海上油氣田油氣管道腐蝕掛片監(jiān)測(cè)技術(shù)

鐘鴻鵬 謝偉浩 崔書姮 陳金定 王東超

1. 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 廣東 湛江 524057

2. 廣東省海上高溫高壓油氣藏勘探開發(fā)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣東 湛江 524057

海上油氣田油氣集輸管線的介質(zhì)一般都含有高礦化度的油田水、硫化氫和二氧化碳，這些介質(zhì)所帶來(lái)的腐蝕問(wèn)題將會(huì)產(chǎn)生威脅海上油氣田的安全生產(chǎn)的隱患，因此海上油氣集輸管線的防腐一直都是油田防腐的重點(diǎn)。其中采用管道內(nèi)懸掛腐蝕掛片的方法不僅能夠監(jiān)測(cè)到適時(shí)腐蝕情況，而且可以獲得腐蝕類型及機(jī)理等重要信息。為海底管道內(nèi)腐蝕的機(jī)理、腐蝕產(chǎn)物的構(gòu)成、微生物繁殖狀況提供了更加直觀的依據(jù)[1]。

1 海管腐蝕掛片監(jiān)測(cè)技術(shù)

目前海上油氣田油氣管道絕大部分安裝可在線拆裝腐蝕掛片，不同的掛片類型有不同的懸掛方式[2]，可在不影響油氣田正常生產(chǎn)活動(dòng)的情況下，對(duì)檢測(cè)管段進(jìn)行腐蝕掛片的拆裝作業(yè)。通過(guò)腐蝕掛片監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)掛片進(jìn)行理化分析，研究材質(zhì)腐蝕機(jī)理，根據(jù)腐蝕掛片的監(jiān)測(cè)結(jié)果制定相應(yīng)的防護(hù)措施。

2 腐蝕掛片監(jiān)測(cè)主要評(píng)價(jià)方法

2.1 腐蝕掛片前處理及腐蝕速率分析

（1）首先將腐蝕掛片浸泡在溶劑油、石油醚、甲苯等溶劑中，除去掛片表面附著的油污，然后再用異丙醇或丙酮清洗，清洗后用冷風(fēng)干燥腐蝕掛片。第二步進(jìn)行腐蝕掛片外觀描述（見圖1），觀察掛片表面是否有明顯腐蝕和結(jié)垢物，并對(duì)有結(jié)垢物的部分進(jìn)行顯微鏡下觀察確定（見圖2）。第三步將已清洗油污的腐蝕掛片浸泡在含有緩蝕劑的濃度為15%的鹽酸溶液中，以便除去腐蝕掛片表面的腐蝕雜質(zhì)。鹽酸溶液與緩蝕劑的配比可參考JB/T7901—2001標(biāo)準(zhǔn)[3]。第四步將腐蝕掛片浸泡在碳酸氫鈉溶液里中和腐蝕掛片表面附著的鹽酸溶液，然后再用蒸餾水清洗。然后立即用異丙醇或丙酮清洗掛片，并用冷風(fēng)吹干后拍照記錄清洗后的圖片（見圖3），最后用濾紙包裹放入干燥器中，干燥30min后進(jìn)行稱量，稱準(zhǔn)至0.0001g。

圖1 腐蝕掛片外觀描述

圖2 腐蝕掛片顯微鏡下觀察

圖3 清洗后掛片圖片

腐蝕速率分析。中國(guó)海油石油行業(yè)根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/HS2064—2011《海上油氣田生產(chǎn)工藝系統(tǒng)內(nèi)腐蝕控制及效果評(píng)價(jià)要求》及美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)（NACE）標(biāo)準(zhǔn) RP0775，推薦常壓靜態(tài)腐蝕速率臨界值為0.076 mm/a，內(nèi)腐蝕平均速率超過(guò)該安全值的應(yīng)引起重視，并且采取防范措施以避免內(nèi)腐蝕進(jìn)一步加劇。

以潿洲油田A輸油海管懸掛的腐蝕掛片為例，該兩片腐蝕掛片材質(zhì)為碳鋼，檢測(cè)周期約為2個(gè)月，腐蝕速率分析結(jié)果見表2，坑深腐蝕速率分析結(jié)果見表3。根據(jù)美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)（NACE）標(biāo)準(zhǔn)劃分腐蝕狀況等級(jí)，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)平均腐蝕等級(jí)屬于中度腐蝕，局部狀況等級(jí)屬于重度局部腐蝕。

表2 腐蝕掛片數(shù)據(jù)

2.2 掛片腐蝕形態(tài)分析

采用掃描電鏡分析儀，選擇清洗后編號(hào)為SF798掛片在腐蝕較明顯處放大不同倍數(shù)進(jìn)行表面微觀形貌特征分析。通過(guò)電鏡掃描分辨樣品表面腐蝕形貌[4]、微小裂縫等腐蝕形貌（見圖4）。

圖4 SF798掛片局部放大1000倍成像

從腐蝕掛片局部電鏡圖片可以看出，掛片腐蝕坑局部在放大后能明顯觀察到表面有多個(gè)點(diǎn)腐蝕，同時(shí)觀察到表面明顯的不平整，多處腐蝕裂紋。

2.3 掛片結(jié)垢物分析

海上油田輸油管道的流體在吸附、化學(xué)反應(yīng)和沉積的作用下容易在管道內(nèi)壁結(jié)垢，管道的監(jiān)測(cè)掛片表面有結(jié)垢物，也直接反映我們管道的結(jié)垢趨勢(shì)，所以分析掛片表面的結(jié)垢成分也是有效控制管道結(jié)垢的監(jiān)測(cè)方法。選擇潿洲油田A輸油海管同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)兩片腐蝕掛片表面的結(jié)垢物進(jìn)行分析。

2.3.1 掛片結(jié)垢物元素分析

采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜分析方法對(duì)結(jié)垢物進(jìn)行元素分析，分析結(jié)果見表4。

表4 元素分析數(shù)據(jù)

元素分析試驗(yàn)結(jié)果表明，結(jié)垢物中主要為含鐵化合物，少量含鈣化合物、含錳化合物和含鈉化合物。

2.3.2 掛片結(jié)垢物掃描電鏡能譜分析

采用掃描電鏡能譜分析方法對(duì)結(jié)垢物進(jìn)行組成分析，分析結(jié)果見圖5。

圖5 結(jié)垢物掃描電鏡能譜分析譜圖

從結(jié)垢物掃描電鏡能譜分析譜圖可以看出，掛片表明結(jié)垢物主要以鐵、氧、碳、和錳原子組成。

3 結(jié)束語(yǔ)

利用腐蝕掛片監(jiān)測(cè)技術(shù)在潿洲油田A海管的應(yīng)用評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：定期開展海管腐蝕掛片監(jiān)測(cè)，能夠較全面的掌握海管的腐蝕現(xiàn)狀，以指導(dǎo)油氣田的腐蝕防護(hù)工作。該腐蝕掛片監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)方法已廣泛應(yīng)用在南海西部海域的潿洲油田、文昌油田和東方氣田等海管腐蝕評(píng)價(jià)，通過(guò)腐蝕掛片的表面分析、平均腐蝕速率、坑腐蝕速率和腐蝕垢樣分析等多手段監(jiān)測(cè)，挖掘大量有效腐蝕信息，并結(jié)合油氣田原油、油田水、天然氣等介質(zhì)物性，推斷腐蝕的主要影響因素，為海管的腐蝕趨勢(shì)預(yù)測(cè)、緩蝕劑選型[5]等防腐方法提供科學(xué)依據(jù)，高效地指導(dǎo)油氣田腐蝕防護(hù)工作。