油田地面工程管道防腐施工技術(shù)應(yīng)用分析

寧野

大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠

在油田管道的日常運(yùn)行中，經(jīng)常會(huì)由于各種原因造成腐蝕，導(dǎo)致原油泄漏，不僅會(huì)對(duì)周?chē)沫h(huán)境造成污染，也會(huì)在一定程度上阻礙油田企業(yè)的發(fā)展。因此，在油田管道地面工程施工的環(huán)節(jié)中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)管道防腐工作的重視，并借助對(duì)相關(guān)防腐施工技術(shù)的應(yīng)用提升防腐效果，降低地面工程管道出現(xiàn)腐蝕的可能性，促進(jìn)石油企業(yè)更好更快地發(fā)展[1]。加強(qiáng)油田地面工程管道防腐施工技術(shù)的應(yīng)用在我國(guó)具有重要意義。

1 油田地面工程管道防腐的重要性

油田地面工程管道繁瑣復(fù)雜，且存在工程施工量大、地理位置跨度大等特點(diǎn)，部分管道可能途經(jīng)多個(gè)外界條件差異極大的地區(qū)，造成嚴(yán)重的管道腐蝕問(wèn)題?，F(xiàn)階段，我國(guó)油田歷經(jīng)幾十年的開(kāi)采，已從高油期進(jìn)入高水階段，需要利用注水方式展開(kāi)開(kāi)采工作，加劇了管道的腐蝕程度[2]。此外，還存在管壁結(jié)垢問(wèn)題嚴(yán)重，大量管道在投入使用后，未達(dá)到預(yù)期使用壽命便開(kāi)始出現(xiàn)不同程度的穿孔腐蝕現(xiàn)象，需要消耗大量人力物力重新進(jìn)行管道施工，給油田正常生產(chǎn)工作造成不利影響，增加油田地面工程的施工成本和工作量。通常情況下，采用延長(zhǎng)管道使用壽命和提升管道運(yùn)行期間的安全性來(lái)解決上述問(wèn)題。

（1）延長(zhǎng)管道的使用壽命。在油田地面管道工程實(shí)施的過(guò)程中，施工人員應(yīng)該牢固樹(shù)立防腐意識(shí)，并借助相關(guān)的施工技術(shù)和施工工藝做好防腐工作，提升地面工程管道防腐能力，延長(zhǎng)其使用壽命并降低維護(hù)保養(yǎng)成本，促進(jìn)石油企業(yè)產(chǎn)生更高的經(jīng)濟(jì)效益[3]。

（2）提升石油儲(chǔ)運(yùn)工作的安全性。我國(guó)油田地面工程管道對(duì)石油的運(yùn)輸、存儲(chǔ)、供應(yīng)等各方面發(fā)展起到了重要的促進(jìn)作用。由于油田地面工程管道是一種長(zhǎng)距離的運(yùn)輸管道，需要經(jīng)過(guò)地形復(fù)雜的道路，經(jīng)常遭遇各種問(wèn)題。在油田地面工程管道的下游部分，人口分布較為密集，一旦發(fā)生石油泄漏將可能引發(fā)重大甚至特大事故，造成人員傷亡和直接經(jīng)濟(jì)損失。為排除該隱患，需要不斷加強(qiáng)油田地面工程管道的防腐工作，有效提升石油儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)陌踩裕M(jìn)而避免事故發(fā)生[4]。

2 管道腐蝕原因

從總體上看，導(dǎo)致管道發(fā)生腐蝕的主要原因可以分為自然原因和人為原因2種。

2.1 自然原因

原油本身包含氣田鹵水、硫化氫等腐蝕性物質(zhì)，具有較強(qiáng)的腐蝕性，這些化學(xué)物質(zhì)在管道中與二氧化碳、二氧化硫、氧氣等發(fā)生反應(yīng)，造成管道從內(nèi)部出現(xiàn)腐蝕。目前，我國(guó)的部分油田已經(jīng)進(jìn)入開(kāi)采的中后期，產(chǎn)出原油的含水率較高，原油中包含的雜質(zhì)也日漸增多；再加上多相流沖蝕，也會(huì)在一定程度上加劇管道內(nèi)部的腐蝕，圖1為長(zhǎng)期腐蝕導(dǎo)致穿孔的管線。同時(shí)，部分石油企業(yè)為獲得更好經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)常采用聚合物驅(qū)或者注水開(kāi)發(fā)的方法，提升油田的開(kāi)采效率，這也會(huì)增加管道內(nèi)高污染、腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)在原油中所占的比例，進(jìn)而加重了管道內(nèi)壁的腐蝕速度和結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)[5]。此外，由于油田地面工程管道長(zhǎng)期暴露在外部自然環(huán)境下，溫度、氣候、濕度、菌類微生物等自然因素也會(huì)加重管道受腐蝕的速度和程度，導(dǎo)致管道的使用年限縮短，降低管道的安全性[6]。

