張 廷，劉昱瑭，何 誠，高 陽，趙 穎，李麒麟，張維靜

（中國石油長慶油田分公司第六采油廠，陜西西安 710018）

1 A 區(qū)塊管道管理現(xiàn)狀

1.1 管道管理現(xiàn)狀

A 區(qū)塊有4 個(gè)站場，管轄管道75 條131.71 km，共有Ⅰ類管道1 條23.7 km，Ⅱ類管道3 條10.82 km，III類管道71 條97.19 km，管道平均失效率0.074 次/（千米·年），管道材質(zhì)均為鋼制管道，36.8 %管道無內(nèi)防腐工藝，該區(qū)塊管道輸送原油物理性質(zhì)（見表1）。

1.2 管道管理存在問題

A 區(qū)塊主要開發(fā)層位長2，該油藏2003 年滾動建產(chǎn)，隨著老井遞減，平面注采矛盾突出，油藏已臨近高含水階段，管網(wǎng)輸送介質(zhì)含水率逐年增高。該區(qū)塊地面集輸系統(tǒng)全部使用鋼制（20#、L245N）管道，隨著管道服役年限的增長，管道輸送介質(zhì)含水率、酸堿性、礦化度等因素的變化，導(dǎo)致鋼制管道本體發(fā)生腐蝕，防治管道腐蝕已成為目前管道管理的難題（見表2）。

1.3 管道腐蝕穿孔危害

管道作為一種線形工程，跨越區(qū)域范圍大，所經(jīng)地貌單元和植被種群比較復(fù)雜，由于受自然地理?xiàng)l件的限制，管道一般都會經(jīng)過水源保護(hù)地、自然保護(hù)區(qū)等環(huán)境保護(hù)敏感地段。管道失效易造成淺層地下水、土壤、地下構(gòu)筑物等污染的可能。油氣管道失效污染水體以及底泥的物理、化學(xué)性質(zhì)和生物群落組成發(fā)生變化，降低了水體的使用價(jià)值，產(chǎn)生的次生災(zāi)害嚴(yán)重，影響到人類的正常生存。

表1 A 區(qū)塊原油樣物理性質(zhì)

表2 A 區(qū)塊轄區(qū)管道失效原因統(tǒng)計(jì)表（2015-2020 年）

表3 金屬腐蝕速度評價(jià)劃分標(biāo)準(zhǔn)

表4 20#鋼的腐蝕速率與含水率的關(guān)系

表5 20#鋼的腐蝕速率與溫度的關(guān)系

2 管道內(nèi)腐蝕機(jī)理及影響因素分析

通過掛片試驗(yàn)，得出影響管道腐蝕速率因素如下：輸送介質(zhì)含水率、溫度、礦化度、Cl-、pH 值等，金屬腐蝕速度評價(jià)劃分標(biāo)準(zhǔn)（見表3）。

2.1 含水率對腐蝕速率的影響

用A 區(qū)塊長2 層位采出水作腐蝕介質(zhì)，隨著含水率的增加，腐蝕逐漸增加，當(dāng)介質(zhì)完全為水時(shí)，腐蝕速率最大（見表4）。

2.2 溫度對腐蝕速率的影響

用A 區(qū)塊長2 層位采出水作腐蝕介質(zhì)，掛片的腐蝕速率隨著溫度的升高逐漸增大。分析認(rèn)為，隨溫度的升高，氧的擴(kuò)散過程和電極反應(yīng)速度加快，腐蝕加劇；而且溫度對鈍化膜也有影響，往往在一個(gè)溫度生成的膜在另一個(gè)溫度會被溶解，高溫下鈍化變得困難，腐蝕則加劇。各類管線運(yùn)行溫度均在35 ℃～50 ℃，溫度因素對腐蝕速率影響不大，測試腐蝕速率＜0.119 mm/a（見表5）。

2.3 礦化度對腐蝕速率的影響

用A 區(qū)塊長2 層位采出水作腐蝕介質(zhì)，隨著礦化度的增大，腐蝕速率先增大后減小，且在礦化度達(dá)到40 000 mg/L 時(shí)，腐蝕速率達(dá)到最大。A 區(qū)塊礦化度普遍在30 000 mg/L～50 000 mg/L，涉及集油管線3 條、出油管線41 條、站點(diǎn)4 座，測試腐蝕速率＞0.13 mm/a（見表6）。

