【正文】 四廠 390000 11 8 2 8 8 五廠 20661 3 9 5 9 7 六廠 100000 2 3 2 4 合 計(jì) 1607391 38 46 37 46 46 表 集輸干線運(yùn)行及腐蝕狀況匯總數(shù)據(jù)表（續(xù) 2） 廠名 2020年穿孔數(shù)（次） 焊縫外腐蝕穿孔數(shù)（次） 本體外腐蝕穿孔數(shù)（次） 本體內(nèi)腐蝕穿孔數(shù)（次） 管線存在變徑數(shù)（條） 近三年管線更換長(zhǎng)度（米） 一廠 36 9 13 12 5 13200 二廠 149 11 93 42 4 1240 三廠 22 5 6 11 0 3003 四廠 43 1 1 41 4760 五廠 20 3 3 14 1 25000 六廠 12 5 3 4 1600 合計(jì) 282 34 119 124 10 48803 西安交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 10 表 集輸干線運(yùn)行及腐蝕狀況數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表 廠名 穿孔次數(shù) （次 /年公里 ） 加藥干線 比例 （ ％ ） 管線老化 程度 （ ％ ） 嚴(yán)重腐蝕 比例 （ ％ ） 穿孔管線 比例 （ ％ ） 一廠 100 46 31 85 二廠 100 42 75 50 三廠 12 35 35 47 四廠 100 100 18 73 五廠 0 17 28 39 六廠 67 33 33 0 平 均 表 集輸干線運(yùn)行及腐蝕狀況數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表（續(xù) 1） 廠名 外腐蝕比例 （ ％ ） 焊縫比例 （ ％ ） 本體內(nèi)腐蝕 比例 （ ％ ） 近三年更換 比例 （ ％ ） 每噸產(chǎn)出液 緩蝕劑量 （ Kg） 一廠 二廠 三廠 四廠 五廠 0 六廠 平 均 表 集輸干線運(yùn)行及腐蝕狀況數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表（續(xù) 2） 廠名 內(nèi)防所占比 例 （ ％ ） 5年以內(nèi)穿孔管線比例 （ ％ ） 管線平均 長(zhǎng)度 （ m） 穿孔次數(shù) （次 /條年 ） 局部或全部更換 比例 （ ％ ） 一廠 % % % 二廠 % % % 三廠 % % % 四廠 % % % 五廠 % % % 六廠 % % % 平均 % % % 調(diào)查結(jié)果分析 截止 2020 年底，中原油田共有油井 3200 口，日產(chǎn)液 80000 噸，日產(chǎn)油 10275噸，平均單井日產(chǎn)液 30 噸，綜合含水 %。 近三年更換管線所占比例 、局部或全部更換管線比例。 嚴(yán)重腐蝕管線和 2020年發(fā)生穿孔的管線所占比例。 統(tǒng)計(jì)內(nèi)容 各采油廠每年每公里管線穿孔次數(shù)、每條管線年穿孔次數(shù)。 管線防腐及腐蝕情況：內(nèi)外防、加藥、穿孔部位、腐蝕穿孔數(shù)。 西安交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 6 調(diào)查指標(biāo)：（以 2020年的各采油廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)） 管線介質(zhì)生產(chǎn)參數(shù)：溫度、壓力、液量、氣量、含水。 中原油田集輸管線腐蝕狀況調(diào)查 調(diào)查方案 調(diào)查范圍 各采油廠油井單井支線，計(jì)量站外輸支線、聯(lián)合站集輸干線三類集輸管線，共 3000多條。因此可以說在多相流條件下進(jìn)行集輸管線介質(zhì)腐蝕因素的研究與腐蝕數(shù)學(xué)模型的建立，尤其是用現(xiàn)場(chǎng)污水進(jìn)行研究屬于國(guó)際領(lǐng)先水平。 國(guó)外一些院校和研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了流動(dòng)狀態(tài)下的腐蝕機(jī)理研究，其中，美國(guó)俄亥俄大學(xué) 1997 年成立了多相系統(tǒng)腐蝕研究 中心，進(jìn)行了水平多相流中的淡水腐蝕模型研究，通過研究得出的數(shù)學(xué)模型，可以預(yù)測(cè)在水平?jīng)_擊流情況下的腐蝕速率；新加坡的一家油田化學(xué)研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了在 CO2 及含砂條件下多相流體對(duì)管道的腐蝕。 