圖1 穿孔管線Fig.1 Perforated pipeline

經(jīng)過(guò)檢測(cè)，某作業(yè)區(qū)所在地區(qū)土壤平均電阻率13.28 Ω·m，平均腐蝕速率0.5～1 mm/a，屬于強(qiáng)腐蝕區(qū)域，且地勢(shì)較低，低洼地帶較多，直接導(dǎo)致雨季存水較多，加速管道腐蝕[7]（圖2）。

圖2 受腐蝕嚴(yán)重的管道Fig.2 Severely corroded pipelines

2.2 人為原因

除了自然因素，人為因素對(duì)管道的腐蝕也具有一定的影響。油田地面工程管道在施工過(guò)程中具有施工量大、工序繁雜等特點(diǎn)，在施工環(huán)節(jié)中施工人員焊接手法不同、焊道不平整等問(wèn)題會(huì)給管道正常運(yùn)行埋下隱患。管道外防腐層使用的材料可能在運(yùn)輸或長(zhǎng)期貯存過(guò)程中出現(xiàn)意外損壞，如出現(xiàn)意外磨損等情況就會(huì)加快管道的防腐層老化以及管道內(nèi)壁腐蝕的速度。如管道需要在有水的區(qū)域施工，應(yīng)當(dāng)選擇易吸水膨脹的瀝青類防腐層。在管道施工過(guò)程中，如施工材料選擇的不合理或施工人員的技術(shù)水平低于標(biāo)準(zhǔn)，都會(huì)不同程度的造成管道腐蝕現(xiàn)象[8]。如管道轉(zhuǎn)角處使用的彎頭，必須選擇耐腐蝕性強(qiáng)的材料；在管線交接處，外管線受到擠壓會(huì)導(dǎo)致防腐層損壞；當(dāng)管道經(jīng)過(guò)尖銳物多的地區(qū)，對(duì)管道造成的損害也非常嚴(yán)重，需要施工人員和維護(hù)檢修人員時(shí)刻觀察周邊情況，并采取相應(yīng)的措施，盡可能避免當(dāng)?shù)丨h(huán)境因素對(duì)管道防腐層造成破壞[9]。

3 管道運(yùn)行現(xiàn)狀

3.1 低洼地勢(shì)造成的影響及解決措施

某作業(yè)區(qū)因所處區(qū)域多為平地且地勢(shì)偏低，整體為低洼地勢(shì)，作業(yè)區(qū)內(nèi)各類溝渠縱橫，排水能力差。部分管道在強(qiáng)降水過(guò)后長(zhǎng)期浸泡在積水中，導(dǎo)致防腐層滲漏受損，加大管道失效的風(fēng)險(xiǎn)（圖3）。雨季道路無(wú)法進(jìn)車(chē)，給失效管道維修工作造成更大困難[10]。部分站間和單井管道在穿越干渠、外排渠存在無(wú)鋼過(guò)橋問(wèn)題，管道裸露于渠底上部（圖4），遇到雨季汛期，水位上漲，管道將浸泡于水中，加速管道腐蝕。若發(fā)生管道失效泄漏問(wèn)題，維修維護(hù)時(shí)較為困難，不能及時(shí)處理容易對(duì)渠道造成大面積污染，存在安全環(huán)保隱患。針對(duì)低洼地勢(shì)管道防腐問(wèn)題，對(duì)外排渠上無(wú)鋼過(guò)橋的管道新建跨渠鋼過(guò)橋，并更換穿越處管道，增加跨越段管道壁厚，提高管道防腐等級(jí)，降低管道失效和污染風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 積水浸泡的管道Fig.3 Pipeline soaked in accumulated water

圖4 過(guò)渠管道無(wú)鋼過(guò)橋Fig.4 Steel-free pipelines crossing canals

3.2 管道失效問(wèn)題及解決措施

3.2.1 管道失效原因

地面工程管道失效可能由多種原因?qū)е?，其中包括：①外部干擾，即第三方人為因素造成的機(jī)械損傷，地面交通因素引起的疲勞失效，自然災(zāi)害引起的管道損傷等；②腐蝕，管道內(nèi)輸送的介質(zhì)具有強(qiáng)腐蝕性，管道外環(huán)境的土壤中具有腐蝕性；③其他原因，施工人員技術(shù)水平不一、焊接缺陷等各種混合型未知因素。

