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管道腐蚀特点及修补技术分析

2020/11/12 阅读:

摘要:南中西二区注聚期进入4-5年时金属管道穿孔率大幅度上升,严重影响了聚合物溶液的精准注入,也给工人的日常工作和管理带来了很大的麻烦。本文从注聚管道的特殊性出发,从穿孔的特点入手,找到穿孔的穿孔规律。并分析管道的穿孔的主要原因式因为防腐涂层失效后聚合物溶液直接与管壁的金属接触并为微生物繁殖提供了良好的条件,导致介质内细菌在管壁迅速繁殖,形成共生体系。其次对现行的腐蚀修补技术进行总结归纳并找出优点和缺陷,结合点腐蚀产生的腐蚀坑与电焊修补的弊端找出一点附近多次穿孔的原因,并对2018年进行的穿内衬修补方法进行总结。对比现行的几个管道修复的技术并总结优点和缺点,给出相关建议。

关键词:管道;腐蚀;修补;内衬

1南中西二区注聚管道现状

喇嘛甸油田南中西二区投产于2015年5月,有注入井201口,单井管道总长度197.28km,均为无缝钢管(内防腐层为熔结型环氧粉末,外防腐层为2PE)。随着聚合物驱油应用时间的推移,南中西二区大部分地下管线已经埋地使用了5年以上。管线面临着穿孔井数逐年增加,影响的注入量已经成为区块影响注入量的最主要的因素之一。自投产以来,区块穿孔井数已达151口,占区块总井数的75.1%。从穿孔统计情况看,投产以来该区块累计穿孔1115井次,穿孔数量自2018年下半年起逐渐增长,从2019年3月份起快速增长,2019年3季度穿孔数量已经达到343井次;南中西二区注聚期进入4-5年即2018年下半年以来穿孔率大幅度上升,每月新出现的穿孔井数量在6-12口之间。另外因为穿孔影响的注入时率也急剧上升,严重影响了聚合物溶液的精准注入,也给工人的日常工作和管理带来了很大的麻烦。随着穿孔井数增加,寻找和修复管线的穿孔点成为了现在站内员工的日常主要工作,并且工作量还在逐渐增大,所以能有效的修复和预防管道穿孔成了地面工作面临的一个严峻的考验。

2注聚管道的腐蚀特点及原因

通过对穿孔管道的取样分析,该区块管道穿孔特点与我厂其他注聚区块穿孔特点相似。在穿孔位置上,沿全井均有分布;穿孔形态上,均为内腐蚀,且取样剖切后内涂层出现严重破损失效情况。穿孔时间上,在进入注聚的第4-5年时,可见第一次穿孔后的井会连续穿孔,而且成爆发式增长。如下图1选取了南中西二区5口在同期第一次发生穿孔且穿孔总数在15次以上的井的穿孔曲线图。具体表现为管道切面显示腐蚀点防腐层脱落严重。穿孔部位防腐涂层存在较多气泡或针孔,通过对针孔部位涂层进行刮削,发现气泡部位涂层下金属锈蚀严重,而涂层完好的下层金属完好无损。所以防腐涂层失效是引起管道穿孔的最根本原因。目前聚驱管道采用的管道多为20#金属管道,外防腐方式多为2PE,内防腐方式多为环氧粉末。所以防腐涂层失效后,因为注入化学溶液的特殊性,使得含聚污水中含有的硫酸盐还原菌、腐生菌、铁细菌均大部分超标,失效后聚合物溶液直接与管壁的金属接触并为微生物繁殖提供了良好的条件,导致介质内细菌在管壁迅速繁殖,形成共生体系,在聚合物供给营养下快速繁殖,形成菌瘤,加速了电化学腐蚀。在生产中表现为当投产前期时穿孔数量很少,在投聚4-5年进入管线穿孔的高发期。所以修补注聚管道就是要从根本上解决管道腐蚀的问题即从防腐工作入手。

3注聚管道修补技术现状

3.1注聚管道现行修补技术

现行的管道修补技术以焊接类维修、夹具类维修、局部更换等。目前电焊补漏是最为成熟的修复方法,但这种方法未解决防腐涂层的根本问题,而且由于这种方法主要采用的是现场焊接,因而会带来一系列问题,例如,工人焊接水平参差不平,从管道内部来看,电焊会有很大的影响管道的平滑度而会使管道周围的部分连续穿孔(如图2);电焊修补属于明火操作,会带来严重的安全隐患,如遇有地下天然气的混入,很容易造成爆炸事故;电焊维修费用高且操作时需要泄压,再冬季生产时容易产生冻井等生产事故也会造成巨大的经济损失。使用夹具类的技术适用于轻微的泄露,虽然该技术花费较低,且不用排空管道,不动用明火修不起来简单方便。但注入管道属于高压管道,所以该技术运用的较少。局部更换技术经常适用于不易修复的管线,费用较大,且更换时需要大面积挖开管线,更换完毕后需要取出旧管线。

