（石油与天然气工程专业论文）在役天然气管线及分离器腐蚀分析与研究.pdf

中文摘要 论文题目： 专业： 硕士生： 指导教师： 在役天然气管线及分离器腐蚀分析与研究 石油与天然气工程 华忠志( 签名) 吴新民( 签名) 张书成( 签名) 摘要 天然气管线是气田采、集、输工艺过程的主要组成部分，分离器是初步脱出天然气 中所携带的地层水的主要设备。随着靖边气田不断开发，加之产出的天然气中存在酸性 气体及所携带的高矿化度层水，导致在役天然气管线及分离器均存在一定程度的腐蚀现 象。天然气管线或分离器一旦发生腐蚀穿孔，必将会对周边群众和站内工作人员的生命 财产造成威胁，且会对环境造成一定的污染。 对于在役产出的天然气，具有含高c 0 2 、中低h 2 s 含量、高产水、高矿化度等特征， 为及时了解采气管线、集气支干线及分离器的腐蚀状况，近年来开展了天然气管线及集 气站内分离器的腐蚀分析及研究工作。 本课题通过对高c 0 2 、中低h 2 s 含量、高产水、高矿化度气井的采气管线、集气支 干线及分离器进行腐蚀检测和分析，掌握腐蚀现状，并对引起在役天然气管线及分离器 腐蚀的原因进行分析；进一步研究在役采气管线、分离器和集气支干线的腐蚀防护措施， 得出分离器现采用7 0 0 n a a n x l o o m m x l o m m 规格的纯锌板牺牲阳极防护措施具有一定的 效果，为靖边气田天然气管线及分离器的安全运行提供指导性意见。 关键词：天然气管线分离器腐蚀分析 论文类型：应用研究 英文摘要 s u b j e c t ：t h ei ns e r v i eg a sp i p e l i n ea n ds e p a r a t o rc o r r o s i o na n a l y s i sa n dr e s e a r c h s p e c i a l i t y ：o i la n dg a se n g i n e e r i n g n a m e ：h u a z h o n g z h i ( s i i n s t r u c t o r ：w ux i n m i n ( s z h a n gs h u c h e n g ( s i g n a t u r e ) a b s t r a c t n a t u r a lg a sp i p e l i n e sa n ds e p a r a t o r sa r et h em a i nc o m p o n e n ti nn a t u r a lg a sp l a n t w i t h t h ed e v e l o p m e n to ft h eg a ss e c t i o n ，a n dn a t u r a lg a so u t p u ti na c i d i cg a sa n dc a r r i e db yt h eh i g h s a l i n i t yw a t e rb o a o m ，g a sp i p e l i n ea n dt h eg a ss e c t i o ns e p a r a t o r sh a v ec e r t a i nc o r r o s i o n p h e n o m e n a i f c o r r o s i o np e r f o r a t i o n sh a p p e ni ng a sp i p e l i n e so rs e p a r a t o r s ，i tw i l lb e t h r e a t e nt ot h el i f ea n dp r o p e r t y ，a n de n v i r o n m e n t t og r a s pt h eg a sp i p e l i n ec o r r o s