青海油田原油集輸管線失效原因及對策

李春雨,馮昕媛,李本全,昝 英,羅小虎

(中國石油青海油田鉆采工藝研究院,甘肅 敦煌 736202)

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青海油田原油集輸管線失效原因及對策

李春雨,馮昕媛,李本全,昝 英,羅小虎

(中國石油青海油田鉆采工藝研究院,甘肅 敦煌 736202)

中國石油青海油田原油集輸管道因腐蝕等因素導(dǎo)致的失效事故時有發(fā)生，嚴重影響了油田正常生產(chǎn)。結(jié)合原油管道安全性檢測和油田日常搶險維護情況，對青海油田原油集輸管道常見的失效原因進行了分析和總結(jié)。管道內(nèi)腐蝕失效是青海油田原油集輸管道失效的主要原因，第三方破壞和管道施工質(zhì)量也是管道失效的重要原因。持續(xù)開展管道完整性管理、加強施工管控以及進行全面腐蝕分析優(yōu)化管道建設(shè)防腐蝕參數(shù)對于減小在用管線和新建管線失效風(fēng)險，延長管線使用壽命具有一定作用。

集輸管線 腐蝕穿孔 非酸性油田

中國石油青海油田原油生產(chǎn)區(qū)域位于柴達木盆地西北側(cè)，為非酸性油氣田，地面環(huán)境為戈壁荒漠環(huán)境，氣候寒冷干燥。隨著各油田開發(fā)年限增長，以及油田產(chǎn)液變化，已經(jīng)有一批服役時間較長的油氣管道問題頻現(xiàn)，逐步步入老齡期，油氣管道泄漏事故頻繁發(fā)生不僅嚴重影響了油田正常生產(chǎn)和運行，同時也帶來了一系列的環(huán)境污染問題，產(chǎn)生較大的環(huán)境和法律風(fēng)險。

1 花土溝地區(qū)集輸干線失效情況

柴達木盆地花土溝地區(qū)是青海油田原油主要產(chǎn)區(qū)，隨著生產(chǎn)時間的延長，油井采出物性質(zhì)也發(fā)生了變化，油田集輸系統(tǒng)管線失效導(dǎo)致的原油泄漏時有發(fā)生，嚴重影響了油田的正常生產(chǎn)，同時造成了一定程度的經(jīng)濟損失，增加了搶維修費用。隨著油田集輸管線泄漏次數(shù)逐漸增多，經(jīng)濟損失和環(huán)境風(fēng)險逐漸嚴重，管線失效泄漏現(xiàn)象亟需解決。

據(jù)統(tǒng)計，2015年花土溝地區(qū)油田集輸干線泄漏搶險共計40余次(見表1)，造成原油泄漏133.2 m3，導(dǎo)致部分油田因搶險搶修停產(chǎn)，同時也產(chǎn)生了一些環(huán)境污染問題。從2015年數(shù)據(jù)來看，腐蝕穿孔是造成花土溝地區(qū)集輸干線失效泄漏的主要原因，尤其是昆北油田切十二區(qū)塊，油區(qū)產(chǎn)出液高水含量、礦化度高、氯離子濃度高和頻繁酸化及壓裂措施，導(dǎo)致集輸系統(tǒng)建成投產(chǎn)僅3 a便出現(xiàn)管道頻繁失效泄漏，油區(qū)停產(chǎn)搶修頻繁，增加了油區(qū)穩(wěn)產(chǎn)、上產(chǎn)難度。

表1 花土溝地區(qū)2015年集輸干線泄露搶修情況統(tǒng)計

根據(jù)油田運行維護記錄，結(jié)合管道完整性現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)除因腐蝕穿孔泄漏失效以外，施工破壞等外力因素和工程建設(shè)質(zhì)量等因素也是導(dǎo)致油田集輸干線失效的重要原因。

