油田注水管線防腐治理技術(shù)研究與評(píng)價(jià)

李建東，劉 杰，王成達(dá)，劉 立

（陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075）

油田采出水回注是保證油田后期開發(fā)的一個(gè)必需環(huán)節(jié)。但采出水回注系統(tǒng)的腐蝕問題也越來越突出[1]，嚴(yán)重影響了注水生產(chǎn)的正常運(yùn)行。本文主要針對(duì)采出水地面注水管線的涂層防護(hù)、陰極保護(hù)以及特殊接頭的應(yīng)用進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和分析。

1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

結(jié)合延長(zhǎng)油田的實(shí)際生產(chǎn)狀況和腐蝕特點(diǎn)，分別對(duì)涂層、線性陽極、涂層+陰極保護(hù)+特殊接頭（采用耐火保溫材料與高溫涂層聯(lián)合使用）[2]，進(jìn)行了為期12個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用對(duì)比試驗(yàn)工作，評(píng)價(jià)了各種防腐措施的防護(hù)效果。

1.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)管線由八段短管線組成，每段管線長(zhǎng)0.6 m，兩端由法蘭相互連接，編號(hào)為 NO:1、NO:2、NO：3、NO:4、NO:5、NO:6、NO:7 和 NO:8，依次分別為：裸管、外涂層管、涂層+特殊接頭1、涂層+特殊接頭2、線狀陽極1（鎂合金）、線狀陽極2（鋁合金）、線狀陽極3（鋅合金）、內(nèi)涂層+線狀陽極4（鋁合金）。連接法蘭的編號(hào)為：1、2、3、4、5、6、7、8，其中法蘭 1、2、3 為普通法蘭，法蘭 4、5、6、7、8 為絕緣法蘭，具體流程（見圖1）。

圖1 工藝流程圖

1.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的實(shí)施

在選定的注水管線附近增加旁通設(shè)施，將試驗(yàn)管線接入，試驗(yàn)管線投入使用12個(gè)月（試驗(yàn)結(jié)束）后將試驗(yàn)的管線取出并剖析，觀察腐蝕形貌并稱重，分析涂層、特殊接頭以及陽極的具體情況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。主要方法是采用陰極保護(hù)電位測(cè)量、管線剖面腐蝕形貌觀測(cè)，管線腐蝕速率測(cè)試（稱重法）等。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果分析評(píng)價(jià)

2.1 陰極保護(hù)電位測(cè)試效果評(píng)價(jià)

試驗(yàn)管線投入使用后，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SY 0007-1999《鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐腐蝕控制工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，使用銅硫酸銅參比電極，分5次對(duì)施加陰極保護(hù)的管線進(jìn)行了保護(hù)電位測(cè)量，測(cè)試結(jié)果（見表1）。

表1 現(xiàn)場(chǎng)陰極保護(hù)電位測(cè)試結(jié)果

通過5次電位測(cè)量發(fā)現(xiàn)，在裸管中使用線狀犧牲陽極，由于消耗量大，陽極的損失速度很快，90天后鋅合金陽極已經(jīng)失去保護(hù)作用。在整個(gè)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，鎂合金陽極和鋅合金陽極已經(jīng)全部損失。在內(nèi)涂層管中使用犧牲陽極，保護(hù)效果很好，保護(hù)電位基本穩(wěn)定，有效阻止管線的腐蝕，延長(zhǎng)其使用壽命。

2.2 試驗(yàn)管線腐蝕性質(zhì)評(píng)價(jià)

2.2.1 試驗(yàn)管線腐蝕速率 將試驗(yàn)管線取出剖開，通過失重法計(jì)算其腐蝕速率。計(jì)算結(jié)果為裸管的腐蝕速率為0.743 mm/a，按照標(biāo)準(zhǔn)SY/T0087-95《鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐腐蝕與防護(hù)調(diào)查方法》進(jìn)行評(píng)價(jià)，屬于高等級(jí)別腐蝕，說明不采用防護(hù)措施的管線腐蝕問題十分嚴(yán)重。對(duì)于內(nèi)涂層管線，無破損點(diǎn)，管線沒有任何腐蝕。

2.2.2 試驗(yàn)管線宏觀腐蝕形貌 拆除各段試驗(yàn)管線發(fā)現(xiàn)，各段管線的內(nèi)壁均附著一層疏松的油泥垢（見圖2）。因?yàn)楣覆恢旅?，易產(chǎn)生垢下腐蝕。將試驗(yàn)管線表面的油泥垢去除后，觀察各段管線的宏觀腐蝕形貌（見圖3～7）。

圖2 試驗(yàn)管線結(jié)垢圖

圖3 裸管

圖4 涂層+鋁合金陽極

圖5 鋅陽極

圖6 鎂陽極

圖7 鋁陽極

從圖3中可以看出：裸管內(nèi)壁的腐蝕產(chǎn)物膜不致密、不連續(xù)，腐蝕坑處存在黑色的腐蝕產(chǎn)物，底層堅(jiān)硬并有紅色夾雜。除去腐蝕產(chǎn)物后，有腐蝕坑存在。說明裸管的腐蝕形態(tài)主要是均勻腐蝕和坑蝕。