i o ns t a t u s a n ds e p a r a t o ri nt i m e ，t h en a t u r a lg a sp i p e l i n e sa n dt h es e p a r a t o r s c o r r o s i o na n a l y s i sa n d r e s e a r c hw o r k sh a v eb e i n gd o n e i nt h i sa r t i c l e ，b a s e do nn a t u r a lg a sp i p e l i n ea n ds e p a r a t o r s c o r r o s i o nd e t e c t i o na n d a n a l y s i s 。n a t u r a lg a sp i p e l i n e a n ds e p a r a t o r s c o r r o s i o ns i t u a t i o na r em a s t e r e d ，a n dt h e c o r r o s i v ef a c t o r sa n a l y s i sa n dp r o t e c t i v em e a s u r e sa r ed i s c u s s e dt h a tp r o v i d eg u i d a n c eo p i n i o n a n ds u g g e s t i o no nn a t u r a lg a sp i p e l i n ea n ds e p a r a t o r s s a f e t yo p e r a t i o ni nj i n g b i a ng a s f i e l d t h r o u g ha n a l y s i sz a i y ie x t r a c t o r , f o u n dt h a t7 0 0 m m x 10 0 m m x10 m mf o r m a ts a c r i f i c i a l z i n ca n o d ep r o t e c t i v em e a s u r e sh a se f f e c t i v ea c t i o n i ti sv e r yu s e f u lf o rt h es a f eo p e r a t i o no f n a t u r a lg a sp i p e sa n de x t r a t o r s k e y w o r d s ：t h en a t u r a lg a sp i p e l i n es e p a r a t o r c o r r o s i o n a n a l y s i s t h e s i s ： a p p l i c a t i o nr e s e a r c h 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：兰酗日期：尘；：丛三l 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录 到中国学位论文全文数据库并通过网络向社会公众提供信息服务。本人离校后发表 或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大 学。 论文作者签名： 导师签名： 勉 秘弛 注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出( 含解密年限等) 。 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究的目的及意义 靖边气田于1 9 9 7 年9 月建成投产。