場指紋法腐蝕監(jiān)測技術在塔中1號氣田的應用

周 春，曾冠鑫，湯天遴，楊仕林，劉生福

（1.塔里木油田塔中勘探開發(fā)項目經理部，塔里木841000；2.北京普斯維斯防腐科技有限公司，北京100102）

1 塔中1號氣田腐蝕監(jiān)測網(wǎng)絡

塔中1號氣田位于塔克拉瑪干沙漠腹地，氣田天然氣中普遍含H2S，約為11～32 700mg·m-3，屬中～低含硫氣藏（部分單井為高含硫氣井，H2S含量大于30.0g·m-3），CO2氣體體積分數(shù)為1.60%～4.91%，為低中含CO2油氣藏；地層水平均密度為1.079 4g·cm-3，總礦化度平均為116 294mg·L-1，水型為CaCl2型。根據(jù)塔中1號氣田介質特性，判斷該氣田具有較強的潛在腐蝕問題。結合目前已開發(fā)的塔中6＃凝析氣田和塔中4＃油田介質嚴重腐蝕狀況以及中國石油天然氣股份有限公司對酸性氣田開發(fā)腐蝕監(jiān)測的要求，即地面生產系統(tǒng)監(jiān)測項目包括主要生產設備和管線腐蝕狀況在線監(jiān)測等；集輸站場與管道設腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)，定期或在線監(jiān)測高含酸性氣體氣田井、集輸管道、關鍵設備內腐蝕情況，根據(jù)監(jiān)測結果及時調整防腐措施。在塔中1號產能建設應系統(tǒng)地考慮腐蝕監(jiān)測網(wǎng)絡的建立。

生產系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測點的設計遵循“區(qū)域性、代表性、系統(tǒng)性”的原則?！皡^(qū)域性”是指塔中1號氣田；“代表性”是指在生產系統(tǒng)中具有以點代面作用的點；“系統(tǒng)性”是指圍繞整個氣田生產系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，即從氣井井口→集氣站（起點站）→氣體處理站（油氣處理、脫硫處理、脫水脫烴、凝析油處理、硫磺回收）→污水處理，以捕捉在該系統(tǒng)中腐蝕最為嚴重的部位為目的。

根據(jù)以上原則，在塔中1號氣田系統(tǒng)共設計建立了26個監(jiān)測部位，采用掛片＋電阻探針＋場指紋法（FSMlog）技術聯(lián)合監(jiān)測。其中，掛片26套，電阻探針26套。結合H2S腐蝕特點，針對掛片、電阻探針不能監(jiān)測彎頭、焊縫的腐蝕狀況以及裂紋缺陷，同時選擇了FSMlog腐蝕監(jiān)測技術，以彌補掛片、探針監(jiān)測的不足。分別對TZ82干線來氣、TZ83干線來氣、TZ721干線進氣體處理站管線彎頭及焊縫進行實時監(jiān)測，監(jiān)測點分布見表1。

表1 塔中1號氣田腐蝕監(jiān)測點明細表

2 FSMLog監(jiān)、檢測技術

2.1 FSMLog監(jiān)、檢測技術原理

FSMLog是一種新型無損監(jiān)、檢測技術。該技術主要用于檢測各種形式的腐蝕，也可檢測大多數(shù)裂紋，監(jiān)控腐蝕和裂紋的擴展。其原理是通過監(jiān)測電流在金屬結構上流動方向的細微變化來檢測由于腐蝕引起的金屬損失、脆裂和凹坑。傳感針或電極呈矩陣式分布在被監(jiān)測區(qū)域以檢測電場方向的變化，比較測量電壓與最初的參考電壓。傳感針間距一般為壁厚的23倍。軟件提供圖解曲線表明凹坑和脆裂的位置，以及嚴重程度，計算實際腐蝕趨向和腐蝕速率。對于線在FSMLog監(jiān)測系統(tǒng)，其靈敏度是剩余壁厚的0.1%。

