渤南油氣田海底管道內(nèi)檢測(cè)結(jié)果分析及評(píng)價(jià)

吳秋云, 李成鋼, 楊敬紅, 張敬安, 鄭 輝

(中海油田服務(wù)股份有限公司 物探事業(yè)部, 天津 300451)

管道內(nèi)檢測(cè)作為管道完整性管理的關(guān)鍵一環(huán),目前在國(guó)內(nèi)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。伴隨海洋石油的快速發(fā)展, 海底管道內(nèi)檢測(cè)作為一項(xiàng)關(guān)鍵的管道檢測(cè)手段, 將進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展期, 同時(shí)海底管道內(nèi)檢測(cè)的結(jié)果分析技術(shù), 是針對(duì)內(nèi)檢測(cè)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行腐蝕分析、預(yù)測(cè), 管道安全評(píng)價(jià)的綜合性技術(shù), 其重要愈發(fā)凸顯。

2010年中海油天津分公司完成了渤南油田海底管道的清管及內(nèi)檢測(cè)項(xiàng)目。檢測(cè)海管長(zhǎng)32 km, 直徑355.6 mm, 本文在目標(biāo)海底管道檢測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,對(duì)本條海底管道的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行腐蝕分析、規(guī)律總結(jié)和安全預(yù)測(cè)。

1 檢測(cè)結(jié)果

1.1 管道結(jié)構(gòu)檢測(cè)

根據(jù)管道的電子幾何檢測(cè)和漏磁檢測(cè), 發(fā)現(xiàn)并記錄管道結(jié)構(gòu)部件, 見(jiàn)表 1。管道電子幾何檢測(cè)結(jié)果顯示:本條海管沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的管道內(nèi)徑變化。

表1 管道部件檢測(cè)結(jié)果Tab. 1 Inspection results of pipeline fittings

1.2 管道腐蝕檢測(cè)

本次腐蝕檢測(cè)共發(fā)現(xiàn)腐蝕缺陷4 460處, 根據(jù)缺陷深度占壁厚的百分比進(jìn)行分類, 具體情況見(jiàn)表2。

根據(jù)腐蝕缺陷的形態(tài)對(duì)所檢測(cè)的缺陷進(jìn)行分類, 缺陷分布見(jiàn)表3。

2 結(jié)果分析

2.1 清出物分析

對(duì)該管道清管的清出物進(jìn)行了樣品溶解性分析, 分析結(jié)果見(jiàn)表4。溶解性試驗(yàn)結(jié)果顯示: 目標(biāo)海管通球垢樣以可溶于鹽酸的無(wú)機(jī)物(鹽)為主, 占到了全部垢樣的84.8%。

對(duì)樣品運(yùn)用能譜分析、X光衍射法進(jìn)行了無(wú)機(jī)組分分析, 分析結(jié)果見(jiàn)表5。組分分析結(jié)果顯示: 海管通球垢樣以 CO2的腐蝕產(chǎn)物(FeCO3: 89%)為主, 另外還有少量H2S的腐蝕產(chǎn)物(FeS: 4%)。

由此可見(jiàn)本條海管的腐蝕主要是以 CO2腐蝕為主, 附帶有H2S腐蝕。

2.2 腐蝕規(guī)律分析

2.2.1 管道兩端分布有大量的輕度腐蝕

從圖1中可以發(fā)現(xiàn), 管道兩端1 km范圍內(nèi)分布有大量的輕度腐蝕, 缺陷主要分布在管道的 3點(diǎn)～9點(diǎn)(時(shí)鐘位置)的范圍內(nèi), 發(fā)生這種現(xiàn)象的主要原因是海管兩端立管附近, 由于存在大量氣液混雜且“干濕”頻繁交替現(xiàn)象, 形成了這一區(qū)域內(nèi)大范圍輕度腐蝕的分布狀況。