截至2 0 0 8 年底，靖边气田共建成集气站9 0 座， 配气站2 座，天然气净化厂3 座。共有天然气双筒卧式分离器2 7 8 台；天然气集输干线 9 条、集气支线8 3 条、一净二净联络线1 条、采气管线6 4 4 条。 天然气管线及分离器是气田生产运行的关键。近年来，随着气田生产开发过程的不 断进行，地层产出高矿化度水逐渐增多，产出流体性质也发生了较大的变化。而高矿化 度产水对天然气管线和分离器具有极强的腐蚀性，天然气管线或分离器一旦发生腐蚀穿 孔，必然会影响管线周边群众和一线工作人员的生命财产安全，且会对环境造成一定的 污染，因此存在一定的安全环保隐患。开展天然气管线及分离器研究工作，确定有效的 腐蚀防护措施，对气田的安全平稳生产具有重大意义。 本文通过了解靖边气田在役天然气管线及分离器的运行状况，掌握其腐蚀现状，分 析其腐蚀机理，针对目前的腐蚀现状提出相应的腐蚀防护措施，减缓在役天然气管线及 分离器的腐蚀状况，确保其安全平稳运行。 1 2 国内外研究现状 随着国内外油气田的开发，油气田设备及管线因腐蚀破坏而造成的穿孑l 、开裂等泄 漏事故时有发生【l 一1 ，设备及管线的安全运行越来越受到人们的重视。如何了解油气田设 备及管线的腐蚀状况、掌握其腐蚀机理【4 4 j ，并开展针对性的腐蚀防护与安全评价工作已 成为国内外油气田安全生产和降低石油及天然气生产成本的关键所在。 目前，国内外关于设备及管线的腐蚀检测、腐蚀机理分析、安全性评价及腐蚀防护 的方法很多，美国评价腐蚀管线的b 3 1 g 准则就是其中之一，但由于该法偏于保守，一 些学者针对b 3 1 g 准则偏于保守这一不足，在考虑轴向载荷、弯矩、腐蚀宽度以及腐蚀 缺陷螺旋角对管线的影响等因素基础上【6 母】，提出了不同的腐蚀管线评价方法，形成新的 评价准则【1 0 】，有限元分析方法、基于弹塑性理论极限的分析方法和基于可靠性理论的可 靠性评价方法等。 金属在油气田水中的腐蚀过程是电化学腐蚀。纯水对大部分金属虽然并不会引起明 显的腐蚀，但是含有大量的杂质的油气田水对大部分金属却会产生严重的腐蚀。油气田 水中的溶解盐类对金属腐蚀有很大的影响，其中最主要的就是氯化物。另一类最常见的 引起金属腐蚀的物质是水中溶解的氧气、二氧化碳和硫化氢气体。此外，油气田水中存 在的硫酸盐还原菌等微生物也会导致严重的腐蚀。 腐蚀产物的性质对金属腐蚀速度有很大的影响。如果腐蚀产物是可溶的如硫酸锌、 硫酸铁等，这类腐蚀产物没有保护作用。然而，有些腐蚀产物是不溶性的，它们附着在 金属表面上就有可能产生保护作用( 只有完整、致密而又牢固地粘附在金属表面上的不 西安石油大学硕士学位论文 溶性腐蚀产物才会有保护作用) 。如果不溶性的腐蚀产物是疏松而且不均匀的，则这种腐 蚀产物非但没有保护作用，反而会使腐蚀产物覆盖住的局部金属表面和未被覆盖住的表 面处于不同状态，造成了危害性更大的局部腐蚀。 电化学腐蚀又分为全面腐蚀和局部腐蚀。如果腐蚀分布在整个金属表面上，就称之 为全面腐蚀。全面腐蚀可以是均匀的，也可以是不均匀的。局部腐蚀的阴、阳极通常可 以宏观地辨别出来，并具有各自的电位，由腐蚀电流引起的溶液内部的电位降不可忽视， 因此整个金属表面不可能具有一个等同的腐蚀电位。同时腐蚀产物在阴、阳极外其它部 位上形成，显然在这种情况下，腐蚀产物就不可能有保护作用。局部腐蚀和全面腐蚀的 比较见表1 1 。 表1 1 局部腐蚀与全面腐蚀的比较 全面腐蚀局部腐蚀 a 阴极和阳极并不分离：a 阴极和阳极相互分离； b 阴极面积= 阳极面积= 电极面积； b 阴极面积一般大于阳极面积： c 阴极电位= 阳极电位= 腐蚀电位； c 罔极电位 阴极电位； d 腐蚀分布在整个金属表面上；d 腐蚀集中在局部区域，在腐蚀的周围 e 腐蚀产物有保护： 区域由于电子流入而极化，得到了阴极保护； e 腐蚀产物无保护； 1 2 1 腐蚀的影响因素研究 金属的局部腐蚀比全面腐蚀更危险，腐蚀面积越小，点蚀越深，危害性就越大。