3.2.2 管道失效率統(tǒng)計(jì)

按照油田公司加速推進(jìn)管道完整性管理工作進(jìn)程的要求，根據(jù)上年度失效情況、管道更新情況、壓力試驗(yàn)開(kāi)展情況、示范區(qū)建設(shè)要求等，制定失效率目標(biāo)。表1為某作業(yè)區(qū)于2022年管道失效率統(tǒng)計(jì)和截至2023年底的計(jì)劃失效率及次數(shù)。

表1 第五作業(yè)區(qū)管道失效率統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of pipeline failure rate in No.5 Operation Area

管道穿孔是管道失效的主要表現(xiàn)形式之一，根據(jù)其所處環(huán)境的差異，穿孔發(fā)生后的維修難度受環(huán)境因素影響較大，不同系統(tǒng)的管線發(fā)生穿孔的概率、頻率及其造成的影響也不同。2021 年全區(qū)按系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)穿孔次數(shù)如圖5所示，通過(guò)按系統(tǒng)對(duì)穿孔記錄進(jìn)行分類，穿孔率最高為注水系統(tǒng)，達(dá)到2.62 次/km，最低為供排水管道，為0.15次/km。

圖5 全區(qū)按系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)穿孔次數(shù)Fig.5 Statistics of perforation times by system in the entire region

針對(duì)此問(wèn)題，合理更新注水管道并做好管道防腐措施可以有效降低穿孔率，避免穿孔對(duì)環(huán)境造成污染。2020—2022 年3 年的年失效率對(duì)比如圖6 所示，近年來(lái)，自管道防腐施工技術(shù)的改良、施工監(jiān)管模式的不斷改善，地面工程管道的失效率呈逐年降低趨 勢(shì)，從2020 年1.88 次/km 降 至2022 年0.84 次/km，同比下降了55%。

圖6 近三年管道年失效率對(duì)比Fig.6 Comparison of annual failure rate of pipelines in recent three years

3.2.3 失效管道維修更換

在失效搶維修施工時(shí)，為加強(qiáng)管道腐蝕防護(hù)效果，減少因腐蝕造成的穿孔次數(shù)，降低管道維修工作量，延長(zhǎng)管道使用壽命，確保油田生產(chǎn)安全平穩(wěn)運(yùn)行和減少環(huán)境污染事故，實(shí)施局部更換代替點(diǎn)焊補(bǔ)漏措施[11-12]。除特殊情況外，原則上要采用與原管道相同的材質(zhì)的成品管局部更換，減少利用舊油管更換的情況，管道失效搶修工作如圖7所示。埋地管道穿孔補(bǔ)漏操作步驟如圖8所示。

圖7 失效管道搶修Fig.7 Emergency repair of failed pipelines

圖8 穿孔補(bǔ)漏操作步驟Fig.8 Operation steps for perforation and leak repair

維修工作有以下要求：①作業(yè)區(qū)要在儲(chǔ)備物資中至少預(yù)備外徑60、76 mm的備用管道各3 km，用于更換管段；②更換后做好防腐保溫措施；③作業(yè)區(qū)要保留舊油管，工藝所要挑選部分有代表性的管段進(jìn)行失效分析，制定相應(yīng)對(duì)策。

4 管道防腐施工技術(shù)應(yīng)用

4.1 加強(qiáng)管道外部施工防腐技術(shù)

在選擇合理的管道材料后，需進(jìn)一步采取管道外部施工防腐技術(shù)，進(jìn)而有效完成管道防腐處理工作，最大程度提升管道的防腐能力。利用刷涂法、空氣噴涂法、高壓無(wú)氣噴涂法、滾涂法等各種防腐技術(shù)加強(qiáng)對(duì)管道外部的防腐處理。圖9為穿孔修補(bǔ)后，重新噴涂防腐底漆、涂抹保溫層、纏裹聚乙烯膠帶后的埋地金屬管道。