2.4 Cl-含量對腐蝕速率的影響

用A 區(qū)塊長2 層位采出水作腐蝕介質(zhì)，隨著Cl-濃度的增大，20#鋼的腐蝕速率逐漸增大。隨著Cl-濃度的增大，一方面介質(zhì)的電導(dǎo)率增加，使腐蝕加速；另一方面由于Cl-半徑小、穿透能力強(qiáng)，會破壞金屬表面已經(jīng)形成的腐蝕產(chǎn)物膜，促進(jìn)膜下坑蝕的繼續(xù)進(jìn)行，加速腐蝕。A 區(qū)塊Cl-含量普遍在30 000 mg/L 以上，涉及集油管線3 條、出油管線44 條、4 座站點(diǎn)，測試腐蝕速率＞0.122 mm/a（見表7）。

2.5 pH 值對腐蝕速率的影響

用A 區(qū)塊長2 層位采出水作腐蝕介質(zhì)，當(dāng)介質(zhì)pH值＜8.0 時(shí)，隨pH 值的降低，試片腐蝕速率明顯增大；當(dāng)介質(zhì)pH 值＞8.0 時(shí)，隨pH 值的升高，試片腐蝕速率基本不變。A 區(qū)塊采出水pH 值為5.5，涉及集油管線3條、站點(diǎn)3 座。總體pH 值對腐蝕速率的影響大，測試腐蝕速率0.13 mm/a～0.148 mm/a（見表8）。

2.6 細(xì)菌、硫含量對腐蝕速率的影響

油田采出水中含有大量細(xì)菌，嚴(yán)重影響著輸油系統(tǒng)的腐蝕。其中硫酸鹽還原菌危害最為嚴(yán)重，其產(chǎn)物H2S 對金屬腐蝕嚴(yán)重，其次是腐生菌及鐵細(xì)菌。

硫酸鹽還原（SRB）腐蝕主要是在氫化酶的催化作用下，可在金屬表面上的陰極部位把SO42-還原成S2-和O2-，O2-在陰極，使吸附于陰極表面的H+去極化生成H2O，加劇了腐蝕反應(yīng)的發(fā)生。

表6 20#鋼的腐蝕速率與礦化度的關(guān)系

表7 20#鋼的腐蝕速率與Cl-含量的關(guān)系

表8 20#鋼的腐蝕速率與pH 的關(guān)系

鐵細(xì)菌（FB）是一種厭氧還原菌，它能夠分泌出大量的黏性物質(zhì)，會造成部分注水井和采出水過濾器堵塞，并可以形成溶液濃差腐蝕的電池，同時(shí)可以給SRB的繁殖提供局部的厭氧區(qū)。

2.7 SO42-含量對腐蝕速率的影響

產(chǎn)出水中溶有的SO42-對腐蝕具有較大影響。一般來說，隨著SO42-含量的增加，腐蝕速率增大。A 區(qū)塊管道輸送介質(zhì)中硫酸根離子平均濃度約為4 000 mg/L。

3 聚乙烯內(nèi)襯管現(xiàn)場試驗(yàn)

3.1 管道選取

E 至F 集油管道投運(yùn)于2013 年7 月，輸含水油（Q=200 m3/d，F(xiàn)w=62 %，P=1.2 MPa，T=30 ℃）至F，管線規(guī)格：20#-76×4.5 mm～4.5 km，管道無內(nèi)防腐，投運(yùn)至今已破漏7 次，為提高管道完整性管理水平，將該管道作為該技術(shù)實(shí)施對象。

2016 年5 月26 日，進(jìn)行超聲波檢測技術(shù)，管道整體腐蝕程度中，最大腐蝕速率0.768 mm/a，最大壁厚損失率48.44 %，建議1.69 km 管段立即更換，1.55 km 管段立即進(jìn)行內(nèi)防腐處理且在0.9 年內(nèi)更換。

該管道距離S303 省道148 m，途徑農(nóng)耕地，管道中心線兩側(cè)有農(nóng)戶聚集，管道屬于Ⅲ級地區(qū)，管道失效波及范圍大、產(chǎn)生社會影響大。

3.2 聚乙烯管道內(nèi)襯技術(shù)工藝原理

管道內(nèi)穿插聚乙烯內(nèi)襯管技術(shù)[1]是使用一種外徑與原管道內(nèi)徑相同的內(nèi)襯管，經(jīng)多級等徑壓縮，暫時(shí)減小該管的外徑，經(jīng)牽引機(jī)將該管拉入清洗、除瘤后的管道內(nèi)；當(dāng)內(nèi)襯管完全進(jìn)入主管道后，經(jīng)過一段時(shí)間自體恢復(fù)，內(nèi)襯管慢慢與原管道內(nèi)壁緊緊地貼合在一起，形成防腐性能與原管道的機(jī)械性能合二為一的一種“管中管”復(fù)合結(jié)構(gòu)。