金 属在生产实际中所遇到的腐蚀往往都伴随有不同程度的点蚀现象。结合油气田水的情况， 常见的腐蚀形式有：电偶腐蚀、缝隙腐蚀、孔蚀、应力腐蚀、选择性腐蚀、晶间腐蚀、 磨蚀和空蚀、氢危害。影响油气田水腐蚀性能的主要因素有：溶解氧、二氧化碳、硫化 氢、氯离子、p h 、温度等。 a 二氧化碳的影响当水中有c 0 2 时，水呈酸性反应，此时，水中旷的增多， 会产生氢去极化腐蚀。c 0 2 造成的腐蚀速率与温度、压力等因素关系密切，一般情况下， 温度升高，碳酸的电离度增大，矿会随之增大：c 0 2 分压增大，矿也会随之增大，从而 加剧腐蚀。这种腐蚀没有腐蚀特征是金属表面没有腐蚀产物，腐蚀速度很快。 b 硫化氢的影响 硫化氢腐蚀具有独特的侵略性，可通过电化学腐蚀和氢脆而 使设备腐蚀损坏。h 2 s 对金属的腐蚀速率与温度、压力、流速及介质p h 值相关联。h z s 产生腐蚀速率主要取决于腐蚀介质的p h 值的变化，不同的p h 值可导致显著不同的腐蚀 和氢鼓泡损伤。1 ) 当p h 值低于4 5 时，发生酸性腐蚀并产生，腐蚀速率随p h 的降低 而急剧增加。2 ) 当p h 值为4 3 6 0 时，腐蚀速率和氢渗透缓慢。3 ) 当p h 值为6 0 8 0 时，因腐蚀形成的硫化铁膜不完整，腐蚀速率反而会增加，但无氢鼓泡发生。4 ) 当p h 值大于8 时，腐蚀速率非常低，并形成有保护作用的硫化铁膜，无氢鼓泡发生。 第章绪论 c 氯离子的影响一直以来，有关氯离子对钢铁腐蚀电化学行为影响本质的争 议较多。尽管c l 。本身并不是一种电极反应的去极化剂，但它在钢铁腐蚀过程中却占有极 其重要的地位。一般认为，c l 。浓度只有达到一定程度以上点蚀才可以发生，这一临界浓 度和材料有本质上的联系。例如：只有当溶液中的c l 浓度超过1 0 m o l l 时，c r 2 9 4 的 铁铬合金在( h 2 s 0 4 + n a c ! ) 的溶液中才会发生点蚀。 d p h 的影响当水的p h 4 时，碳钢表面的氧化膜完全溶解，钢表面的p h 下降， 钢表面直接与酸性介质接触，这时，钢表面发生两个去极化反应( 氢去极化反应和溶液 中的氧去极化反应) ，此时发生的是均匀腐蚀。而溶液的p h 为1 0 - - 1 3 时，碳钢表面的p h 上升，使表面的旺f e 2 0 3 转化为具有钝化性能的1 , - f e 2 0 3 ，腐蚀速率下降。若p h 继续上 升，则因下述反应而使腐蚀速率上升： f e ，o 。( 钝化膜主要成分) + 4 n a o h 寸2 n a f e 0 2 + n a ，f e 0 2 + 2 h 2 0 在盐水溶液中，溶液的腐蚀速率在p h 为4 l o 范围内，随着p h 的升高，腐蚀速率 下降，其中，当p h 为7 0 8 5 时，腐蚀速率最低。 e 温度的影响一般温度升高，反应速度加快，因此，水中碳钢的腐蚀速率也 加快，且温度每升高3 0 。c ，腐蚀速率加快l 倍。但温度升高同时又会加快钝化膜的形成， 降低腐蚀速率。因此，温度对腐蚀的影响需综合考虑。 对于不同水系统的腐蚀问题，常采用不同的解决措施。对于类似米脂天然气回注水 的敞开式水系统，根据水质和工况条件的不同，国内外普遍采用的方法有：有物理和化 学方面两大类。物理方法即通过选材( 选择耐蚀金属或非金属材料) 、涂敷、搪、衬( 在 金属表面覆盖一层耐蚀非金属材料) 等方法来提高金属对腐蚀介质的耐腐蚀性或将腐蚀 介质与金属分离开来，以此来解决系统的腐蚀问题：对于系统已建好、水质和工况类似 第一净化厂回注水的腐蚀问题，则更多采用化学方法，即在腐蚀介质中投加化学添加剂， 也就是平常所说的缓蚀剂，在金属表面形成一层钝化膜或沉积膜，以此来降低水对金属 的腐蚀；目前，国内外也有采用电化学、电磁、调节水的酸度等方法来解决水系统的腐 蚀问题，但均有其特定的应用环境，应用效果不是太理想而未被广泛应用。 