不同流速、流態(tài)條件下各種腐蝕因素的腐蝕行為及各種腐蝕因素的量化數(shù)學(xué)模型過去都沒有開展過研究。另外，集輸管線外防工藝技術(shù)老第 一 章 緒 論 5 化，目前仍然全部是泡沫管、瀝青 泡沫管或加強(qiáng)級(jí)的瀝青泡沫管，管線及外防工程施工質(zhì)量不理想，外防破損或局部沒有實(shí)施的現(xiàn)象非常普遍，因此造成的腐蝕穿孔較為嚴(yán)重。 中原油田集輸管線內(nèi)防腐層種類較多， 主要有 水泥砂漿、玻璃鋼內(nèi)襯、內(nèi)插橡膠、內(nèi)襯塑膜、鋼骨架復(fù)合管、 H87涂料等。由于環(huán)氧樹脂粉末涂層防腐蝕技術(shù)優(yōu)點(diǎn)明顯、效果好，得到廣泛應(yīng)用 ［ 3 33］ 。環(huán)氧樹 脂固化的溫度區(qū)間很寬，但溫度對(duì)涂層的粘結(jié)力有影響，這就需要控制嚴(yán)格的質(zhì)量保證參數(shù)。環(huán)氧樹脂粉末在噴涂時(shí)混入固化劑、顏料、催化劑與流動(dòng)性控制劑（流平劑），最終形成的是環(huán)氧高分子涂層。修補(bǔ)時(shí)則用液態(tài)的環(huán)氧樹脂與聚氨酯。 此外，傳統(tǒng)的金屬鍍層防腐法和電化學(xué)防護(hù)法，氣能耗大、污 染嚴(yán)重，而且防腐蝕效果不好。聚乙烯涂料的原料一般是粉狀或顆粒狀，使用時(shí)經(jīng)熔化攪拌均勻后通過擠壓方式隨粘膠劑之后敷涂在管子表面。但正因?yàn)槎栊院?，在管道上的粘結(jié)力很差，因而必須使用粘結(jié)劑才能涂敷。 自從 1975年英國(guó)天然氣公司推出適用于口 徑 25mm至 450mm管道的聚乙烯涂層標(biāo)準(zhǔn)后（ PS/CW4） ,約有 7％的管道用聚乙烯涂層保護(hù)。這種涂料在長(zhǎng)期應(yīng)用過程中被證明其耐蝕性相當(dāng)有效，但是在承受土壤載荷或在加熱站的加壓束流下容易損壞，受到?jīng)_擊時(shí)易剝落。此外，正在開發(fā)中的熱塑性材料可能被用作涂層修補(bǔ)材料。 管道防腐蝕通常采用的措施有：金屬鍍層與涂層防腐法、非金屬材 料包敷法和電化學(xué)防護(hù)法。近年來電磁衰減儀器已經(jīng)應(yīng)用到管道探測(cè)上，該方法也是采用間接的方式來檢測(cè)管道腐蝕情況 ［ 2 28］ 。在管道腐蝕狀況檢測(cè)方面，目前國(guó)內(nèi)外發(fā)展和應(yīng)用了很多技術(shù)手段，如測(cè)量器、攝像器、磁力線檢測(cè)器、超聲波壁厚檢測(cè)器和用于檢測(cè)應(yīng)力腐蝕裂紋的超聲波檢測(cè)器以、水壓試驗(yàn)、電纜檢測(cè)器、管道內(nèi)檢機(jī)器人以及新型機(jī)載探測(cè)系統(tǒng)等 ［ 25］ ，這些檢測(cè)手段為及時(shí)跟蹤檢查管道腐蝕狀況提供了保證，在很大程度上有效地減少了管道破裂和泄漏事故的發(fā)生。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，管道隨 著其不短老化將越來越多地發(fā)生破裂和泄漏。 油氣管道腐蝕控制的途徑主要有正確選材與合理設(shè)計(jì)、環(huán)境介質(zhì)的處理、覆蓋層保護(hù)及電化學(xué)保護(hù) ［ 24］ 。（ 6）生產(chǎn)的科學(xué)管理。（ 5）電化學(xué)保護(hù)。（ 4）改善環(huán)境條件和注入緩蝕劑。（ 3）表面處理和涂覆。 “腐蝕控制從設(shè)計(jì)桌上開始 ”，選材 也是設(shè)計(jì)，根據(jù)所選材料和生產(chǎn)條件，根據(jù)腐蝕的基本理論，合理設(shè)計(jì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)，完善工藝設(shè)計(jì)，使之既滿足生產(chǎn)要求，又避免工藝和結(jié)構(gòu)的不合理而加速腐蝕。根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備所接觸的介質(zhì)環(huán)境條件，選擇性能穩(wěn)定、滿足生產(chǎn)要求、安全可靠、經(jīng)濟(jì)易得的材料。