3.3 用到的設(shè)備

牽引機(jī)、發(fā)電機(jī)組、縮徑機(jī)、空壓機(jī)、熱熔焊機(jī)、內(nèi)襯管變徑穿插、除垢器。

3.4 施工步驟

（1）目標(biāo)管道路由、位置探測，利用管道探測儀，對目標(biāo)管道進(jìn)行探測。

（2）開挖作業(yè)坑，在各段的兩端開挖操作坑，開挖深度以低出管底50 cm 為標(biāo)準(zhǔn)，作業(yè)坑內(nèi)敷設(shè)防滲膜免清出的油污及殘液污染周邊環(huán)境。

（3）目標(biāo)管段分段切割、除垢，在清管施工段的兩端提前分別固定牽引機(jī)1 臺，由鋼絲繩拉動管內(nèi)除瘤器，將管道內(nèi)的垢物及沉積物剝離并清出管外；達(dá)到內(nèi)壁基本無垢、無雜物、無尖銳毛刺。

（4）內(nèi)襯管分段熱熔連接預(yù)制，內(nèi)襯管材焊接采用熱熔對接焊接方法。

（5）內(nèi)襯管分段試壓，為確保預(yù)制的內(nèi)襯管本體和熱熔焊接處質(zhì)量過關(guān)，在穿插前用壓風(fēng)車對預(yù)制管進(jìn)行試壓，試壓壓力0.1 MPa，穩(wěn)壓30 min 不降為合格。

（6）內(nèi)襯管分段穿插，將牽引頭固定在內(nèi)襯管的首端，接好牽引纜繩。啟動牽引機(jī)，均勻牽引（速度控制在8 m/min～12 m/min），內(nèi)襯管通過縮徑機(jī)縮徑后進(jìn)入目標(biāo)管道。伸出量預(yù)留10 m，用于內(nèi)襯管回縮，為后續(xù)微量回縮、端口處理和連接使用。

（7）內(nèi)襯管管徑恢復(fù)，內(nèi)襯管縮徑采用滾壓縮徑內(nèi)襯法[2]，襯入主管道后，內(nèi)襯管將沿管徑各個(gè)方向均勻膨脹，直到與主管道內(nèi)壁貼緊。

（8）內(nèi)襯管電熔套連接，內(nèi)連、外焊、注漿。

（9）內(nèi)襯管全線連接、試壓、原建管連接部位防腐，回填操作坑、驗(yàn)收投運(yùn)。

3.5 運(yùn)行參數(shù)

與未實(shí)施內(nèi)襯之前管道運(yùn)行參數(shù)：Q=11 m3/h，P=0.7 MPa～1.0 MPa，T1=50 ℃，T1=35 ℃。內(nèi)襯實(shí)施完后，12月20 日投運(yùn)，管道運(yùn)行參數(shù)：Q=10 m3/h，P=0.8 MPa～1.2 MPa，T1=50 ℃，T1=35 ℃。內(nèi)襯管道已運(yùn)行3.5 年，無破漏，運(yùn)行穩(wěn)定，管道內(nèi)徑縮小5 mm～6 mm，并不影響管道正常運(yùn)行。

經(jīng)公式（1）、（2）測算，內(nèi)徑60 mm 的管道整體水頭損失為58.5 m＜外輸泵揚(yáng)程（600 m、400 m），管道可正常運(yùn)行。

式中：h1-沿程水頭損失，m；L-計(jì)算管段的長度，m；i-單位管長水頭損失，m/m。

式中：Q-管段流量，m3/s；d-管道內(nèi)徑，m。

4 聚乙烯管道內(nèi)襯技術(shù)效益評價(jià)

當(dāng)管道頻繁失效，影響正常生產(chǎn)運(yùn)行，可以通過更新管道或者實(shí)施管道內(nèi)襯技術(shù)對管道治理，聚乙烯管道內(nèi)襯技術(shù)可以在新建管道、舊管道實(shí)施。

4.1 費(fèi)用投資方面

通過表9 投資差值對比，不同管徑下，聚乙烯管道內(nèi)襯技術(shù)比管道更新單千米投資少，經(jīng)濟(jì)效益較高。具體如下：φ76 管道更新較聚乙烯管道內(nèi)襯技術(shù)投資差值0.45 萬元/千米，φ89 管道更新較聚乙烯管道內(nèi)襯技術(shù)投資差值0.9 萬元/千米，φ114 管道更新較聚乙烯管道內(nèi)襯技術(shù)投資差值1.96 萬元/千米（見表9）。