圖9 修補(bǔ)過(guò)的管道Fig.9 Repaired pipeline

4.2 加強(qiáng)對(duì)防腐施工工藝的監(jiān)管力度

在管道施工的過(guò)程中，應(yīng)高度重視施工管理，加大對(duì)防腐施工工藝的監(jiān)管力度，并按照標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格落實(shí)油田地面管道防腐工程監(jiān)察工作[13]。綜上可知，油田地面工程建設(shè)的重點(diǎn)就是施工管理，包含施工水平、工藝流程等方面的施工管理，一般在管道進(jìn)行施工作業(yè)前，需要了解施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，并對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的可行性評(píng)估，得出明確評(píng)估結(jié)果后有針對(duì)性地對(duì)管道采取防腐技術(shù)處理。此外，在保證管道防腐質(zhì)量的基礎(chǔ)上，還要盡量控制管道施工的成本，合理選擇防腐施工工藝，在滿足防腐要求的前提下降低施工成本[14]。所以，只有在油田地面管道施工中建立完善的管理責(zé)任制度，加強(qiáng)施工管理工作，將具體責(zé)任落實(shí)到人，不斷培養(yǎng)施工人員的責(zé)任意識(shí)，提升施工人員對(duì)防腐工作的重視程度，才能切實(shí)有效地提升管道防腐效果，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)也可以第一時(shí)間找到相關(guān)負(fù)責(zé)人，使問(wèn)題及時(shí)得到解決并進(jìn)行有效整改，通過(guò)多方面加強(qiáng)，做到管道防腐技術(shù)綜合優(yōu)化，保證油田地面工程管道防腐施工的質(zhì)量和效果。

4.3 加強(qiáng)陰極保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

防腐涂層能夠?qū)崿F(xiàn)腐蝕物質(zhì)與金屬管道的不直接接觸，起到了良好的防腐效果，但是實(shí)際施工過(guò)程中涂層施工效果并未得到有效保障，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)一定程度的損傷，也非常容易出現(xiàn)針孔，而這些破損位置會(huì)對(duì)管道運(yùn)行安全性形成嚴(yán)重威脅，因此必須合理使用陰極保護(hù)系統(tǒng)，有效延緩管道腐蝕速率，避免管道腐蝕問(wèn)題進(jìn)一步惡化[15]。強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中主要是由直流電源、管道、輔助陽(yáng)極以及相關(guān)的輔助設(shè)備共同組成，整個(gè)系統(tǒng)施工成本較高，而且對(duì)施工人員以及技術(shù)人員的管道防腐技術(shù)以及專業(yè)知識(shí)具有很高要求。在進(jìn)行陰極保護(hù)系統(tǒng)施工的過(guò)程中要對(duì)以下一些問(wèn)題給予高度重視：①合理應(yīng)用鋁熱焊技術(shù)實(shí)現(xiàn)電纜與管道的有效連接，同時(shí)對(duì)相關(guān)的施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格要求；②必須針對(duì)入站、管道等位置合理設(shè)置絕緣接頭，有效避免電流流失問(wèn)題；③針對(duì)應(yīng)急保護(hù)站外部區(qū)域要嚴(yán)格的設(shè)置輔助陽(yáng)極，充分保證輔助陽(yáng)極埋藏深度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

某作業(yè)區(qū)的地理位置及特殊低洼環(huán)境造成了地面工程管道失效率高、穿孔頻發(fā)、設(shè)備設(shè)施提前老化等問(wèn)題。通過(guò)近三年的管道失效率統(tǒng)計(jì)可以看出，在不斷加強(qiáng)并改良地面工程管道防腐技術(shù)、持續(xù)實(shí)施并完善地面工程管道施工監(jiān)管制度后，2022年管道失效率為0.84次/km，相比2020年管道失效率1.88 次/km 同比降低了55%，說(shuō)明加強(qiáng)落實(shí)地面工程管道的防腐技術(shù)綜合優(yōu)化，可以有效降低管道失效率，對(duì)油田安全、穩(wěn)定生產(chǎn)工作起到積極作用。

油田地面工廠管道在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，會(huì)受到諸多因素影響而出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題，不僅會(huì)導(dǎo)致管道壽命縮短，更有可能導(dǎo)致石油泄露造成資源浪費(fèi)、防火安全隱患以及環(huán)境污染問(wèn)題，所以必須提高對(duì)于防腐技術(shù)運(yùn)用的重視，了解每一項(xiàng)技術(shù)的原理以及應(yīng)用要點(diǎn)，才能夠發(fā)揮出防腐技術(shù)的作用價(jià)值，維護(hù)石油管道的安全運(yùn)輸。

綜上所述，地面工程管道失效治理是一場(chǎng)攻堅(jiān)戰(zhàn)、持久戰(zhàn)，通過(guò)加大地面工程管道防腐技術(shù)的應(yīng)用、認(rèn)真落實(shí)管道管理工作的安排和部署，可降低地面工程管道失效率，保證油田的安全生產(chǎn)。