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管道防腐技术,为油气开采保驾护航

2017-12-09

科技是国家强盛之基,创新是民族进步之魂。在中石化西北油田分公司科研园区石油工程技术研究院防腐实验室,随着三维表面形貌仪工作结束的嘀嘀声,一张金属挂片试样的3D腐蚀形貌清晰地展示在赵海洋院长带领的科研团队成员面前,短暂的平静之后是大伙儿兴奋的欢呼和雷鸣的掌声,又一项全新的金属点腐蚀定量评价方法从此诞生,并成功应用到油田集输管道腐蚀防治中。
  塔河油田是我国的一个古生界海相亿吨级大油田,地处新疆塔里木盆地北部塔里木河上中游胡杨林生态保护区。采出液具有“五高一低”强腐蚀性特点,集输工况高温、高压,随着开发历程延伸,腐蚀问题成为制约安全环保、经济高效的瓶颈。
  中石化西北油田分公司石油工程技术研究院是中石化西北地区规模较大的工程技术研究中心,是西北油田分公司工程技术的参谋部和技术研发基地,主要承担着油气田钻井、采油、测试、地面、防腐等技术研发与应用。为了解决塔河油田苛刻腐蚀环境下集输管道突出的腐蚀问题,赵海洋带领的腐蚀防治科研团队通过腐蚀机理腐蚀规律、腐蚀监检测、腐蚀防治等一系列关键技术难点攻关,形成了适用油田介质环境的集输管道腐蚀防治技术体系并工业化应用,保障了油田高质高效安全环保开发。
  就原理而言,塔河油田“五高一低”强腐蚀性是指集输管道是以H2S为主导的高H2S含量、低H2S分压下电化学腐蚀机理,FexSy腐蚀产物膜受到Cl-、O2破坏形成点蚀通道,在如此环境下,油气集输管道表现出“点腐蚀为主、均匀腐蚀为辅”的腐蚀规律。这种环境下所形成的有沉积物下20#钢点腐蚀是无沉积物下点腐蚀速率的8—20倍,溶解氧促进H2S/CO2腐蚀进程有氧环境腐蚀速率是无氧环境12。3倍腐蚀。金属管道出现孤立蚀坑、连接蚀坑群、沟槽状、溃疡状四种腐蚀形貌,非金属管道则出现树脂纤维剪断、材质降解、热熔胶老化三种腐蚀形貌,并且大部分集中在管道底部、管道下游、流态变化、高程差变化、支线入口、管对接焊、螺旋管焊缝及PVC内衬。
  管道的防腐要从监测开始,没有相应的监测技术何谈后续治理。在塔河油田,传统挂片失重法监测不能准确反映实际介质变化引起的腐蚀速率,也不能准确捕获点腐蚀信息,传统挂片失重检测评价方法也无法准确定量评价点腐蚀。赵海洋团队研发了管道内挂片法腐蚀监测装置,以实现管道内腐蚀状况的真实信息捕获,并建立了点腐蚀定量评价方法,使管道内点腐蚀监测数据准确率提高了65%,管道内腐蚀状况得到真实反应。点腐蚀定量评价方法,实现了点蚀深度、开口尺寸、点蚀密度的腐蚀程度精细描述,评价精度提高10倍,发现点蚀概率提高10%,工作效率提高1倍。
  被腐蚀的管道如何治理?一方面,针对金属管道焊缝热影响区裂纹缺陷问题,赵海洋团队采用碳纤维补强“五环四轴”湿缠绕层技术,使管道焊缝裂纹缺陷薄弱部位承压能力达到无缺陷部位的强度,确保管道在服役周期内安全可靠运行。另一方面,针对腐蚀严重而钢骨架存在,具有修复利用价值的金属管道,集成创新了低成本埋地管道非开挖修复技术,为解决内穿插管材耐温问题和抗气体渗透问题,研发了抗蚀耐温75℃的HTPO修复材质,实现超稠油集输管道内衬修复,研发了提高气体渗透系数4个数量级的高阻隔HBPE管材,实现天然气集输管道内衬修复,涂层风送挤涂修复技术,在管道内涂覆聚合物砂浆加强层+无溶剂环氧过渡层+无溶剂环氧防腐层的三层防腐结构,实现多弯头、小口径的单井管道修复。
  新建设的管道如何防护呢?赵海洋团队通过钢种改进,研发了适合于H2O-H2S-CO2-Cl-共存的腐蚀环境体系工况、性价比高的抗点蚀新钢种管材BX245-1Cr,现场应用与20#相比点腐蚀速率降低37.8%,均匀腐蚀速率降低11.0%;通过非金属管结构设计,研发了芳胺固化+0.5mm厚富含环氧树脂内衬层+承插式连接的热固性非金属管材,解决了雅克拉气田高CO2、高流速冲刷腐蚀问题,参编多项非金属管国标和行标,推动了行业进步;制定企标,实现了塔河油田非金属管标准化选材和规范化应用;创新了固含量99.5%无溶剂环氧树脂涂料配套正、反双向风送挤涂施工技术,解决了单向挤涂涂层厚度不均难题,实现了DN80—DN100口径管道内涂层补口;创新应用了缓蚀剂“预膜—连续加注—批处理”药剂防护技术,达到了缓蚀剂预膜厚度0.1mm目标值,控制管道点腐蚀速率0.016mm/a,保证了天然气安全输送。
新闻来源:科技日报