油田管道腐蝕原因分析及防腐措施探討

劉暢游

（大慶油田創(chuàng)業(yè)集團(tuán)華誼建筑安裝分公司，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

現(xiàn)階段我國老油氣田多進(jìn)入開發(fā)中后期，大部分油氣井開采時(shí)間較長(zhǎng)，油氣集輸系統(tǒng)設(shè)備老化嚴(yán)重。管道作為油田重要的地面設(shè)備問題尤為突出，管道腐蝕問題日益嚴(yán)重，影響了油水井正常生產(chǎn)，給油田造成較大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。統(tǒng)計(jì)表明，國內(nèi)油氣田發(fā)生的管道事故中，很大一部分是由于管道腐蝕造成的，不僅影響油田正常生產(chǎn)，還埋下安全隱患，造成環(huán)境污染。因此，加強(qiáng)對(duì)油田管道腐蝕原因分析，采取相應(yīng)的防腐措施，改善管道腐蝕狀況，提升管道使用壽命，對(duì)于保障油氣田可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

1 油田管道腐蝕造成的危害

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，油氣管道建設(shè)長(zhǎng)度日益增加，管道結(jié)構(gòu)各式各樣，這些油氣管道大多敷設(shè)在地下，穿過廣袤的地區(qū)，途經(jīng)各種復(fù)雜地形，氣候環(huán)境差別大，有干旱環(huán)境，有潮濕的環(huán)境，土壤性質(zhì)差別也較大，管道中輸送的介質(zhì)性質(zhì)差別較大。管道受到外部土壤性質(zhì)影響、地層水中電解質(zhì)影響遭受腐蝕，在管道內(nèi)部，受到管輸介質(zhì)中的硫化氫、二氧化碳、及油氣水等都會(huì)對(duì)管道內(nèi)壁造成腐蝕，導(dǎo)致管道發(fā)生穿孔、開裂、泄漏等事故，給油田造成巨大經(jīng)濟(jì)損失[2]。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，造成管道事故的誘因主要有腐蝕、人為操作失誤、焊縫損傷、第三方破壞等，其中管道腐蝕引起的事故占比最高，超過了三分之一。油氣田由于其特殊性質(zhì)，多分布在沼澤地區(qū)，這些地方多屬于鹽堿地帶，土壤具有較強(qiáng)的腐蝕性。統(tǒng)計(jì)表明，管道腐蝕在強(qiáng)腐蝕性地段，腐蝕情況尤其嚴(yán)重。同時(shí)伴隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)，管道腐蝕在城鎮(zhèn)地區(qū)，工業(yè)快速發(fā)展加之環(huán)保措施不到位，工業(yè)廢水隨意排放，使得土壤腐蝕性明顯變強(qiáng)，管道腐蝕狀況愈發(fā)嚴(yán)重，管道發(fā)生穿孔、泄漏的概率大大升高。管道是油田的重要地面工程，管道腐蝕給油田造成的影響是多方面的，首先管道腐蝕引起管輸介質(zhì)的跑、冒、滴、漏，造成資源的浪費(fèi)；其次，管輸介質(zhì)屬于易燃易爆物質(zhì)，環(huán)境危害性大，一旦出現(xiàn)泄漏，會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，并且有誘發(fā)火災(zāi)或爆炸的可能性，危及人身安全，造成不可估量經(jīng)濟(jì)損失；最后，管道腐蝕引起管道設(shè)備損毀，造成資產(chǎn)損失，頻繁的對(duì)管道維護(hù)需要耗費(fèi)較大的成本。因此，在油氣田管道建設(shè)過程中，加強(qiáng)管道的防腐技術(shù)運(yùn)用，將管道腐蝕降至最低，對(duì)于保障油田生產(chǎn)具有重要意義。

2 油田管道腐蝕原因分析

2.1 土壤腐蝕

油田管道多埋藏于地底下，與土壤接觸，由于土壤中含有多種物質(zhì)，土壤顆粒之間既有空氣，還有地下水，地下水中含有電解質(zhì)，對(duì)管道造成微電池腐蝕和宏電池腐蝕。其中，微電池腐蝕距離較近，腐蝕較為均勻，腐蝕速度不受土壤性質(zhì)影響，對(duì)埋地管道的腐蝕性相對(duì)較小。宏電池腐蝕是由于土壤及地層水在管道附近形成陽極區(qū)或陰極區(qū)，距離可達(dá)幾厘米或者幾米，構(gòu)成宏電池，對(duì)管道造成局部腐蝕，由于陰極區(qū)與陽極區(qū)相距較遠(yuǎn)，腐蝕的速度與土壤電阻率有關(guān)，土壤電阻率越大，腐蝕速度越慢。宏電池通常對(duì)管道造成腐蝕穿孔或斑塊狀腐蝕，對(duì)管道危害性較大。土壤腐蝕主要與土壤性質(zhì)如電阻率、pH值、含水率、土壤孔隙度、地層水含鹽量等有關(guān)。