综上所述，针对敞开式系统的腐蚀问题，国内外目前普遍采用的方法均是通过添加 化学药剂的方法进行解决，即根据水质的不同( 或通过预处理改变水质后) ，选用适宜的 缓蚀剂进行解决。 1 2 2国内外常用的腐蚀防护措施 国内外常用的腐蚀防护措施有下面几种： a 采用缓蚀剂防腐采用缓蚀剂防腐主要是利用缓蚀剂的防腐作用来达到减缓 油管腐蚀的目的。其防腐效果主要与井况、缓蚀剂类型、注入周期、注入量等因素有关。 该技术成本低，初期投资少，但工艺复杂，对生产影响较大。 3 西安石油大学硕七学位论文 缓蚀剂有两种注入方式： ( 1 ) 间歇式注入方式：将缓蚀剂自油管内注入后，必须关井一段时间后才能开井( 处 理周期一般为2 3 个月) ，因此，对生产有一定的影响。 ( 2 ) 连续式注入方式：主要通过油套环或环空间的油套管及注入阀将缓蚀剂连续注 入井内或油管内，油气井不需关井，因此，对生产影响较小。 b 使用涂镀层管材使用涂镀层油管主要是靠涂镀层隔绝油管与腐蚀介质的接 触来达到防腐的效果，其防腐效果与涂层或镀层材料及工艺技术水平有关。该技术对油 气井的生产影响较小，工艺简单而且成本一般不会很高。但是油管接头在加工时容易存 在涂层被破坏的“漏点”，这必然会加重“漏点”处的腐蚀，对油管整体的防腐效果不利。 c 使用普通碳钢管使用普通碳钢管，并在其寿命期限内更换油管、套管、管 柱。该措施须频繁更换油管，对油气井生产影响很大，但生产初期基本不增加防腐费用， 这种方法比较适合开采年限较短的油气田。 d 使用耐蚀合金钢管材该类管材主要依靠自身的耐腐蚀性能抵抗c 0 2 腐蚀。 国外在含c 0 2 的油气井中一般采用含c r 铁素体不锈钢管( 9 1 3 c r ) ；在c 0 2 和c l - 共存的严重腐蚀条件下用含c r 、m n 、n i 的不锈钢( 2 2 0 o , - , 2 5 c r ) ，用n i 、c r 合金或t i 合金作油套管用以代替中碳( 0 。2 加4 c ) m n 、m o ( 加微量n b 、v 、t i ) 低合金热轧 无缝管或高频直缝焊管。 此类管材在其有效期内，无需其它配套措施，对油气井生产作业无影响，且工艺最 简单，但初期投资很大。 e 使用玻璃钢或塑料管材玻璃钢管道在国外已得到广泛使用，在国内应用不 多。塑料管材不仅耐腐蚀，而且制造工艺简单，有利于环保，是一种有发展前途的新型 油田用管。 目前使用最多的是聚乙烯管材，聚乙烯管因其承载能力低而使其应用受到限制，但 有两种类型的塑料管得到了广泛的应用： ( 1 ) 加内衬钢管，由聚乙烯管在钢管内拔制而成； ( 2 ) 强力聚乙烯管，由缠绕柔韧材料( 金属丝、带、纤维) 的玻璃钢外壳和加金属 的内壁制成。塑料管材在油气田上的应用已取得了良好的效果，今后塑料管材会得到更 广泛的应用。 阴极保护阴极保护包括牺牲阳极法和强制电流保护法： ( 1 ) 牺牲阳极法：将被保护金属和一种可以提供保护电流的金属或合金( 即牺牲阳 极) 相连，使被保护体极化以降低腐蚀速率。 ( 2 ) 强制电流保护法：将被保护金属与外加电源负极相连，由外部电源提供保护电 流，以降低腐蚀速率。 在油田防腐上，主要是利用牺牲阳极的方式来保护并下管柱( 一般用于保护套管) 免受腐蚀，但其操作工艺复杂，方案设计时所需基本参数要求准确，且易受现场环境影 4 第一章绪论 响，很难达到最佳的防腐效果，作业成本也较高。 g 使用镀铝钢材料镀铝钢具有良好的耐热性、耐腐蚀性、特别是具有优异的 耐硫化( s 0 2 、h 2 s ) 腐蚀性，比玻璃钢、不锈钢、合金钢等更经济；而且研究表明：在 其中加入适量稀土可以使其抗腐蚀能力进一步提高。镀铝钢作为油气井管材的应用被预 见将是一个广阔的研究领域。 