闵桥区块, 现有油井91口, 其中89口已见水。日产液553t, 日产原油123t。近年来该区块的输油管线腐蚀严重, 闵13至闵39长输管线, 管线材料为20#钢, 规格Φ133mm×5mm, 全长6800m, 流程走向示意图如图1所示, 管线于在2003年9月至2003年12月分三次更换, 到2006年累计发生穿孔16次;其中过闵24站后管线腐蚀严重, 现对水平铺设的埋地管线壁厚进行检测, 情况如图2、图3、图4所示。发现上部腐蚀较轻, 中下部腐蚀较重, 5mm壁厚管线腐蚀后的下部管壁剩余厚为1.58mm, 上部管壁剩余厚为3.5 6 m m。
(1) 依据SY/T5 52 3油田水分析方法, 对管内流动的流体进行分析对比, 对Cl-、S2-、CO32-、SO42-、HCO3-、Mg2+、Ca2+、总矿、p H值进行分析。
(2) 用X射线衍射法对腐蚀产物进行分析。
(1) 对闵1 3站外输、闵24-1井采出水分析结果见表1和表2。
(2) X射线衍射分析:对输油管线内壁上取回来的腐蚀样品进行X射线衍射物相分析, 衍射分析如图5所示:腐蚀主要产物为Fe CO3和Fe3S4。
多个取样点的水样p H值基本表现为弱碱性 (p H>7.0) , 游离水中含有大量的Cl-和HC O3-, 少量S2-, 同时X射线衍射物相分析, 得知腐蚀产物主要是Fe CO3和Fe3S4。下面就各个因素对管线的腐蚀影响做具体分析。
一般来说, PH值增大会使H+含量减小, 可降低腐蚀速度。但PH值不仅是CO2浓度和温度的函数, 也与水中的Fe2+及其他离子浓度有关。CO2溶于去除氧的纯水可以使PH值明显降低, 这种水具有很强的腐蚀性。而在同样浓度、温度条件下, Fe2+增加3 0 pp m就会使水的P H值从3.9增加到5.1, 相当于CO2分压变化几个大气压所产生的结果。
从化验结果得知, 闵桥油田地层水中Cl-浓度很高, C l-浓度越高, 点腐蚀能力就越强。而是Cl-一方面本身会造成点蚀, 另一方面通过破坏腐蚀产物膜的形成而加速腐蚀速度。腐蚀机理如图6, Cl-点腐蚀是在钢材自身存在缺陷的部位 (如含有易溶于水的非金属夹杂物) 形成坑部, 同时Cl-浓度较高, 带正电的金属离子拉近Cl-, Cl-进入坑内, 浓度升高, 同时金属离子水解, 产生H+, H+和Cl-生成HCl, 加快坑部的腐蚀, 最后发生点穿孔。
CO2环境下的碳素钢的腐蚀可以导致生成碳酸盐这种反应产物。化学反应式如下所示:
伴生气中含有H2S气体, 这种气体可以直接造成严重的腐蚀, 化学反应式如下所示:
以上分析直接说明了闵桥输油管线腐蚀穿孔原因:管线在运行温度和流速条件下, 内部的流体处于平流状态, 带有腐蚀成分的地层水主要在管线中下部流动, 其中含有的Cl-、CO2、H2S造成了管线中下部发生均匀腐蚀和点腐蚀, 其中Cl-造成点腐蚀, HCO3-使中下部管壁均匀变薄, 反应释放出H2引起金属发生渗氢腐蚀。
通过研究发现闵桥输油管线腐蚀穿孔主要为发生在平直管道中下部位的内腐蚀。目前使用的防腐蚀技术大致有如下几类:合理选材、阴极保护、添加缓蚀剂、管道防护层和衬里等。
近年来非金属耐蚀材料发展很快, 如玻璃钢管材, 很适合用于腐蚀性强的环境。但玻璃钢管线也存在一些问题。一是玻璃钢管线用在输油管线上时保温差存在结蜡现象。二是由于管线长期运行, 有可能使管线产生周期轴向串动磨损外壁, 易造成破损。三是由于玻璃钢管线抗折性能差, 在管线架空段要使用保护套管保护, 既增加了施工难度, 又增加投资。以上原因导致目前很少使用玻璃钢等非金属耐蚀材料做输油管道。
目前在集油管线使用的泡沫夹克管, 具有管材外防腐好、保温质量高、管线外型美观、外层抗土壤应力和抗机械损坏能力都比较强的优点。由于管道闵桥油区以内腐蚀为主, 对于内部结构的特殊性管道的内壁阴极保护难以实现, 实践证明1999年所建管线采用牺牲阳极保护效果不明显。
使用缓蚀剂存在以下问题, 要注意缓蚀剂在水中和油中的溶解度之比;含水量不同, 缓蚀剂用量也不应相同。缓蚀剂的缓蚀效果还与加注工艺、加注量及周期有密切的关系。缓蚀剂注入的方法及注入位置的选择应能确保整个生产系统受益, 即注入的缓蚀剂不仅能在起始浓度下足以在整个系统的金属表面形成有效的缓蚀膜, 而且在缓蚀膜被油水流冲刷剥落后还能及时不断提供足够浓度的剩余缓蚀剂来修补缓蚀膜。实际运用中存还应设置在线腐蚀监测系统, 投资和后期维护工作量大, 防护效果待评估周期长, 不同区块产液性质不同, 药剂成分也需相应调整, 全面推广使用难度大。
防护层和衬里为钢材与油水之间提供一个隔离层, 从而起到减缓腐蚀作用。涂料选择范围广, 具有适应性强、施工工艺简单、价格低廉、表面光滑、不易结垢等优点。现在施工中主要采用聚合物水泥砂浆衬里挤涂工艺。闵13至闵39输油管线闵24站后端部分于2006年底进行了更换, 并采取了厚浆型内衬送风挤涂工艺内防, 涂层光滑致密与钢体粘结强度高, 具有良好的防腐抗渗耐磨及防垢性能。目前已安全运行了6年多, 截至2011年11月未发生管线穿孔, 实践证明管线内防工艺实施有效果, 实现了输油系统的清洁平稳安全生产。
通过对闵桥地区的输油管线腐蚀问题的研究, 可以得出如下结论。
(1) 通过对输油管道内流体成分的研究, 发现其中含有的Cl-、CO2、H2S造成了管线中下部发生均匀腐蚀和点腐蚀, 其中Cl-造成点腐蚀, HCO3-使中下部管壁均匀变薄, H2S反应释放出H2引起金属发生渗氢腐蚀。
(2) 比较实用的防护对策是对管道进行内防, 制作内防护层和衬里。
摘要：通过对闵桥区块的输送介质和腐蚀产物的分析, 查找输油管线腐蚀穿孔的原因, 认为腐蚀与输送介质中Cl-、HCO3-、H2S有关。综合对比分析现有的几种防护方法, 认为较好的方法是对管线内壁做防护层和衬里。
关键词：输油管线,水分析,腐蚀产物,防护
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