通過這些分析方法，可以找出引起腐蝕的各種原因及其所起作用的大小，得出失效本質(zhì)及規(guī)律，從而為制定相應(yīng)的有效防護(hù)措施提供理論和試驗(yàn)依據(jù)。而無論有機(jī)或無機(jī)性質(zhì)的材料都有可能遭受生物的侵蝕而惡化變質(zhì)或破壞 ［ 21］ ，管道如果被微生物覆蓋、堵塞而腐蝕穿孔，將會(huì)造成嚴(yán)重的后果 ［ 22］ 。目前研究的重點(diǎn)主要是針對(duì)段塞流和分層流 ［ 18］ 。目前研究的重點(diǎn)是環(huán)境評(píng)價(jià)和防腐膠帶 ［ 13］ 。外腐蝕的原因是金屬由于受周圍介質(zhì)的化學(xué)及電化學(xué)作用，使金屬表面遭到破壞，產(chǎn)生金屬腐蝕 ［ 11］ 。按照管道的特殊結(jié)構(gòu)，管道腐蝕分為外腐蝕和內(nèi)腐蝕。影響電化學(xué)腐蝕的因素有冶金因素（金屬性質(zhì)、合金元素及雜質(zhì)、晶體缺陷、金相組織及熱處理、材料的表面狀態(tài)）、環(huán)境因素（氧化劑和溶解氧、介質(zhì)的 PH值、介質(zhì)中的鹽類及濃度、介質(zhì)溫度、介質(zhì)流動(dòng)）及其它因素如壓力、輻射、雜散電流等 ［ 8］ ?；瘜W(xué)腐蝕是一種氧化 還原的鈍化學(xué)變化過程，即腐蝕介質(zhì)中的氧化劑直接與金屬表面的原子相互 作用而形成腐蝕產(chǎn)物，電子的傳遞是在金屬與介質(zhì)間直接進(jìn)行的，沒有腐蝕微電流產(chǎn)生。這些都將對(duì)管道腐蝕失效分析及防治工作起到積極的推動(dòng)作用。腐蝕基礎(chǔ)理論研究的發(fā)展前景是：技術(shù)方面將在新型顯微技術(shù)、表面微觀結(jié)構(gòu)對(duì)腐蝕過程的影響的原位研究、新型原位光譜技術(shù)方面有所發(fā) 展；概念方面將在混沌理論和腐蝕、擴(kuò)散理論用于腐蝕研究、非晶體鈍性中的作用等有所發(fā)展；新材料方面將對(duì)快速凝固合金、金屬 /陶瓷和聚合物 /碳復(fù)合材料、新半導(dǎo)體、耐蝕金屬玻璃等作進(jìn)一步深入研究。但由于管道的敷設(shè)條件千差萬別，影響腐蝕的因素又是各種各樣，所以，金屬管道的防腐問題一直未能得到徹底解決。國(guó)際上，關(guān)于金屬管道防腐的研究一直很活躍，提出了為數(shù)不少的行之有效的防止措施。中原油田因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)嚴(yán)重， 2020年到 2020年上半年的三年半時(shí)間內(nèi)，生產(chǎn)系統(tǒng)腐蝕經(jīng)濟(jì)損失就達(dá) ，其中僅集輸干、支線因腐蝕而進(jìn)行的單井更換就耗費(fèi)了 。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)向 由腐蝕失效而引起的輸油氣管道泄漏事故時(shí)有發(fā)生，不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染， 還釀成火災(zāi)，甚至導(dǎo)致爆炸，致使人員傷亡慘重。本課題的研究將對(duì)中原油田的管道防腐工作提供理論上的依據(jù)，所提出的預(yù)防措施也將對(duì)管道防腐提供有益的指導(dǎo)作用。從各廠大量單井管線穿孔資料表明，腐蝕嚴(yán)重，基數(shù)大，所占穿孔總數(shù)比例較高。如前幾年單井管線很少穿孔，近年來單井管線穿孔次數(shù)大幅度上升。目前，中原油田集輸系統(tǒng)已建成 3176條 (總長(zhǎng)度為 1039km)單井出油管線， 364條 (總長(zhǎng)度為 141km)集輸支線和 89條 (總長(zhǎng)度為 217km)集輸干線 ［ 6］ 。據(jù)大慶石油局統(tǒng)計(jì)， 該局每年 管道腐蝕穿孔達(dá) 1905次，其中開發(fā)最早的采 油一區(qū)管道腐蝕達(dá)到損傷程度的有 ，占當(dāng)年該區(qū)全部管道的 ％ ［ 5］ 。原油（天然氣）中的某些成份（如硫化物等）會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生腐蝕；同時(shí)，埋地管道外壁由于收到土壤鹽分、酸度、濕度、電場(chǎng)、有機(jī)物、微生物等因素的綜合作用，管道腐蝕現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重，而且隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，腐蝕日趨嚴(yán)重 ［ 3］ 。