1 3 本文研究的主要内容 ( 1 ) 在役天然气管线及分离器腐蚀情况调研，资料收集整理； ( 2 ) 在役天然气管线及分离器腐蚀产物分析； ( 3 ) 分析在役天然气管线及分离器产生腐蚀的主要原因，对其进行腐蚀检测，确定 管线腐蚀现状； ( 4 ) 在役天然气管线检测及评定； ( 5 ) 在役分离器定期检测与维护研究。 西安石油人学硕士学位论文 第二章在役天然气管线腐蚀原因分析与研究 2 1 在役天然气管线腐蚀现状 管线运输是石油、天然气运输采用的主要方式。目前，在我国近7 0 的原油、1 0 0 的天然气是通过管线来进行运输的。由于输送管线穿越地域广阔，服役环境复杂，位 置隐蔽，一旦发生失效破坏，往往造成巨大的经济损失，导致人身伤亡等灾难性事故， 对环境也会造成很大的破坏。据统计，我国现有的长距离油气输送管线中已有7 0 进入 了事故多发期，每年因为管线老化造成的管线事故十分频繁，存在着极大的潜在危险。 在役管线的安全运营是管线主管部门和现场生产运营部门极为关注的问题。根据长 输管线全线腐蚀检测结果和管线局部开挖腐蚀检测的缺陷数据，适时对管线不同腐蚀区 段进行剩余强度及其安全评价和剩余寿命的预测，明确事故隐患的薄弱区段，有针对性 地采取视情性维修措施，保证长输管线运营的安全性，是实施管线安全运营动态管理的 重要内容。同时，对于管线工况的改变，尤其是提压运行条件下能否满足运营安全性要 求，如何确定其合理的运行参数，也属于安全管理的重要内容。另外，随着管线服役年 限的增加，管线腐蚀会继续发展，从现代科学管理角度，动态地对腐蚀管线进行安全性 评价，及时对薄弱区段采取维修措施，确保管线运营整体安全性，是管线运营安全管理 部门及生产运营部门必须要做的工作。因此，对腐蚀管线安全性评价是十分重要的和必 要的，而对在役或报废管线进行腐蚀状况检测是腐蚀管线安全性评价中数据收集的重要 环节。 为了开展在役天然气管线腐蚀分析与研究，选取包括部分管线作为检测分析与评价 的实物进行现场取样，开展腐蚀检测与分析、金属力学性能测试、静水压爆破实验，通 过确定设备及管线腐蚀现状与程度，测试材料各项性能指标的变化，预测剩余寿命。 2 。2 采气管线腐蚀原因分析与研究 近年来，为掌握采气管线的腐蚀情况，2 0 0 3 2 0 0 8 年共对陕5 7 、陕9 0 、陕4 9 、陕 6 2 、g 4 3 8 、g 1 8 1 0 、陕1 5 5 、陕4 2 、陕2 2 4 、陕8 l 、陕1 6 6 、陕1 9 4 、陕1 5 8 、g 4 3 4 、 g 1 3 1 0 等共1 5 条采气管线进行了截取管样检测。 引起采气管线腐蚀的主要因素有气井产水量、气井产出天然气中的酸气含量、管线 在低洼地带的集液、气井产出流体对采气管线局部的冲刷等因素。综合上述因素，选取 具有代表性的一段采气管线进行取样，检测其内壁腐蚀情况和冶金质量，测试单井管线 样品拉伸性能，根据应力腐蚀或氢致裂纹试验和疲劳腐蚀试验结果选定适当的安全评价 模型，分析评价采气管线在目前运行压力下的安全性能。 2 2 1 气井管线样品选取原则 截取采气管线样品井号的选择遵循下列原则：( 1 ) 气井日产水量。干燥环境下，即 第二章在役天然气管线腐蚀原因分析与研究 使存在酸气，金属也较难发生腐蚀，但在潮湿环境下金属会随着介质不同而出现不同类 型的腐蚀。( 2 ) 气质成分。当其它条件接近时，腐蚀程度会随着天然气中酸气含量升高 而增大。( 3 ) 气井投产年限。均匀腐蚀速率和局部腐蚀速率可能随时问延长出现降低趋 势，但金属腐蚀的程度一定会随时间不断增大，选择投产时间长的气井进行检测对预测 其它采气管线寿命具有参考价值。( 4 ) 气井产水矿化度。一般地层水的矿化度普遍较高， 当水中含有氯根时会增强酸气对金属的腐蚀性。 2 2 2 采气管线样品的选取 对已确定准备取样的采气管线，根据采气管线敷设的外部环境，选择在地形高差起 伏较大的低洼地带，截取长度1 5 - - 2 m 的一段的管线样品作为分析检测用。