2.2 FSMLog監(jiān)、檢測技術的特點

FSMlog具有監(jiān)測和檢測的功能。一方面能計算腐蝕速率，另一方面實時對管線本體進行檢測。FSMLog技術在進行監(jiān)測和檢測時具有以下特點：

（1）具有較高檢測精度且檢測結果不受操作者的影響。其檢測精度是超聲波的10倍以上，且不需耗材（探針、掛片），不需取放工具，可現(xiàn)實均勻腐蝕、局部腐蝕的測量；

（2）可監(jiān)測復雜的幾何體如（彎頭、T型接頭、Y型接頭等），并可大大減少監(jiān)測時間；

（3）由于具有遠程監(jiān)、檢測功能，可進行高空作業(yè)；

（4）對于一般腐蝕，其靈敏度高于剩余壁厚的0.5%，即實際靈敏度隨著腐蝕的增加而提高；

（5）非插入性，不破壞彎頭、管線的整體性和強度，不影響管道完整性，沒有泄漏的危險，提高在H2S環(huán)境中的安全性，測量時不受導電性FeS膜的影響；適用于困難的位置（高溫、高壓），同時不影響投球清管作業(yè)，這是其他腐蝕監(jiān)測技術無法比擬的；

（6）無需去掉涂層或保溫層，可大大節(jié)省監(jiān)、檢測費用和時間；

（7）監(jiān)測所獲得的結果是管壁真實發(fā)生的腐蝕狀況。

FSMLog通過管外的傳感針就能發(fā)現(xiàn)管道的內表面腐蝕情況，有助于延長管道壽命；準確地監(jiān)測管道的實際情況有助于減少智能清管的次數(shù)，是智能清管的一個不太昂貴的替代方法；可以用于緩蝕劑效果評價；通過改善腐蝕控制，使用碳鋼代替昂貴的耐蝕合金；FSMLog監(jiān)控軟件可圖形化地顯示腐蝕程度計算腐蝕速率，具有結果直觀、界面友好的優(yōu)點。

3 塔中1號FSMLog監(jiān)、檢測技術的應用

根據(jù)塔中1號氣田介質特點，選擇了TZ82干線、TZ83干線、TZ721干線進氣體處理站管線彎頭及焊縫進行實時監(jiān)測。

3.1 FSMLog設備的安裝

FSMLog的安裝主要由以下幾部分組成：傳感針定位及焊接點打磨；傳感針焊接；矩陣電纜連接及參考盤安裝；管道勵磁電流電纜安裝；FSMLog接線；FIU及計算機COM口接線；系統(tǒng)通訊測試。

通過以上步驟的安裝調試，塔中1號站內3套FSMlog一次性安裝調試成功（見圖1），數(shù)據(jù)直接傳送到中控室電腦上，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)實時采集，為及時掌握3條集輸管線進站彎頭、焊縫的腐蝕奠定了良好基礎，并為氣體處理廠的安全生產奠定了一定基礎。

圖1 塔中1號氣體處理站TZ721，TZ82，TZ83來氣管線FSMlog在線監(jiān)測點分布圖

3.2 監(jiān)測結果與分析

自2010年9月22日投產以來，3套設備進行了連續(xù)實時監(jiān)測，實時捕捉腐蝕速率的變化，以及管線腐蝕、壁厚腐蝕（局部腐蝕）的變化情況，以TZ721、TZ82為例，系統(tǒng)介紹監(jiān)測結果的變化情況。

圖2為塔中1號氣體處理站TZ721來氣管線在不同時間的TZ721FSMlog監(jiān)測點三維柱狀圖腐蝕監(jiān)測圖（軟件截屏圖）。圖2中，Y軸縱坐標為ppt，（1ppt＝0.1%線壁厚，TZ721管線壁厚為11mm），同時在軟件中也可以直接將縱坐標設為mm；X軸為傳感針位置；Z軸為傳感針在鐘表的位置。