2.2 地層采出液對(duì)管道的腐蝕

油井采出液中不僅含有石油，還含有大量的地層水，地層水中含有大量的雜質(zhì)，對(duì)管道會(huì)造成嚴(yán)重的腐蝕。由于地層水中含有各種溶解鹽，以氯化物為主，其次地層水中含有大量的二氧化碳、氧氣、硫化氫等氣體，會(huì)對(duì)管道造成嚴(yán)重腐蝕。

（1）二氧化碳腐蝕。當(dāng)?shù)貙铀腥芙庋鯘舛容^低時(shí)，腐蝕速度較慢，當(dāng)溶解氧達(dá)到飽和時(shí)，對(duì)管道的腐蝕速率大大加快。二氧化碳溶解在水中后會(huì)形成碳酸根離子，生成氫離子，氫離子會(huì)產(chǎn)生氫去極化腐蝕。二氧化碳腐蝕受到溫度影響較大，當(dāng)溫度升高時(shí)，腐蝕速率大大加快。此外，二氧化分壓也會(huì)影響腐蝕速度，隨著二氧化碳分壓的增大，腐蝕的速率會(huì)加快；

（2）硫化氫腐蝕。部分油氣田儲(chǔ)層中含有硫化氫，以四川天然氣田為例，烴類物質(zhì)在高溫條件下，發(fā)生熱硫酸鹽還原反應(yīng)，生成硫化氫、二氧化硫等氣體，這些氣體溶于水后，腐蝕性極強(qiáng)，會(huì)引起管道材料發(fā)生氫的去極化腐蝕，溶液中硫離子與鐵離子結(jié)合，生成硫化亞鐵，硫化亞鐵不溶于水，形成黑色的懸浮物。硫化氫對(duì)管道腐蝕容易導(dǎo)致管道破裂。硫化氫的生成與硫酸鹽還原菌關(guān)系密切，硫酸鹽還原菌的存在，使得烴類物質(zhì)更容易發(fā)生反應(yīng)，生成硫化氫氣體；

（3）地層水中溶解鹽類的腐蝕。地層水中含有大量溶解鹽，當(dāng)溶解鹽濃度增大時(shí)，腐蝕速度加快。溶解鹽濃度高時(shí)，地層水中電解質(zhì)含量高，導(dǎo)電能力強(qiáng)，腐蝕性大大增加。溫度升高時(shí)，反應(yīng)速度會(huì)明顯上升，腐蝕速率會(huì)加速。灌輸介質(zhì)流速也會(huì)影響腐蝕速率，介質(zhì)流速上升反應(yīng)速度升高，到達(dá)一定程度后，流速過快腐蝕速率會(huì)降低。

3 防腐技術(shù)對(duì)策

3.1 應(yīng)用防腐蝕涂層

防腐蝕涂層是一種較為常用的技術(shù)，管道內(nèi)部和外部采用不同的防腐蝕涂層，管道外部防腐，多使用石油瀝青、煤焦油瓷器、環(huán)氧煤瀝青、雙層PE、三層PE、聚乙烯膠帶、聚乙烯覆蓋層等；管道內(nèi)部防腐一方面是將管輸介質(zhì)與管壁隔離，起到保護(hù)的效果。通常使用液體涂層，例如環(huán)氧液體涂料或環(huán)氧粉末等。對(duì)于遭受嚴(yán)重腐蝕的管道，需要采取涂敷固化法、軟管翻轉(zhuǎn)法等處理，將管道恢復(fù)正常，改善管道腐蝕狀況。管道內(nèi)部還可以使用玻璃鋼襯里進(jìn)行防腐。玻璃鋼襯里采用玻璃布、環(huán)氧樹脂、領(lǐng)苯二甲酸二丁酯、乙二胺等材料和物質(zhì)制成，化學(xué)穩(wěn)定性好，防腐效果較為理想。

3.2 應(yīng)用陰極保護(hù)技術(shù)

對(duì)于埋地管道陰極保護(hù)技術(shù)是較為常見的防腐蝕技術(shù)，由于埋地管道容易受到電解質(zhì)溶液的腐蝕，陰極保護(hù)技術(shù)能夠降低電解質(zhì)腐蝕。陰極保護(hù)技術(shù)分為犧牲陽極法和強(qiáng)制電流保護(hù)法。犧牲陽極法是將管道與可以提供保護(hù)電流的金屬連接，降低對(duì)管道的腐蝕。強(qiáng)制電流保護(hù)法是將管道與外部電源負(fù)極連接，為管道提供保護(hù)，降低對(duì)管體的腐蝕速率。

3.3 緩蝕劑的應(yīng)用

緩蝕劑能夠有效抑制或者破壞金屬腐蝕的化學(xué)過程，達(dá)到保護(hù)管道效果，其具有用量少、成本低、效率高的特點(diǎn)。緩蝕劑按照成分的不同分為有機(jī)緩蝕劑和無機(jī)緩蝕劑，根據(jù)電化學(xué)作用的不同可以分為陰極緩蝕劑、陽極緩蝕劑和混合型緩蝕劑。在一些情況下使用緩蝕劑，能夠以較低的成本提升管道使用壽命，達(dá)到理想的防腐蝕效果。