截取管样的 井号如表2 i 所示： 表2 一l采气管线腐蚀调查中选取截取管线样品井数据表 序 井号投产日期 h 2 s 含量 c 0 2 含量矿化度气水比采气管线规格 号 m g m 3 g m l0 4 m 3 m 3o m m i t u t i l 陕5 7 l9 9 3 3 51 3 4 0 06 32 8 40 0 9 2 2 i p 6 0 8 2 陕9 0 l9 9 3 3 51 0 0 7 9 05 92 7 4 6o 1 2 0 6 p 7 6 x 9 3 陕4 9 1 9 9 8 一l l 一2 l5 5 8 6 3 06 01 3 5 5 l0 4 3 8 2 q 0 6 0 8 4 陕6 2 1 9 9 8 1 3 1 4 4 4 o o 5 20 5 30 0 6 8 9 q ，8 9 1 0 5g 4 3 82 0 0 0 1 0 2 75 5 3 05 50 7 40 0 5 90 1 1 4 1 2 6g 1 8 一1 01 9 9 9 1 1 2 73 5 2 1 1 8 02 59 3 5 7o 1 5 5 7 1 0 8 9 x 1 0 7 陕1 5 5 1 9 9 9 11 71 2 0 3 2 06 01 7 2 5 5o 7 1 8 l 1 0 7 6 x 9 8 陕4 2 1 9 9 8 9 1 41 8 8 4 0 05 21 9 2 6 10 1 4 3 5 c p 6 0 8 9 陕2 2 4 2 0 0 0 一1 0 3 01 0 1 4 8 06 10 3 70 0 8 2 8m 1 1 4 1 2 l o 陕8 i1 9 9 3 i i 5 3 9 8 7 05 78 8 6 60 0 6 7 2 q 0 6 0 x 8 l l 陕15 8 2 0 0 0 1 1 3 9 2 9 5 6 6 30 9 30 4 4 5 6 q 6 0 8 1 2陕1 6 62 0 0 3 9 8 3 3 1 4 1 2 4 63 3 l0 6 9 6 6 1 0 6 0 x 8 1 3g 4 3 42 0 0 3 1 3 一1 84 2 56 20 0 00 1 2 8 8 印7 6 9 1 4 陕1 9 4 2 0 0 3 1l 1 26 1 5 8 8 05 16 1 61 7 9 1 48 9 1 0 1 5g 1 3 1 01 9 9 9 一1 3 1 61 2 8 1 8 74 91 2 81 2 4 2 6 9 q ，7 6 x 9 2 2 3 采气管线腐蚀检测结果及分析 有关管线失效原因调研的结果表明，主要有外力、腐蚀和材质( 主要是焊接质量) 三个原因。本项目主要考虑管线的腐蚀失效和材质两个方面的原因。 对可能导致失效的管线的处理方法有降压、更换和限期更换等处理方法，该项目研 究依据国内外关于含缺陷压力管道安全评定推荐的公式，对由腐蚀或材质引起严重缺陷 的管线进行安全评定。 含缺陷压力管道承压计算技术包括：( 1 ) 测试腐蚀和材质上的缺陷；( 2 ) 测试管线 材料的有关力学性能；( 3 ) 调研或测试腐蚀的损伤累计过程；( 4 ) 根据管线规格、测试 工作应力等数据，依如下的技术路线测试有关数据，进行含缺陷采气管线的承压能力计 算工作。 两安石油太学颈1 学位论文 a 管线外表面的绝缘层和管线腐蚀分析 从现场选定的管段外观来看，原琏 工时为了防止管线外壁造成腐蚀，在其补表面喷涂了加强级环氧翰末涂料行了保护，在 焊缝的两侧有5 0 r a m 左右表面以胶粘剂粘着的橡胶进行了保护。通过宏观检测，发现 g 4 3 + 8 井采气管线焊缝的热缩套下存在锈蚀现象，说明热缩套的粘结效果不理想。铺设 较早的陕9 0 井和陕8 l 井管线，外表面涂层局部剥落和形成鼓泡，引起了管线外袭面的 局部出现了蚀坑d 跌5 7 井采气管线表面有一部分聚乙烯胶带脱落进水，表面腐蚀较严重。 