3.2增加管线内衬技术

2018年11月南中西二区3口穿孔频繁的井进行了增加管线内衬的工作,3口井的共同特点为在穿内衬前1-2个月内连续穿孔2-4次。使用的内衬的材质为高密度聚乙烯,该技术是将高密度的聚乙烯管插入需要修复的就管道内,管道就位后利用加热加压的办法使管道膨胀到原来的大小和性状,利用原旧管道的刚性和强度为承力结构以及内衬管的耐腐蚀性、耐磨损、耐渗透的特点形成管中管。这种非开挖修复动用的人力物力较少。3口井中每口井的平均施工时间约在7天。该技术最大的特点是隔离了介质与金属管道,使腐蚀从根本上杜绝。目前3口井运行至今情况良好,且不仅在有内衬的地方穿孔数降为0,在井口及站内的两端处无内衬的部分也未发现穿孔的现象。可见在管线穿孔爆发的初期增加内衬可以有效地抑制管线穿孔的趋势,有效地减轻了站内员工的部分劳动强度,能解决管道穿孔的根本原因。

3.3内衬技术与常规管道修复技术比较

首先从整体上将现行的管道技术进行比较,如下表1,根据前面分析,解决管线穿孔的根本问题还是防腐涂层的失效,目前电焊补漏技术最大的弊端就是无法有效的改善防腐涂层的问题,所以会造成穿孔点附近反复穿孔,使修复处反复挖开土地寻找漏点,这种方法费时费力,工作效率低。且这种方法治标不治本,只是补上了漏点,而管壁已经变薄且无腐蚀层很快会使周围也发生穿孔现象。而在南中西二区电焊类修补由于方便操作,费用较低仍占现在的修补技术的大部分。局部更换技术虽然可以短期缓解穿孔现象但是费用较大,并且影响管道的连续性。增加管线内衬技术虽然可以从根本上解决问题,但是对管道内部的平整度要求很高,在2018年时原打算对于南中东的一类油层后续水驱的井进行穿管工作,但是由于管线管龄大概都在20年以上,内部腐蚀严重凹凸不平,管道内部杂质过多使得内衬无法穿插。从成本和施工时间进行具体分析,把增加管线内衬技术与最常用的电焊类修补技术进行详细的比较。从成本上来看,以规格为φ60×5的管道为例,管道内衬的成本为8万元/公里,2018年3口井的穿内衬单井费用约为5.12万元。2018年10月至2019年9月南中西二区单井穿孔频次为8.5次/年,如若都进行电焊补漏修补,每年单井修补成本为3500元×8.5≈3万元,其中还不包括工人的寻找穿孔的劳动成本。从施工时间上来看,穿内衬的施工时间为约为168小时/井,而从近一年穿孔进行电焊补漏单井单次关井时间为35.8小时/井,远远超过了穿内衬所影响的生产时间。由此可见,从相对长期进行电焊修补的影响的生产时间和费用来看,增加内衬技术费用低廉、效率较高、大大减轻了工人的劳动强度。但增加管线内衬技术对于管线的平整度要求很大,在治理穿孔时可将增加内衬管线技术作为重点的方法,如上面的分析所述,管线在进入第4-5年第一次穿孔后穿孔数量会爆发式增长,即穿孔刚刚出现时尽早的在管道内部穿入内衬管以防止管线穿孔的爆发。

4几点认识

(1)注聚管线因为其介质的特殊性,注入的高压特点,使管道更容易发生腐蚀。(2)注聚管线穿孔最根本原因是防腐涂层失效而引起的微生物大量繁殖。防腐层失效的年限大约为投产后的4-5年,在第4-5年第一次穿孔出现时,穿孔会爆发式增长。(3)目前的电焊补漏修复技术在管道的平整性上有很大的弊端,会加快部分管道的腐蚀速度。(4)南中西二区在注聚管道内加入内衬的方法效果显著,能够从根本上使管道内聚合物溶液与金属管道隔离,加入内衬的最好的时机是在第4-5年第一次穿孔出现时,在穿孔会爆发式增长之前。

参考文献

[1]张仁坤.石油化工设备腐蚀与防护[M].海洋出版社,2017:50-61.

[2]夏云生.油气管道施工及保护[M].中国石化出版社,2018:53-70.

[3]石仁委.油气管道腐蚀控制工程[M].中国石化出版社,2017:5-35.

作者:顾欣 单位:大庆油田第六采油厂试验大队

管道腐蚀特点及修补技术分析

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