灘海陸岸開發(fā)模式管線腐蝕探討

燕 龍

（勝利油田石油開發(fā)中心有限公司，山東 東營 257000）

1 灘海陸岸開發(fā)模式簡介

灘海陸岸石油工程是指位于灘淺海區(qū)域內(nèi)，采用筑路或棧橋的方式與陸岸連接，從事石油勘探開發(fā)的工程項目。采用灘海陸岸平臺+進海路+陸上終端站模式進行石油勘探開發(fā)。灘海陸岸平臺由砂石填海等方式建成，陸上終端站就近在陸地選址建設(shè)，兩者由進海路進行連接。進海路一側(cè)建造管溝，管溝內(nèi)填砂，敷設(shè)管線，采用混凝土蓋板封頂。勝利油田青東5、墾東12、老168等區(qū)塊采用此方式開發(fā)。

2 管線運行工況分析

因綜合考慮油田開發(fā)實際使用及經(jīng)濟效益，進海路通常設(shè)計為漫水路，通常情況下進海路可以通車，在極高潮位，例如風(fēng)暴潮等，海水可漫過路面。本文以青東5為例，該進海路分4段：灘涂道路、淺水段、深水段、透空式進海路，淺水段和深水段和在一起稱為實體段進海路。高程分別為2.1～2.2～2.7～4.7m。其中灘涂段和實體段為漫水路結(jié)構(gòu)，透空段為橋梁結(jié)構(gòu)，本文主要討論灘涂段及實體段。

管溝設(shè)計在進海路背浪側(cè)，里面敷設(shè)有油、氣、水三條管線。管溝結(jié)構(gòu)如圖1表示。

圖1 進海路斷面圖

由進海路高程減去管線埋深，管線所處高程為：1.2～1.3～1.8m。該海域平均高潮位0.95m，平均低潮位-0.51m。

管線實際所處運行工況。每日高潮時，海水并不會漫過進海路，車輛人員皆可通行，當(dāng)天文大潮或者風(fēng)暴潮發(fā)生時，海水漫過進海路，陸岸平臺采用遠程操控油井生產(chǎn)。

通常情況下，每天會有一次高潮潮位超過1.5m，海水雖然并不漫過進海路，但是會通過管溝的伸縮縫等結(jié)構(gòu)縫隙進入管溝，退潮后海水通過縫隙緩慢流入大海。在極端條件下，海水漫過進海路實體段，管線全部處于海水中，一般維持2～3天，風(fēng)暴潮過后管溝內(nèi)海水將存在4～5天，等潮位降低后緩慢流入大海，風(fēng)暴潮每年約3～4次。

管線實際處在干濕交替頻繁，氧氣供應(yīng)充足的工況下運行。

3 海洋腐蝕原理

根據(jù)海洋腐蝕研究，海洋環(huán)境可以分為海洋大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)、海水潮差區(qū)、海水全浸區(qū)和海底泥土區(qū)五個腐蝕區(qū)帶。國內(nèi)外長期的海洋腐蝕研究結(jié)果表明，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施在海洋環(huán)境不同腐蝕區(qū)帶其腐蝕速率有明顯差別，其中浪花飛濺區(qū)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施腐蝕最為嚴(yán)重的區(qū)域。主要原因是，在浪花飛濺區(qū)，鋼表面受到海水的周期性潤濕，處于干濕交替狀態(tài)，氧供應(yīng)充分；加之陽光、風(fēng)吹和海水環(huán)境等協(xié)同作用導(dǎo)致發(fā)生最嚴(yán)重的腐蝕。一般情況下，鋼在海洋大氣中的平均腐蝕速率約為0.03～0.08mm/a；而浪花飛濺區(qū)為0.3～0.5mm/a。海洋用鋼在我國海域的實際腐蝕規(guī)律如圖2表示[1]。