2 管道的腐蝕失效

管道在服役過程中，由于輸送介質(zhì)中或外界環(huán)境中存在一些腐蝕性物質(zhì)，這些腐蝕性物質(zhì)在與管體相互作用、反應(yīng)的過程中會不斷的發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)腐蝕反應(yīng)，造成腐蝕處壁厚小于管道的正常壁厚，當(dāng)壁厚減薄到一定程度時，剩余的管壁無法承受管道的工作壓力從而導(dǎo)致管道失效。當(dāng)腐蝕發(fā)生在管道內(nèi)壁時稱為管道內(nèi)腐蝕，當(dāng)腐蝕反應(yīng)發(fā)生在管道外壁時稱為管道外腐蝕。2015年青海油田對部分油田集輸干線進行完整性評價，按照GB/T 19285—2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護工程檢驗》，花土溝地區(qū)土壤腐蝕性等級為3級中等腐蝕性，目前管道防腐蝕方法能夠有效的保護管道外壁免遭土壤腐蝕，管道內(nèi)腐蝕是集輸管道主要的腐蝕形式。

雖然管道在建設(shè)時要按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行外防腐設(shè)計，但在油田管道建設(shè)中，由于管道防腐層制造缺陷以及施工中的機械損傷，管道外防腐層不可避免的會存在缺陷(見圖1)。在土壤中水、氧和氯等離子[1]作用下，防腐層缺陷位置出現(xiàn)腐蝕，并在管體和防腐層之間蔓延，導(dǎo)致防腐層剝落擴大腐蝕范圍。最終形成以腐蝕位置為陽極，有防腐層保護位置為陰極的小陽極-大陰極的腐蝕電池體系，加速防腐層破損點位置腐蝕速率。同時，隨著腐蝕產(chǎn)物的堆積，在腐蝕位置會形成氧濃差腐蝕原電池，極大的加速管道局部腐蝕。

圖1 管道外防腐層缺陷導(dǎo)致的局部腐蝕

青海油田原油及地層水不含H2S和CO2等酸性成分，集輸管道內(nèi)壁整體腐蝕速率偏低，集輸管道在設(shè)計和建設(shè)過程中一般不進行內(nèi)防腐處理。但是在高含水、高氯離子濃度以及溶解氧和硫酸鹽還原菌等腐蝕因素的作用下，管線內(nèi)壁腐蝕反應(yīng)隨時都在發(fā)生，隨著管線使用年限的增長，管線局部腐蝕穿孔泄漏現(xiàn)象逐漸增多。特別是隨著地層產(chǎn)水pH值逐漸上升，呈現(xiàn)中性偏堿性，部分集輸管線結(jié)垢現(xiàn)象明顯[2]，在氯離子作用下，鹽垢與管體之間極容易形成自催化酸化腐蝕原電池，極大的加快局部腐蝕速率導(dǎo)致腐蝕穿孔。

3 管道第三方破壞失效

第三方破壞是指人為活動、施工作業(yè)等原因?qū)е鹿艿榔茡p或防腐層破壞的活動。由于部分油田開發(fā)時間長，集輸系統(tǒng)經(jīng)過多次改造和維修，埋地管線錯綜復(fù)雜，管道無地面標(biāo)識或地面標(biāo)識位置錯誤等因素，導(dǎo)致開挖作業(yè)時管道防腐層破損和管道變形現(xiàn)象時有發(fā)生。特別是在搶險采用機械開挖時，極易導(dǎo)致附近管道變形或破損等情況發(fā)生。

4 其他因素導(dǎo)致的失效

近幾年，花土溝地區(qū)油田未進行全面腐蝕分析，在管道設(shè)計、選材時往往因為對腐蝕介質(zhì)認識不夠深入，或未考慮酸化壓裂影響，選擇的管線材質(zhì)或防腐方法無法滿足耐蝕性要求，導(dǎo)致的管線快速腐蝕穿孔失效問題時有發(fā)生。

另一方面，雖然已經(jīng)建立了完備的施工管理和質(zhì)量監(jiān)督體系，但在實際工程中，施工質(zhì)量事件時有發(fā)生，管道焊口補口補傷、野蠻施工導(dǎo)致防腐層破損等問題也會導(dǎo)致管道外腐蝕。同時，管道泄漏搶險后，管道防腐保溫層未修復(fù)等問題也威脅這管道安全。

