海管旁路式內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

廖伍彬 秦立峰 李 飛 石衛(wèi)國(guó) 仇朝軍

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司上海采油技術(shù)服務(wù)分公司； 2.中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司）

海管旁路式內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

廖伍彬1秦立峰2李 飛1石衛(wèi)國(guó)1仇朝軍1

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司上海采油技術(shù)服務(wù)分公司； 2.中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司）

為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)海底管道內(nèi)腐蝕情況，設(shè)計(jì)了海管旁路式內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并在南海A海管得到了應(yīng)用。在海管入口及出口處安裝旁路式內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以獲得海管在油、氣、水三相混輸狀態(tài)下的內(nèi)腐蝕、結(jié)垢信息，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)維護(hù)、管理簡(jiǎn)單，成本低，并且所有作業(yè)不影響油田正常生產(chǎn)，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

海管 旁路式 內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

海底管道是海上油氣田正常生產(chǎn)的“血管”，一旦海底管道發(fā)生腐蝕穿孔，不僅會(huì)導(dǎo)致停產(chǎn)等遭受巨大經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)造成對(duì)海洋環(huán)境的污染，因此海管的腐蝕監(jiān)測(cè)與防護(hù)非常重要。設(shè)計(jì)了旁路式內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能全面跟蹤、監(jiān)測(cè)海底管道的運(yùn)行狀況和內(nèi)腐蝕情況（是中海油具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)），可在線拆裝、不影響生產(chǎn)，可根據(jù)需求選擇不同的監(jiān)測(cè)方法，能獲得直觀的內(nèi)腐蝕信息[1]，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道內(nèi)腐蝕信息，能對(duì)焊縫腐蝕、電偶腐蝕進(jìn)行檢測(cè)，能獲得腐蝕、結(jié)垢產(chǎn)物及沉積物信息，能獲得微生物腐蝕信息；相對(duì)于其他海管腐蝕檢測(cè)方法，該方法具有成本較低，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作、維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

1 海管旁路式內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為監(jiān)測(cè)海管在高硫化氫工況下油、氣、水三相混輸狀態(tài)的內(nèi)腐蝕情況，設(shè)計(jì)了旁路式內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。旁路式內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 旁路式內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖

在被監(jiān)測(cè)管道典型位置（海管入口及出口）各設(shè)計(jì)、安裝一段可在線拆裝、與管道材質(zhì)相同的腐蝕測(cè)試短節(jié)，這是旁路式內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獨(dú)到的設(shè)計(jì)，因?yàn)槿魏纹渌麢z測(cè)方法得到的數(shù)據(jù)，都不如拆卸腐蝕測(cè)試短節(jié)進(jìn)行檢查更為直觀、具體、真實(shí)，該設(shè)計(jì)符合GB/T 23258－2009《鋼制管道內(nèi)腐蝕控制規(guī)范》要求。海管入口、出口旁路式內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)見(jiàn)圖2、3。由于腐蝕測(cè)試短節(jié)的材質(zhì)、溫度、壓力及介質(zhì)均與海管相同，因此通過(guò)觀察旁路式腐蝕測(cè)試短節(jié)的內(nèi)腐蝕形貌即可知道海管真實(shí)的腐蝕、結(jié)垢形貌。

在腐蝕測(cè)試短節(jié)上設(shè)置了可供監(jiān)測(cè)和檢測(cè)的探頭插入基座；設(shè)計(jì)、安裝了3層掛片探頭，3層掛片均采用海管材質(zhì)經(jīng)水力切割并冷磨削而成。定期對(duì)腐蝕掛片進(jìn)行拆卸、更換，通過(guò)失重法可計(jì)算出腐蝕速率；分析3層掛片探頭不同層位腐蝕掛片的腐蝕情況，可獲得海管不同層位的腐蝕信息。

在腐蝕測(cè)試短節(jié)上設(shè)計(jì)、安裝了電阻探針，并用通訊電纜將電阻探針信號(hào)引至中控室。電阻探針材質(zhì)與海管相同，因此可將腐蝕測(cè)試短節(jié)的腐蝕速率實(shí)時(shí)地傳到室內(nèi)以供作業(yè)者分析。

在腐蝕測(cè)試短節(jié)上安裝電感探針，在必要時(shí)可快速評(píng)價(jià)、優(yōu)化適合于現(xiàn)場(chǎng)流體的緩蝕劑，調(diào)整緩蝕劑用量或種類，使緩蝕劑的效果達(dá)到最佳。

為獲取腐蝕測(cè)試短節(jié)內(nèi)真實(shí)液體，在腐蝕測(cè)試短節(jié)下部設(shè)計(jì)了取樣口，可定期取樣進(jìn)行水質(zhì)及油品分析，以判斷海管腐蝕環(huán)境的變化。