表2 壁厚損失分類Tab. 2 Classification of wall thickness loss

表3 腐蝕缺陷形態(tài)分類Tab. 3 Classification of corrosion defects

表4 垢樣溶解性結(jié)果Tab. 4 Dissolution of scale sample

表5 無(wú)機(jī)組分Tab. 5 Inorganic components

2.2.2 腐蝕在管壁時(shí)鐘位置分布前后分布規(guī)律不同

根據(jù)圖 2所示, 腐蝕在管體的分布呈現(xiàn)如下規(guī)律: 管道前半程腐蝕缺陷主要分布在管道2點(diǎn)～10點(diǎn)位置內(nèi), 在此范圍內(nèi)周向分布比較均勻; 管道后半程腐蝕缺陷主要分布在 4點(diǎn)～8點(diǎn)位置內(nèi), 在此范圍內(nèi), 缺陷分布仍呈現(xiàn)明顯的底部集中現(xiàn)象。

分析這種現(xiàn)象的形成, 主要有以下兩方面因素:(1)根據(jù)管道沿程的高程分布, 如圖 2所示, 管道高程從發(fā)球端至收球端逐漸降低, 由于管道介質(zhì)中含水, 因此管道沿程的持水率逐漸升高。(2)根據(jù)管內(nèi)介質(zhì)流體狀態(tài)計(jì)算知, 本條管道前半程流態(tài)主要表現(xiàn)為沖擊流, 后半程流態(tài)主要為分層流, 在管道后半程形成了如圖3所示的管內(nèi)介質(zhì)分布特點(diǎn)。

上述兩方面因素形成了管道前后腐蝕在管壁時(shí)鐘位置分布前后分布規(guī)律不同的現(xiàn)象。

2.2.3 腐蝕嚴(yán)重程度前后分化明顯

腐蝕深度一般按管壁被腐蝕的厚度占管壁厚度的百分比表示,本次管道內(nèi)檢測(cè)缺陷深度檢測(cè)門(mén)限為管道壁厚的 10%, 由圖 4管道沿程腐蝕深度分布圖可以看出, 嚴(yán)重腐蝕和中度腐蝕缺陷分布在管道前半程部分, 主要形式是點(diǎn)蝕和坑蝕, 后半程全部為輕度腐蝕。

分析這一現(xiàn)象的原因主要有以下兩點(diǎn): (1)根據(jù)流態(tài)分析, 前半程主要表現(xiàn)為沖擊流, 沖擊流導(dǎo)致管道內(nèi)壁腐蝕保護(hù)膜脫落, 易形成點(diǎn)蝕; (2)管道入口溫度為 60℃左右, 管道出口溫度為 30℃左右, 根據(jù)腐蝕發(fā)展的規(guī)律, 管道前半程更利于點(diǎn)蝕的發(fā)生和發(fā)展, 這成為了管道前半程腐蝕深度較后半程高的一個(gè)原因。

圖1 管道沿程管體腐蝕分布圖Fig. 1 Corrosion distribution along the pipeline

圖2 管道沿程高程圖Fig. 2 Pipeline elevation chart

圖3 后半程管內(nèi)介質(zhì)分布圖Fig. 3 Medium distribution chart of the second half pipeline

3 結(jié)果評(píng)價(jià)

3.1 腐蝕速率分析

預(yù)測(cè)管線的腐蝕變化趨勢(shì)及腐蝕對(duì)管線結(jié)構(gòu)完整性的危害是評(píng)價(jià)管線剩余壽命的關(guān)鍵步驟[1]。以本次檢測(cè)發(fā)現(xiàn)最深腐蝕點(diǎn)為例, 其壁厚損失達(dá) 53%,剩余壁厚為7.47 mm。如果把此腐蝕當(dāng)作一個(gè)勻速進(jìn)行的過(guò)程來(lái)看待, 則其壁厚方向平均腐蝕速率約為1.5 mm/a, 按照此腐蝕坑腐蝕速率估計(jì), 在2013年1月其壁厚損失將會(huì)達(dá)到管道壁的80%(根據(jù)ASME標(biāo)準(zhǔn), 壁厚損失超過(guò) 80%不可接受)。如果考慮點(diǎn)蝕的加速效應(yīng), 時(shí)間可能會(huì)更短。