從圖4中可以看出：在附加鋁合金陽極的內(nèi)涂層管中，涂層光滑、均勻、致密，無破點(diǎn)，對(duì)管線起到了優(yōu)良的保護(hù)作用。

從圖5、圖6、圖7中可以看出：在裸管中使用犧牲陽極進(jìn)行管線保護(hù)，不僅不能起到好的保護(hù)作用，而且在陽極很快消耗后還會(huì)加快管線的腐蝕。這是因?yàn)樵跊]有涂層的環(huán)境下，陽極的消耗速度非?？欤鸨Ｗo(hù)作用的時(shí)間很短。陽極消耗后的產(chǎn)物沉積在管內(nèi)壁上形成疏松的垢物，易形成垢下腐蝕，反而促使鋼表面繼續(xù)被腐蝕。

三種陽極相比較而言，鋁合金陽極的消耗速率最小，對(duì)管線起到了一定的保護(hù)作用，該段試驗(yàn)管線內(nèi)壁形成的是均勻腐蝕。而消耗最快的鋅陽極對(duì)管線的傷害最大，管線內(nèi)壁形成了較嚴(yán)重的點(diǎn)蝕。

2.2.3 試驗(yàn)管線微觀腐蝕形貌與腐蝕成份分析 為了進(jìn)一步了解腐蝕產(chǎn)物的表面狀態(tài)，對(duì)管線做了電鏡掃描。掃描結(jié)果（見圖8和圖9），裸管試樣的表面存在凹凸不平的腐蝕產(chǎn)物膜，主要由腐蝕晶體和晶須組成，不連續(xù)處組成了腐蝕坑或槽，腐蝕產(chǎn)物膜的結(jié)晶產(chǎn)物疏松，從而導(dǎo)致在空隙處誘發(fā)坑蝕，在基體表面形成了腐蝕坑，這說明腐蝕確實(shí)透過腐蝕產(chǎn)物膜向基體延伸。同時(shí)也分析了腐蝕產(chǎn)物的成份，對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行了X射線能譜（EDAX）分析和垢樣成份定量分析，結(jié)果（見圖10和表2）。發(fā)現(xiàn)主要是Fe、S形成的復(fù)雜腐蝕產(chǎn)物FeXSY。

表2 表面成分定量分析結(jié)果

從以上分析可知腐蝕產(chǎn)物主要是FeXSY，說明介質(zhì)中有H2S存在，它可能來源于硫酸鹽還原菌（SRB）在轉(zhuǎn)化來自地層和化學(xué)添加劑中的硫酸鹽時(shí)所釋放的H2S。這種腐蝕產(chǎn)物膜具有雙重作用：在產(chǎn)物膜結(jié)構(gòu)致密和完整的情況下會(huì)阻止腐蝕介質(zhì)與金屬基體接觸而減緩腐蝕；另外，在產(chǎn)物膜疏松或結(jié)構(gòu)不完整的情況下，金屬表面不同覆蓋度的區(qū)域之間形成了自催化作用很強(qiáng)的腐蝕電偶，這會(huì)導(dǎo)致很高的腐蝕速率和嚴(yán)重的局部腐蝕。

2.2.4 內(nèi)涂層管線特種接頭耐腐蝕評(píng)價(jià) 特殊接頭使用后剖開實(shí)物圖（見圖11），采用耐火保溫材料與高溫涂層聯(lián)合使用的特種接頭完全可以解決涂層管線焊接接口腐蝕問題。該接頭經(jīng)過一年的使用，內(nèi)涂層致密、無破點(diǎn)。接頭兩端采用特種密封膠和耐高溫密封圈雙重密封，達(dá)到了阻止輸送鋼管內(nèi)介質(zhì)進(jìn)入接頭本體和輸送鋼管內(nèi)壁之間間隙的目的。在接頭中部焊接熱影響區(qū)部位繞纏耐火隔熱材料，保證了在輸送管焊接后，涂層不遭損害。以上措施保證了焊接接口部位的防腐等級(jí)與管體防腐等級(jí)的一致性，有效解決了傳統(tǒng)管線接頭處易腐蝕的問題，確保管線使用壽命的延長(zhǎng)。

3 結(jié)論

（1）在裸管中使用犧牲陽極進(jìn)行管線保護(hù)，陽極很快消耗后還會(huì)加快管線的腐蝕。

（2）采用內(nèi)涂層+鋁合金陽極聯(lián)合使用，可以對(duì)管線起到優(yōu)良的保護(hù)作用，從而延緩腐蝕，延長(zhǎng)管線的使用壽命。

（3）采用耐火保溫材料+涂層連接的管線，經(jīng)過一年的使用，其焊接接口部位的防腐等級(jí)與管體防腐等級(jí)的一致性得到了保證，確保了管線使用壽命的延長(zhǎng)，該方案可以有效解決涂層管線接口部位的防腐處理難題。

［1］于良民，趙海洲，劉璐.油田注水管道的腐蝕現(xiàn)狀及防腐措施［J］.中國(guó)涂料，2006，21（1）：43-45.

［2］姚明明，緱英俊，何業(yè)東.高溫防護(hù)涂層研究進(jìn)展［J］.中國(guó)粉體技術(shù)，2005，（3）：32-37.