為能獲得流體流經(jīng)時(shí)殘留的腐蝕、結(jié)垢產(chǎn)物及沉積物，特在腐蝕測(cè)試短節(jié)底部設(shè)計(jì)了沉積物收集區(qū)，可定期取樣進(jìn)行物相定性分析，以確認(rèn)海管腐蝕、結(jié)垢原因，并判斷油田是否有出砂的情況。

綜合以上所有信息，對(duì)比分析海管入口和出口處旁路式內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息，就可推測(cè)上游、下游一段距離海管的內(nèi)腐蝕及結(jié)垢情況。

2 海管旁路式內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在南海A海管的應(yīng)用

2.1 A海管工況概述

A海管是南海某油田群核心海底管道，各油田初步處理后的油、氣、水混合物通過(guò)海底管道輸送到中心油田，與中心油田所產(chǎn)油、氣、水一起再由A海管混輸至終端處理廠進(jìn)行進(jìn)一步處理。A海管中的流體極其復(fù)雜，其中一個(gè)油田的產(chǎn)出氣中硫化氫含量較高，可能導(dǎo)致海管發(fā)生硫化氫腐蝕[2]。A海管直徑0.4 m，材質(zhì)為API 5L X65，日輸液量8176 m3，含水量5.5%，日輸氣量15×104m3，硫化氫含量900 mg/m3。

2.2 A海管入口處旁路式內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用情況

A海管入口處旁路式管道內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)于2010年3月25日開(kāi)始，177天后觀察到腐蝕測(cè)試短節(jié)中的3層掛片探頭有結(jié)垢現(xiàn)象，下層腐蝕掛片有明顯垢下局部腐蝕（圖4）。3層腐蝕掛片檢測(cè)出的均勻腐蝕速率見(jiàn)表1。

圖4 南海A海管入口下層腐蝕掛片清洗后形貌

表1 南海A海管入口3層掛片探頭檢測(cè)結(jié)果

A海管入口電阻探針監(jiān)測(cè)情況見(jiàn)圖5，2010年3月至2010年7月均勻腐蝕速率波動(dòng)較大，2010年8月之后比較穩(wěn)定，但均小于0.0254 mm/a[3]，與3層掛片探頭下部腐蝕掛片同屬輕微腐蝕。

圖5 南海A海管入口下部電阻探針監(jiān)測(cè)得到的均勻腐蝕速率變化趨勢(shì)

拆卸A海管入口腐蝕測(cè)試短節(jié)后，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有塊約15 mm×5 mm×5 mm的固體物質(zhì)，4∶00～8∶00方向內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)有塊狀垢，在腐蝕測(cè)試短節(jié)底部沉積物收集區(qū)發(fā)現(xiàn)大量沉積物（圖6）。經(jīng)分析，沉積物主要成分為FeO（OH），其次是FeCO3和FeS。清污后發(fā)現(xiàn)，腐蝕測(cè)試短節(jié)入口及出口焊縫完好（圖7、8）。

2.3 A海管出口處旁路式內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用情況

A海管出口處旁路式內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)出口檢測(cè)于2010年3月5日開(kāi)始，191天后觀察海管出口腐蝕掛片上、中、下3層均有嚴(yán)重局部腐蝕現(xiàn)象，下層尤為嚴(yán)重。在用酸清洗過(guò)程中，有黑色固體物質(zhì)脫落，并有臭雞蛋氣味氣體冒出，確定該局部腐蝕為H2S腐蝕[4]。下層腐蝕掛片最大年坑深大于0.38 mm，屬嚴(yán)重局部腐蝕，其腐蝕形貌見(jiàn)圖9，3層腐蝕掛片檢測(cè)出的均勻腐蝕速率見(jiàn)表2。

A海管出口電阻探針監(jiān)測(cè)情況見(jiàn)圖10，2010年3月至2010年9月，A海管出口下部均勻腐蝕速率波動(dòng)較大，絕大多數(shù)時(shí)間大于0.0254 mm/a，但小于0.1270 mm/a，與3層掛片探頭下部腐蝕掛片同屬中度腐蝕。

圖9 南海A海管出口下層腐蝕掛片清洗后形貌

表2 南海A海管出口3層掛片探頭檢測(cè)結(jié)果

圖10 南海A海管出口下部電阻探針監(jiān)測(cè)得到的均勻腐蝕速率變化趨勢(shì)