由圖2可以得到如下信息：

（1）FSMlog實現(xiàn)實時監(jiān)測，實時掌握腐蝕隨著生產時間的變化趨勢，掌握管線壁厚減薄變化情況。從圖（a）到（f）可以看出，監(jiān)測初期（2010年9月27日）平均值為：0.5ppt（0.005 5mm），生產運行到2011年8月19日（296天）后平均值為：5ppt（0.055mm）。

圖2 塔中1號氣體處理站TZ721來氣管線不同時間的FSMlog在線腐蝕監(jiān)測圖

（2）可以直觀了解矩陣監(jiān)測點范圍內局部腐蝕點的位置，了解局部腐蝕發(fā)展的實時情況，為安全生產提供科學的數(shù)據(jù)依據(jù)。以圖2（f）中第80對探針為例，從圖2（a）到圖2（f）可以看出，局部腐蝕發(fā)展較快，該點局部腐蝕為13ppt（0.143mm）。

（3）明確局部腐蝕點的具體位置。如圖（f）中第80對探針，位于被監(jiān)測管線4鐘點處（位置確定根據(jù)傳感針在現(xiàn)場管線的實際焊接位置編號與軟件傳感針數(shù)字進行確定，見圖3），其他腐蝕較為嚴重的傳感針對分別為：25，31，39，40，41，47，48，49，63，65，71，72，88，112，確定了管線薄弱點具體位置。

（4）對于腐蝕嚴重的點，引用軟件X、Y軸的功能可以確定某點腐蝕變化趨勢。以圖2（f）中第80對傳感針對為例，利用軟件功能，顯示了該點在2010年9月22日至2011年8月25日腐蝕隨時的演變過程，腐蝕深度隨時間的延長不斷的增加，總腐蝕深度為13ppt（0.143mm），折算腐蝕速率為0.155 3mm·a-1，見圖4。

圖3 圖2（f）的平面俯視圖

圖4 第80對傳感針腐蝕變化趨勢

圖5 為TZ82FSMlog監(jiān)測點2012年1月6日累計監(jiān)測腐蝕變化三維柱狀圖、平面俯視圖。由圖5可見，TZ82FSMlog測試區(qū)域最大點蝕深度為18ppt（0.18mm），位于44傳感針對；并以20，32，44，56，68，80，92傳感針對形成一條溝槽狀腐蝕坑。該溝槽腐蝕坑平均累計金屬損失為0.17mm，見圖5（b）。通過投產監(jiān)測周期內運行470d計算：該溝槽腐蝕速率為0.1320mm·a-1。該溝槽狀腐蝕作為重要的跟蹤監(jiān)測目標，實時判斷腐蝕狀況，結合管線運行壓力，計算允許溝槽狀腐蝕深度的最大值，提前進行管線更換及維修，及時杜絕安全事故的發(fā)生，確保氣田正常生產。

圖5 塔中1號氣體處理站TZ82來氣管線在2012年1月6日的FSMlog在線腐蝕監(jiān)測圖

4 結束語

FSMlog監(jiān)測技術在國外應用較為廣泛，主要應用于酸性油氣田、煉化廠和海上石油的腐蝕監(jiān)測評價。該技術目前應用較少在國內，但隨著各級領導對腐蝕問題重視程度的日益加深，在國內酸性氣田的開發(fā)中，不斷采用該項技術。目前普光氣田應用了19套，西南油氣田龍崗氣田應用了2套，長慶大北氣田應用了2套，海上石油應用了3套，塔里木油氣田應用了6套（其中FSMlog3套，F(xiàn)SM-IT3套）。該項技術所具備的特點、優(yōu)點得到了越來越人的認可，它將會廣泛的應用到酸性油氣田的開發(fā)、煉油、化工高溫高壓系統(tǒng)的彎頭、三通、焊縫、低洼積液處的腐蝕監(jiān)測、檢測評價。該技術豐富了腐蝕監(jiān)測、檢測技術，具有廣泛的推廣應用價值。