分析对现场管线进行实地复验证检测，确定管线是否存在杂散电流腐蚀影响，检测位置选取穿孔点开挖管段，相应开展直流电位、直流电流及直流电位检测工作，检测时间控制在6小时连续检测，除了高压电力线与主管线纵横交错外，对该区域范围内存在多条集输、单井管线与集输管线横纵交叉管道进行检测，使用万用表配合饱和硫酸铜参比电极，在每个测试桩检测30min内的管地电位波动值，依据SY/T 0087.1-2006钢制管道及储罐腐蚀评价标准将直流干扰程度判断为强、中、弱三个等级。利用英国雷迪最新的杂散电流检测仪（RD-SCM），对管地电位波动大于200mV的区段，检测沿线动态与静态杂散电流大小、方向及分布，确定杂散电流的表3 管线开挖点（距站2.42.6km）穿孔次数与电力线管线编号1#坑-起点站1#坑2#坑3#坑4#坑5#坑6#坑6#坑-终点站部位距电力线左侧约100m以外距电力线左侧约4070m距电力线左侧约2040m10kv电力线正下方110kv电力线正下方35kv电力线正下方35kv电力线正下方距电力线右侧约100m以外穿孔数02331534602表4 管线优选开挖点（1.42.6km）管段腐蚀杂散电流检测编号123456检测部位距起点站约2.6km距起点站约2.3km距起点站约2.0km距起点站约1.8km距起点站约1.6km距起点站约1.4km表5 管线腐蚀穿孔点开挖段杂散电流检测坑号测量时间（min）直流电位（V）交流干扰（mV）备 注6#坑5-0.933.635KV下垂直5#坑5-1.03.6110KV 下垂直4#坑5-0.984.235KV下垂直3#坑5-0.91610KV 垂直110kv电力线接地5-0.458.0距5#坑约20m变电箱接地5-0.483.9距管线约200m（下转第139页）全面腐蚀控制第37卷第07期 2023年07月139腐蚀研究Corrosion Research技术也发现，焊接在一起的生产管线的厚度不同，这可能对焊接强度等产生影响，在做管道更换时需要 注意。通过对生产管线的腐蚀分析，可以发现一些造成腐蚀的原因不仅源于工况条件，有些是源于不恰当的维保过程。通过规范的维保措施，可以避免和减少腐蚀的发生。参考文献1 周学杰,陈昊,吴军,郑鹏华,王一品.不锈钢在海洋大气环境中的腐蚀行为研究A.中国腐蚀与防护学会.2020第七届海洋材料与腐蚀防护大会暨2020第一届钢筋混凝土耐久性与设施服役安全大会摘要集C.中国腐蚀与防护学会:北京丰盈环蚀技术有限公司,2020:1.2 周子扬,段继周,朱庆军,张杰,杨黎晖,黄彦良,侯保荣.南海海洋环境下耐候钢大气腐蚀规律研究进展A.中国工程院、中国腐蚀与防护学会.第十届全国腐蚀大会摘要集C.中国工程院、中国腐蚀与防护学会:中国腐蚀与防护学会,2019:1.3 陈新彦,陈大明,陈旭,许琨,陈永.热带海洋大气环境中耐候钢腐蚀特征与机理的研究J.腐蚀科学与防护技术,2018,30(02):150-156.4 白马,罗军,陈超,桂晶,李大朋,王毛毛,王修云,陈迎锋,李根.氯离子对钻杆用S135钢腐蚀的影响J.材料保护,2021,54(02):140-144.5 任艳群,李清松,李从伟,许桂顺.硫化亚铁垢原因分析和预防J.清洗世界,2016,32(10):33-34.6 王帆,李娟,李金灵,鱼涛,屈撑囤,朱世东,李彦.金属管道在CO2/H2S环境中的腐蚀行为J.热加工工艺,2021,50(04):1-7.7 黄强.地面集输管道在CO2/H2S/O2体系下的腐蚀行为研究J.表面技术,2021,50(04):351-360.干扰电流源。通过现场检测点附近的13151325m和14201425m段多处穿孔，且管线上方均有高压电路经过。检测自9:55开始，15:55结束，历时约6h。管线杂散电流检测结果如图2所示，结果表明，电流在200A上下波动，最高电流差达25.34A。图2 管线杂散电流检测结果3 结论与建议（1）通过腐蚀介质和腐蚀穿孔位置观察，认为腐蚀主要是内部介质引发的电化学腐蚀；（2）通过壁厚检测，管线腐蚀减薄到1.9mm，导致壁厚剩余不到20%，造成管线剩余强度不能满足集输介质的要求，因此需要及时进行管线更换和腐蚀治理；（3）建议针对管线存在杂散电流，继续对该区进行检测跟踪，开展管线杂散电流排流措施。参考文献1 王冰.埋地油气混输管道的腐蚀机理与防护策略J.全面腐蚀控制,2022,36(03):122-123.2 刘杰,杜艳霞,覃慧敏,何鑫,刘正雄.地铁杂散电流对埋地管道的干扰规律J.腐蚀与防护,2019,40(01):43-47+70.3 荆艳飞.油田埋地金属管道外腐蚀机理分析J.全面腐蚀控制,2021,35(08):132-134.4 文鸿基,刘军,高元军,张宏.模拟油田H2S/CO2环境中油管钢的动态腐蚀行为研究J.全面腐蚀控制,2010,24(10):34-36+9.5 姚培芬.油气管道CO2与H2S腐蚀与防护研究进展J.腐蚀与防护,2019,40(05):327-331+369.6 张贺宏,李卫星,司永宏,闫昊.城镇燃气管道杂散电流检测方法研究J.全面腐蚀控制,2023,37(03):89-92.7 朱祥剑,杜艳霞,覃慧敏,张熠,葛彩刚.地铁杂散电流干扰下埋地管道管地电位动态波动规律J.腐蚀与防护,2019,40(12):878-885.8 张亮,侯向峰,陈祎,左宏鑫,王秀通.埋地管道24h杂散电流测试分析与评价J.全面腐蚀控制,2022,36(07):54-59.（上接第126页）