5 措施及建議

油氣集輸管線失效泄漏是各油田開發(fā)過程中面臨的重要問題之一，失效泄漏不僅影響生產(chǎn)、增加費用、導(dǎo)致環(huán)境污染，還會導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸和中毒等危害人員安全的問題。為防止和減少管線失效泄漏風(fēng)險，包括青海油田在內(nèi)的各油氣田企業(yè)均采取了一些措施，逐漸開展管道和場站完整性管理，取得了一定效果。為保證油氣集輸管線的安全運行,應(yīng)做好以下幾個方面工作：

5.1 開展完整性管理工作

對在用管線開展完整性管理能夠有效地預(yù)防管道失效泄漏，目前中石油等企業(yè)正在逐步推行完整性管理工作，至今為止，已經(jīng)形成了大量的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以及一系列成果，正在逐步構(gòu)建管道完整性管理的文件體系，包括管道完整性管理標(biāo)準(zhǔn)和管道完整性管理的支持性標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，如管道腐蝕評價標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、管道強度評價標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、管道檢測方法、管道監(jiān)測方法等。持續(xù)開展管道完整性管理能夠有效發(fā)現(xiàn)管道薄弱點，消除事故隱患，延長在用管道使用壽命。

5.2 優(yōu)化選材和防腐蝕措施

在管道建設(shè)前，應(yīng)對管線輸送介質(zhì)和土壤腐蝕環(huán)境進行腐蝕評價，選擇適合的管道材質(zhì)和防腐蝕措施。例如，針對內(nèi)腐蝕，根據(jù)輸送介質(zhì)的腐蝕性高低和腐蝕類型可以選擇非金屬材質(zhì)管線、耐蝕合金材質(zhì)管線、內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合管線以及一般碳鋼管線等，也可設(shè)計添加緩蝕劑、除氧劑、殺菌劑、除垢劑和使用內(nèi)防腐涂層等手段減緩內(nèi)腐蝕；針對管道外腐蝕，設(shè)計不同的防腐層、采取陰極保護措施等方法減緩腐蝕。同時對于腐蝕異常管線，進行全面腐蝕分析，確定腐蝕關(guān)鍵因素并制定相應(yīng)的維護整改措施。

5.3 強化施工管理

在施工過程中加強施工管理，確保管道材質(zhì)、防腐層質(zhì)量合格，強化施工監(jiān)督，杜絕拖管、野蠻抓管等會導(dǎo)致防腐層損傷的野蠻施工行為，提升質(zhì)量控制，嚴格按照方案施工，滿足設(shè)計要求。同時對于因搶險施工破壞的管道防腐保溫層要及時修復(fù)，降低搶險施工對管道的影響。

[1] 伍遠輝，羅宿星，張顯群，等. 氯離子含量對黃壤土中碳鋼腐蝕行為的影響[J].全面腐蝕控制，2011,25(5):41-45.

[2] 涂乙，汪偉英，吳萌，等. 注水開發(fā)油田結(jié)垢影響因素分析[J].油氣儲運,2010,29(2):896-899

(編輯 王菁輝)

Causes of Failure of Crude Oil Gathering Pipelines in Qinghai Oil Field and Countermeasures

LiChunyu,FengXinyuan,LiBenquan,ZanYing,LuoXiaohu

(DrillingandProductionTechnologyResearchInstituteofQinghaiOilfieldCompany,Dunhuang736202，China)

The failure accidents caused by the corrosion in the crude oil gathering pipelines occurred frequently in Qinghai Oil Field, which seriously affected the normal operation of the oil field. The causes of failure of the pipelines were analyzed and summarized based upon the safety testing and routine maintenance of the pipelines. It was found that the internal corrosion failure was the main culprit of crude oil pipeline and damages by the third party and poor construction quality of the pipeline are also the important causes of failure. The sustained integrity management and strengthened construction management of the pipelines as well as comprehensive corrosion analysis and optimization of corrosion protection parameters have played an important role in minimizing the failure risks of operating pipelines and newly-constructed pipelines and extending the service life of the pipelines.

gathering pipeline, corrosion failure, non-acidic oil field

2016-04-12；修改稿收到日期：2016-05-16。

李春雨(1986-)，研究生，現(xiàn)在該院從事管道及場站完整性管理工作。E-mail：lchunyqh@petrochina.com.cn