圖2 海洋用鋼在我國海域的實際腐蝕規(guī)律圖

鋼鐵在浪花飛濺區(qū)存在自催化過程。在浪花飛濺區(qū)，頻繁的干濕交替環(huán)境下出現(xiàn)了FeOOH和Fe3O4的快速循環(huán)，催化鐵的氧化反應(yīng)；其銹層中包裹著小塊基底金屬，形成了大陰極小陽極的電化學(xué)腐蝕特點；且銹層中通過大氣氧化生成的FeOOH和Fe3O4具有特殊的電化學(xué)特性，這些因素都大大加速了腐蝕速率，也從根本上解釋了為什么浪花飛濺區(qū)的腐蝕最為嚴(yán)重。它一般是海水全浸區(qū)腐蝕速度的3～10倍[2]。

那么，針對青東5管線所處工況，管線高程1.2～1.75m，平均高潮位為0.95m，在平均高潮線以上0.25～0.8m，正處于浪花飛濺區(qū)的范圍。每天至少1次高潮海水進入，低潮海水流出，符合頻繁的干濕交替環(huán)境，管溝內(nèi)氧氣供應(yīng)充足，因此可采用浪花飛濺區(qū)的腐蝕研究結(jié)論。

對比海底管道運行情況大部分處于腐蝕速率低的全浸區(qū)及海泥區(qū)，風(fēng)險大的區(qū)域是在管線出海進入平臺的浪花飛濺區(qū)。相關(guān)采油單位定期會對該部位投入大量資金進行維護。而青東5管線實體段6.18km全部處在浪花飛濺區(qū)，可以說是一個線，而不是一個點，腐蝕發(fā)生的幾率呈幾何倍數(shù)增加。同時，對比埋地管線腐蝕速率平均0.075mm/a，可以得到結(jié)論，灘海陸岸管線的腐蝕風(fēng)險遠大于海管和埋地管道。

在2015年1月1日新環(huán)保法施行。綠水青山就是金山銀山的理念深入人心，在當(dāng)前環(huán)保形式下，灘海陸岸開發(fā)模式所處的灘淺海一旦發(fā)生管線腐蝕穿孔，原油進海將大面積擴散，環(huán)保風(fēng)險及經(jīng)濟損失都難以估量。

4 可以采取措施及辦法

（1）將管線脫離海浪飛濺區(qū)。向上進入大氣區(qū)，可依托進海路，通過修建管架等方式實現(xiàn)；向下進入全浸區(qū)，可以采用海管敷設(shè)。但這兩種方法對比管溝內(nèi)敷設(shè)管線投資預(yù)計將大幅增加，需要進一步研究其經(jīng)濟性；

（2）管線外防腐形式優(yōu)化。建議以提高防腐層質(zhì)量為出發(fā)點，選擇優(yōu)異的防腐層。經(jīng)過長時間的使用經(jīng)驗，認為3PE是較可靠的外防腐形式；

（3）加強管線配套措施。建議采用強制電流陰極保護，加裝收發(fā)球裝置。收發(fā)球裝置可以定期通球清管，同時能夠通球進行管線內(nèi)檢測。對于管線光線測漏需要進一步使用研究；

（4）加大運行維護投入，定期進行管道檢測和管道維護。管線檢測及維護是延長管線使用壽命的有效措施；

（5）應(yīng)進一步完善單獨的灘海陸岸開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

5 結(jié)語

（1）灘海陸岸管線敷設(shè)在進海路旁管溝內(nèi)，腐蝕風(fēng)險遠大于埋地管線及海管；

（2）應(yīng)提高管線的防腐級別，采取可靠的防腐工藝。3PE是較可靠的外防腐形式；

（3）應(yīng)定期進行管線檢測維護。建議運行3～5年進行第一次管線檢測，之后每1～2年進行一次；

（4）未來采用灘海陸岸開發(fā)模式，可探索新的管線敷設(shè)方法及新的管線材質(zhì)。

總之，通過海洋腐蝕理論分析管線運行工況，結(jié)合青東5、墾東12管線實際運行情況，灘海陸岸開發(fā)模式管線的腐蝕風(fēng)險非常大，應(yīng)當(dāng)進一步加強研究，提前做好措施，加大前期投入及后期運行維護投入，確保管線腐蝕風(fēng)險受控，消除因管線腐蝕造成的環(huán)境污染及經(jīng)濟損失。