如何保障管線運(yùn)輸?shù)陌踩?，使這條大動(dòng)脈安全暢通，這是充分發(fā)揮管線運(yùn)輸最大經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵所在。到 2020年，我國(guó)鋪設(shè)的輸油和輸氣管道已達(dá) 30 105km有余，而且正在以 1000～2020km/n的速度鋪設(shè)新管線 ［ 2］ 。當(dāng)今發(fā)達(dá)的產(chǎn)油（氣）國(guó)家都鋪設(shè)著成千上萬公里的輸油氣管道，如英國(guó)有大口經(jīng)輸油氣主管道 5500km， 集輸管道 10000km［ 1］ 。 通過 優(yōu)化單井加藥方案、集輸管線端點(diǎn)沖擊性加藥周期及加藥量后，集輸管線介質(zhì)中總鐵含量在實(shí)驗(yàn)三個(gè)周期后降低 %，介質(zhì)中細(xì)菌含量得到進(jìn)一步抑制，基本降低 1～ 2 個(gè)數(shù)量級(jí)，管線腐蝕速率 分別降低了 8%～ 50%， 腐蝕速率控制在，且基本無點(diǎn)蝕。 中原油 田集輸系統(tǒng) 現(xiàn)用的 咪唑啉類與季胺鹽類或少量無機(jī)緩蝕劑復(fù)配緩蝕劑 ， 在 IV 100ppm、 200ppm、 400ppm 濃度時(shí)， 速條件 下的 ％、 32％、 25％ ，目前在介質(zhì)流動(dòng)條件下不能滿足緩蝕要求。 介質(zhì) 因素對(duì) 集輸管線 的腐蝕規(guī)律為： 介質(zhì)溫度對(duì)腐蝕影響程度隨溫度的上升不斷增加 ， 50～ 80℃ 之間腐蝕速率受溫度的影響 最大 ； 礦化度在 0～ 10 104mg/l 時(shí)，隨礦化度的增加，腐蝕速率成倍增加，當(dāng)?shù)V化度達(dá)到 15 104mg/l以上時(shí)，腐蝕速率趨于穩(wěn)定、甚至有下降趨勢(shì) ； 在無氧 和 0～ 2m/s 的 流速 條件 下， 介質(zhì)流速 與 腐蝕速率呈線性關(guān)系的增加 ； 介質(zhì)含水率 對(duì)腐蝕的影響程階段性變化， 含水 0～ 30%時(shí)腐蝕速率變化不大，當(dāng)含水為 40～ 70%時(shí)腐蝕速率隨含水的增加明 顯增大，當(dāng)含水大于 70%時(shí)腐蝕速率的變化趨于平緩 ； 二氧化碳分壓對(duì)腐蝕的影響較大，在 0～ 時(shí)，隨二氧化碳分壓的增加，腐蝕速率上升幅度明顯 ； 含氧在 以下時(shí)金屬腐蝕速度隨溶解氧含量的增加而加快 ， 對(duì)腐蝕的影響比較明顯，當(dāng)含氧達(dá)到 ，由于腐蝕產(chǎn)物的鈍化作用 ， 腐蝕速率反而下降 ； pH 在 4～ 6 之間時(shí)，對(duì)腐蝕速率的影響最大（近三倍） ， pH 值在 ～ 之間時(shí)對(duì)腐蝕的控制最經(jīng)濟(jì)有效。 材質(zhì)以 20鋼和 40鋼為主，目前老化程度嚴(yán)重，內(nèi)防腐層種類較多，但采用內(nèi)防的干支線僅占 20～ 30%，外防工藝技術(shù)老化，管線焊縫及外腐蝕穿孔比例和內(nèi)腐蝕基本持平，腐蝕穿孔較為嚴(yán)重。針對(duì)集輸管線介質(zhì)腐蝕特性 ， 模擬生產(chǎn)條件及多相流條件進(jìn)行緩蝕劑的科學(xué)評(píng)價(jià)，改進(jìn)緩蝕劑加藥工藝，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，提高了防腐效果和綜合經(jīng)濟(jì)效益。 I 分類號(hào) TE832 密級(jí) UDC 學(xué)號(hào) 3202096021 油田集輸管線腐蝕及防護(hù)研究 學(xué)位申請(qǐng)人 ： 曹言光 指導(dǎo)教師 ： 馬新沛 教授 張 慶生 高工 學(xué)科領(lǐng)域 ： 材料工程 學(xué)位類別 ： 工 程碩士 2020 年 10 月 II Research on Corrosion and Prevention of gathering lines of Oilfield Dissertation Submitted to Xi’an Jiaotong University In partial fulfillment of the requirement for the degree of