新疆呼圖壁儲氣庫埋地管道防腐對策研究

張 哲，王明鋒，林 敏，張海明，陳月娥，劉進博

(中國石油新疆油田公司 新疆 克拉瑪依 834000)

0 引 言

在天然氣的開發(fā)生產(chǎn)中，地下儲氣庫發(fā)揮著季節(jié)調(diào)峰，應(yīng)急儲備的功能[1]。新疆呼圖壁儲氣庫為帶邊底水的貧凝析氣藏，工作氣量45.1億立方米，運行壓力為18～34 MPa。氣庫的工作方式為夏注冬采，氣源為西氣東輸二線來氣。由于西二線來氣中二氧化碳含量1.89%，采氣期生產(chǎn)中伴隨有凝析油和地層水，且注采氣井位于林地、耕地中，所以較高的運行溫度、壓力，CO2，產(chǎn)出水中的Cl-，土壤中的鹽、氧、酸、濕度，都會造成埋地金屬管線的腐蝕[2-3]。

金屬腐蝕造成集輸管線爆破，天然氣處理裝置失效，加劇設(shè)備結(jié)構(gòu)損壞等，破壞氣庫平穩(wěn)供氣，影響下游用戶的生產(chǎn)和生活。腐蝕不僅給國家和企業(yè)造成巨大的直接、間接經(jīng)濟損失，對周邊地區(qū)造成環(huán)境污染，形成資源浪費，嚴重時也威脅著氣庫員工的人生安全。所以開展儲氣庫注采氣管線腐蝕防范研究具有重要意義[4]。

基于儲氣庫實際運行工況，通過對腐蝕機理的研究，對氣庫工作環(huán)境進行腐蝕因素評價、分析工況條件下埋地金屬管線腐蝕的影響程度，制定相對應(yīng)的防腐措施和技術(shù)手段，并定期對埋地管線進行檢測，及時修復(fù)破損點，保障氣庫安全平穩(wěn)運行。

1 腐蝕因素分析

呼圖壁氣田天然氣具有二低一高和不含硫的特點。天然氣相對密度較低，為0.592 1～0.607 6，平均0.599 9；非烴含量較低，二氧化碳含量為0.398%～0.728%，平均0.482%；甲烷含量高，為90.09%～93.24%，平均92.14%。西二線來氣氣質(zhì)組分甲烷含量92.55%，相對密度0.607 0，二氧化碳含量1.89%。故在注采氣階段CO2含量范圍在0.482%～1.89%。另外集輸管線內(nèi)存在游離水，對儲氣庫第四采氣周期產(chǎn)出水進行水質(zhì)分析化驗結(jié)果見表1，CO2是非含硫氣田主要的腐蝕介質(zhì)。一般來說，干燥的CO2對管材是不發(fā)生腐蝕的，當(dāng)有游離水環(huán)境存在時，CO2溶于水產(chǎn)生酸性環(huán)境，易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

表1 水組分分析結(jié)果

高的管線運行壓力會增加CO2分壓，進而會會加劇管材的腐蝕，根據(jù)CO2分壓大小判斷集輸管線是否產(chǎn)生腐蝕[5]，見表2;根據(jù)二氧化碳含量百分比，計算CO2分壓結(jié)果見表3，單井管線在注采氣期CO2分壓范圍為0.086 8～0.529 MPa，產(chǎn)生腐蝕為中等或嚴重腐蝕；注氣干線壓力等級高，CO2分壓范圍為0.096 4～0.567 MPa，同樣也產(chǎn)生中等至嚴重腐蝕；采氣干線CO2分壓范圍為0.038 6～0.208，壓力等級較低產(chǎn)生腐蝕為中等腐蝕。

表2 CO2分壓腐蝕等級表

表3 CO2分壓實際計算結(jié)果

綜合來看，在注、采氣過程中管道內(nèi)含有一定量的游離水，同時較高的注、采氣壓力使得管線內(nèi)的CO2分壓較高。易造成管線內(nèi)腐蝕。儲氣庫埋地金屬管線受CO2分壓影響產(chǎn)生的腐蝕等級至少為中等腐蝕。

當(dāng)然，呼圖壁儲氣庫地面為農(nóng)田、耕地，夏季氣溫在15～38℃之間，年均降水量200 mm，儲氣庫管線還存在一定土壤腐蝕[6]。

2 防腐措施

2.1 內(nèi)防腐措施

目前，國內(nèi)外油氣集輸管道內(nèi)防腐措施主要包括：添加緩蝕劑、涂料、電鍍、復(fù)合管防腐等，表4為四種內(nèi)防腐技術(shù)對比[7-8]。

表4 內(nèi)防腐技術(shù)對比

相比于其他三種內(nèi)防腐措施，采用雙金屬復(fù)合管具有一次投入，減少操作；避免緩蝕劑、涂料與地層油氣水不配伍；使用壽命長、耐高強度腐蝕等特性。不銹鋼具有較高的耐蝕能力，特別是對硫酸、硝酸和有機酸的耐蝕性。同時不銹鋼中含有的Mo能減少氯化物的坑蝕。所以呼圖壁儲氣庫單井注采管道和采氣干線選用L415QB+316L雙金屬復(fù)合管作為管線內(nèi)防腐措施。

2.2 外防腐措施

針對管道存在土壤腐蝕危害，呼圖壁儲氣庫埋地管線采用外防腐層加陰極保護的措施來防護。

管道外防腐層結(jié)構(gòu)為3PE防腐層，底層為環(huán)氧粉末涂層，中間層為膠粘劑層，外層為抗壓聚乙烯層。其防腐層等級、結(jié)構(gòu)及厚度見表5。

陰極保護主要方式包括犧牲陽極和強制性外加電流。由地理位置，埋地管線長等因素決定呼圖壁儲氣庫采用強制電流的陰極保護方式[9-10]。

表5 防腐層等級、結(jié)構(gòu)及厚度

另外，在每年檢修期間還會對埋地管線進行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)管道外防腐層破損及時進行修復(fù)。

3 結(jié) 論

1)通過對儲氣庫埋地管線輸送介質(zhì)及環(huán)境因素分析，腐蝕因素以游離水和CO2分壓為主。對產(chǎn)出水樣分析化驗，注、采管道CO2分壓計算，判斷管道內(nèi)會產(chǎn)生中等以上腐蝕。

2)對比其余內(nèi)防腐措施，雙金屬復(fù)合管具有高強度、高耐蝕性，后期操作維護少，使用壽命長的優(yōu)點，故儲氣庫采用L415QB+316L的不銹鋼復(fù)合管作為內(nèi)防腐對策。外防腐措施為在管道外表層包裹3PE防腐層，同時增加陰極保護裝置對埋地管道輸出外加電流。

3)每年檢修期間通過對壓力管道檢測，對埋地管線防腐層發(fā)生問題的點進行修復(fù)維護作業(yè)。目前發(fā)現(xiàn)問題均為外防腐層輕微破損，現(xiàn)場及時修復(fù)，效果良好。