表9 不同管徑管道更新與內(nèi)襯管道價(jià)格差值表

目前全廠共有集輸管道154 條1 060 km，其中有37 條347.5 km 管道未實(shí)施內(nèi)防腐，不同程度有破漏現(xiàn)象。若進(jìn)行管道更新需要投資7 300 萬元，做聚乙烯管道內(nèi)襯需投資6 950 萬元，預(yù)計(jì)節(jié)約費(fèi)用350 萬元。

4.2 使用壽命方面

4.2.1 同一條管道橫向?qū)Ρ鹊墓艿朗闆r E 至F集油管道實(shí)施內(nèi)襯技術(shù)是從站外10 m 至F 開始實(shí)施，投運(yùn)至今，內(nèi)襯管段未發(fā)生失效，但未實(shí)施內(nèi)襯管段2019 年11 月20 日發(fā)生破漏1 次，腐蝕原因是管道本體腐蝕嚴(yán)重。

4.2.2 與Q 至F 集油管道縱向?qū)Ρ?Q 至F 集油管道投運(yùn)于2015 年7 月，主要輸送介質(zhì)A 區(qū)塊長2 含水油，輸送液量180 m3/d，綜合含水66 %，管道HCC內(nèi)防腐，管道規(guī)格：L245N-φ76×4 mm～2.3 km，已服役4.5 年，投運(yùn)至今管道發(fā)生破漏2 次，腐蝕原因是管道本體腐蝕嚴(yán)重。2019 年8 月檢測該管道腐蝕速率0.244 mm/a，壁厚損失率27.5%、剩余最小壁厚2.9 mm，管體腐蝕程度重。

HCC 內(nèi)防腐使用年限大約5 年，管道開始發(fā)生失效，聚乙烯管道內(nèi)襯已運(yùn)行3.5 年未發(fā)生失效。內(nèi)襯管道耐磨性能優(yōu)異、使用壽命長，經(jīng)測試，內(nèi)襯管的耐磨性為鋼管的4 倍，使用壽命長達(dá)50 年。無內(nèi)襯鋼制管道使用壽命5～10 年。因此，內(nèi)襯技術(shù)可提高管道的服役年限，降低了管道失效率，提高了管道完整性管理水平。

4.2.3 管道施工方面 管道內(nèi)襯技術(shù)非開挖原位修復(fù)，只需挖作業(yè)坑，無需全路由開溝，工作面簡單，地下穿越可避免對交通、建筑物和特殊地區(qū)的影響。管道更新施工過程中，工作面要求復(fù)雜，管線全線開溝。

4.2.4 管道防垢防蠟效果 內(nèi)襯管材化學(xué)穩(wěn)定性好，一般的酸、堿等因素都不會使其腐蝕或損壞，也不會滋生細(xì)菌、微生物或結(jié)垢生銹，管材本身無毒，具有很好的防垢、防蠟特性。

4.2.5 管道腐蝕速率 聚乙烯內(nèi)襯管道可克服輸送介質(zhì)的含水率、溫度、礦化度、Cl-、SO42-對腐蝕速率的影響，可一定程度降低管道腐蝕速率。

5 結(jié)論與認(rèn)識

5.1 管道內(nèi)襯技術(shù)應(yīng)用于“雙高”管道

對于高后區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)管道，比如S303 省道、G307國道、鐵路等重要交通線路，八里河、河口等重要河流，人口稠密區(qū)，建議在胡X 增至胡Y 轉(zhuǎn)集油管線（管道兩側(cè)各50 m 內(nèi)有鐵路，穿越）、胡S 計(jì)至胡D 轉(zhuǎn)集油管道（管道起點(diǎn)500 m 處穿越吳定高速、303 省道，管道起點(diǎn)600 m 處穿越店子坪河道）等23 條“雙高”管道可應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)。

5.2 高含水、結(jié)垢腐蝕嚴(yán)重的管道

對于高含水、結(jié)垢嚴(yán)重管線可以推廣使用。

5.3 提高管道修復(fù)技術(shù)投資占比

為響應(yīng)油田公司管道完整性管理要求，提高管道修復(fù)技術(shù)投資占比，應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)可在“雙高”管道上，一次性投入，提高管線服役年限，降低了管道失效率，提高了管道完整性管理水平。

總之，聚乙烯管道內(nèi)襯技術(shù)適用于新建管道、舊管道，能夠提高管道服役年限，降低管道失效率，延緩管道腐蝕速率，耐磨性能優(yōu)異、使用壽命長，費(fèi)用投資較HCC 內(nèi)防腐低，經(jīng)濟(jì)效益可觀，目前國際油價(jià)下跌，與油田公司“降本增效”管理理念相一致。但該技術(shù)存在弊端，比如該技術(shù)對管徑要求D≥φ76，對于小管徑管道施工難度大，還需進(jìn)一步攻關(guān)。