腐蝕測(cè)試短節(jié)4∶00～8∶00方向內(nèi)壁有塊狀垢，底部沉積物收集區(qū)發(fā)現(xiàn)大量沉積物（圖11、12）。經(jīng)分析，沉積物主要成分為FeS，其次是FeO（OH）和CaCO3。清污后發(fā)現(xiàn)，腐蝕測(cè)試短節(jié)母材腐蝕情況不嚴(yán)重，但腐蝕測(cè)試短節(jié)焊縫點(diǎn)蝕嚴(yán)重（圖13），彎管焊縫腐蝕嚴(yán)重（圖14）。

圖11 南海A海管出口腐蝕測(cè)試短節(jié)內(nèi)部原貌

2.4 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

南海A海管入口及出口均有結(jié)垢現(xiàn)象，由此推斷海管內(nèi)可能存在結(jié)垢現(xiàn)象。為避免A海管出現(xiàn)垢下腐蝕和微生物腐蝕，建議作業(yè)者定期對(duì)海管進(jìn)行清管作業(yè)。南海A海管流體由多個(gè)油田產(chǎn)出流體混合而成，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，這些油田所用的阻垢劑不適用于A海管。根據(jù)對(duì)海管入口及出口水質(zhì)的分析和對(duì)比，結(jié)合垢樣物相定性分析結(jié)果，目前已優(yōu)選出了新的阻垢劑，應(yīng)用效果良好。分析腐蝕、結(jié)垢產(chǎn)物后認(rèn)為，導(dǎo)致A海管腐蝕的主要因素之一是較高含量的硫化氫，作業(yè)者已根據(jù)建議增加了用于硫化氫腐蝕防護(hù)的緩蝕劑用量，并設(shè)法脫硫。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)在南海A海管入口及出口設(shè)計(jì)、安裝旁路式內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)A海管內(nèi)腐蝕的全面跟蹤。拆卸系統(tǒng)中的腐蝕測(cè)試短節(jié)，獲得了海管直觀的內(nèi)腐蝕、結(jié)垢形貌及焊縫腐蝕情況；借助安裝于系統(tǒng)中的腐蝕監(jiān)測(cè)工具，得到了海管實(shí)時(shí)內(nèi)腐蝕速率及平均腐蝕速度；分析腐蝕、結(jié)垢產(chǎn)物及沉積物，了解了海管腐蝕、結(jié)垢機(jī)理。系統(tǒng)中多方位的腐蝕監(jiān)測(cè)、檢測(cè)數(shù)據(jù)為南海A海管內(nèi)腐蝕現(xiàn)狀評(píng)估及其防腐措施的調(diào)整提供了準(zhǔn)確的依據(jù)。同時(shí)，海管旁路式內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)維護(hù)、管理簡(jiǎn)單，成本低，所有作業(yè)不影響油田的正常生產(chǎn)，因此，具備推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1] 張智.惡劣環(huán)境氣井井下油管的相變誘導(dǎo)腐蝕研究[J].天然氣工業(yè)，2007，27（10）：1－3.

[2] 尹忠.硫化氫的危害與防治[J].油氣田環(huán)境保護(hù)，2004，14（4）：37－39.

[3] 全國(guó)石油天然氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T 23258－2009鋼質(zhì)管道內(nèi)腐蝕控制規(guī)范[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[4] 于九政.油氣田開(kāi)發(fā)中硫化氫產(chǎn)生機(jī)理和防治研究[J].油氣田環(huán)境保護(hù)，2008，18（4）：46－49.

Design and application of subsea pipeline by－pass internal corrosion monitoring system

Liao Wubin1Qin Lifeng2Li Fei1Shi Weiguo1Qiu Zhaojun1
（1.CNOOC Energy Technology ＆ Services –Shanghai Oilfield Technology Services Branch，Shanghai，200030；2.Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.，Guangdong，524057）

The by－pass internal corrosion monitoring system has been designed in order to monitor the internal corrosion of subsea pipeline in real time.It has been applied to a subsea pipeline in the South China Sea.Through installing the monitoring system at the inlet and outlet，the internal corrosion and scale information of the oil－gas－water three phase mixed transportation subsea pipeline can be got.The by－pass internal corrosion monitoring system can be maintained and managed easily and cost effectively without affecting the normal production of oilfield，so it has the application and dissemination value.

subsea pipeline；by－pass；internal corrosion monitoring system；design

廖伍彬，男，工程師，2002年畢業(yè)于原西南石油學(xué)院石油工程專業(yè)，主要從事油氣田開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)管理工作。地址：上海市徐匯區(qū)零陵路583號(hào)海洋石油大廈2715室（郵編：200032）。電話：021－64386721。E－mail：liaowb2＠cnooc.com.cn。

2010－11－29改回日期：2011－01－06

（編輯：葉秋敏）