3.2 維修因子分析

維修因子(Estimated repair factor)[2]表征的是管道需要進(jìn)行維修維護(hù)的程度, 其計(jì)算公式為

圖4 管道沿程腐蝕深度分布圖Fig. 4 Corrosion depth distribution along the pipeline

式中,FER表示維修因子;Di表示管道內(nèi)徑;Do表示管道外徑;FD表示管道設(shè)計(jì)因子;L表示缺陷長(zhǎng)度;M表示膨脹因子;PD表示管道設(shè)計(jì)壓力;P1表示管道最大允許操作壓力;P2表示理論缺陷失效壓力;SF表示缺陷管道爆破應(yīng)力;Sflow表示流動(dòng)應(yīng)力;SMYS表示管道最小屈服應(yīng)力;d表示缺陷深度;t表示管道壁厚。

當(dāng)FER小于1時(shí), 表明管道目前仍處于安全狀態(tài),FER大于或等于1, 管道需要進(jìn)行維護(hù)[3]。

經(jīng)對(duì)該管道全部缺陷點(diǎn)的FER計(jì)算, 發(fā)現(xiàn)本條海管4 460個(gè)缺陷FER均小于1, 表明本條管道目前處于安全狀態(tài)。

選取3個(gè)有代表性的缺陷, 對(duì)其進(jìn)行FER的計(jì)算與預(yù)測(cè)分析。

A: 最深缺陷點(diǎn)。

B: 目前最高FER點(diǎn)。

C: 目前第二高FER點(diǎn)。

表6 缺陷點(diǎn)維修因子變化預(yù)測(cè)Tab. 6 Forecast of estimated repair factor

根據(jù)本條海管最具代表性的三個(gè)缺陷點(diǎn)的FER未來(lái)四年的預(yù)測(cè)計(jì)算可知: 2009年最高FER點(diǎn)的FER將最早達(dá)到“1”, 時(shí)間大約在2012年3月, 然后依次是最深缺陷點(diǎn)和次高FER點(diǎn), 分別預(yù)計(jì)在2013年的4月和2013年的6月。

跟另外兩個(gè)缺陷點(diǎn)相比較, 最深缺陷點(diǎn)具有深度大、面積小的特點(diǎn), 這一缺陷的FER變化曲線提升相對(duì)較快, 其FER預(yù)計(jì)在2013年8月超過(guò)目前最高FER缺陷點(diǎn)的FER。另外考慮到本缺陷屬于點(diǎn)腐蝕, 具有腐蝕加速的特性, 因此建議將此處列為最需關(guān)注的缺陷。

圖5 FER變化趨勢(shì)圖Fig. 5 FER tendency chart

4 結(jié)論及建議

通過(guò)本次海管內(nèi)檢測(cè)工作, 對(duì)目標(biāo)海管的腐蝕、幾何變形等情況有了深入了解, 海管內(nèi)檢測(cè)是目前充分了解海管腐蝕、變形狀態(tài)最有效的方法[4]。

根據(jù)海管清管情況、整體腐蝕情況以及腐蝕趨勢(shì)預(yù)測(cè)結(jié)果, 推薦針對(duì)本條海管建立如下運(yùn)維策略:(1)針對(duì)重點(diǎn)腐蝕點(diǎn)的腐蝕發(fā)展監(jiān)控, 依據(jù)腐蝕發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)結(jié)果, 建議在2012年對(duì)該管道進(jìn)行一次金屬損失內(nèi)檢測(cè), 監(jiān)控管道腐蝕的發(fā)展; (2)針對(duì)高FER腐蝕缺陷點(diǎn)建議建立應(yīng)急預(yù)案、準(zhǔn)備相應(yīng)的應(yīng)急維修物資, 以應(yīng)對(duì)緊急情況的發(fā)生; (3)建議建立本條管道定期通球制度。

[1]帥健.腐蝕管線的剩余壽命預(yù)測(cè)[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào),2003, 27(4): 91-92.

[2]ASME B31G-2009, Manual for Determining the Remaining Strength of Corroded Pipelines[S].

[3]API Std 1163, In-line Inspection Systems Qualification Standard[S].

[4]NACE RP 0102-2002, Recommended Practice for ILI Operations [S].