g 4 3 4 a ( 直管，下同) 涂层部分绝缘层有损伤脱落现象( 见图2 1 ) ，损伤部位发生了明 显的锈蚀陕1 9 4 a ( 直管，下同) 绝缘层有老化、鼓泡现象( 见图2 - 2 ) ，其他管线外表 完好。 囤2 - l g 4 3 4 a 绝缘层损坏部位圈2 - 2 鹱1 9 4 绝缘雇鼓泡现象 b 管壁内外表面腐蚀的定性评价不同气井产出的天然气r t 2 s 、c o ：含量不 同，采气管线在含矿物质离子水的存在下与天然气中的酸气接触，发生电化学腐蚀，腐 蚀产物如：f e x s 。( 主要有f e 9 s s 、f e 帅sf e s 2 和f e s ) 、碳酸盐等。另外，清除腐蚀产物 后以目铡和5 x 放大镜，测试了管线内外壁腐蚀的宏观形貌。陕1 6 6 、陕1 9 4 a 、g 4 3 m a 、 g 1 3 一1 0 局部处有小于o2 r a m 左右深度的腐蚀蚀坑；陕1 5 5 、g 4 3 8 、陕1 5 8 、g 1 3 1 0 管 线内表面分布着一些浅麻坑：陕5 7 、陕4 9 、g 1 8 1 0 、陕1 5 5 、陕4 2 、g 4 3 4 b ( 弯管 下同) 和陕1 9 4 b ( 弯管，下同) 段井采气管线的内壁表面上有断续的轴向条状沟蚀分 析认为可能是气井生产中带出的地层矿物质( 固体颗粒) 对管线冲刷遗成，其中g i8 - 1 0 和g 4 3 8 的沟蚀堆为严重部分管线内壁腐蚀见图2 - 3 2 6 。 图2 - 3g i8 - 1 0 井管线腐蚀彤貌图2 4 陵i5 5 井管线腐蚀形貌 第二章在役天然气管线腐蚀原因分析与研究 图2 - 5 陕5 7 井管线腐蚀形貌围2 - 6 g 4 3 8 管缝腐蚀形貌 c 焊缝质量评价结果分析肛2 2 1 通过宏观与x 射线探伤检测方法，检测了所有 管线每条焊缝的错边、咬边、内陷、末融合以及气孔和夹渣情况，焊缝腐蚀情况和焊缝 质量评定示于表2 2 。 表2 - 2 采气管线样品的焊接质量评定 不能有深度锄5 m m 2 0 0 罐厚 05 无级 为l7 m m 陕6 3 - l无无 _ 陕6 3 - 2无无 _ 长度3 5 r a m ，深 g 4 3 8) o533 m m级 度2 l 一 陕4 2无 1 i m m i 级 2 一镕，c m 长 无无 无 缀 的夹渣 a 焊缝2 2 r a m 探 无无无1 i 级 b 焊缝25 m m 深 2 处气孔，1 0 r a m 陕1 6 6无无 缓 区域内 陕1 1 5 8 2 m m 深的夹渣无 无 i 级 陕1 9 4 a2 处气孔无无l i 级 胰1 9 4 b密塑气孔无无 级 g 1 3 - t o 6 址气孔无无 级 注：“焊缝两边的厚度不同( 厚度分别是7 “88 2 ) 。 由表2 - 2 看出： ( 1 ) 陕5 7 井和g 4 3 8 井管线存在严重的未融合缺陷： ( 2 ) 陕1 9 4 b 、陕1 6 6 营线有内壁未焊透现象； ( 3 ) g 4 3 - 4 a 、陕1 6 6 、陕1 9 4 a 、g 1 3 1 0 、陕1 5 8 管线有不同程度的气孔和夹渣( 详 见图2 7 ) ： ( 4 ) g 4 3 - 4 b 上的两条焊缝都有咬边缺陷，咬边尺寸分别为c 4 x 22 r a m ， 1 0 m m x 25 r a m 。 两安石油大学硕士学位论文 时陕1 9 4 b x 射线探伤照片( 砷陕1 6 6 x 射线探伤( 0 g 4 3 - 4 a x 射线探伤 ( d ) 陕1 9 4 a x 射线探伤( e ) g 1 3 1 0 管线x 射线探伤( o 陕1 5 8 管线x 射线探伤 图2 - 7 焊缝评定示意图 韦尔考斯基爱勃给出了腐蚀深度与安全性的关系如下： ( 1 ) 当腐蚀深度d 05 t ( 壁厚) 时，可不考虑环向缺陷的影响； ( 2 ) 当05t d 06 t 时，环向缺陷的长度 1 6 ( g d ) ； ( 3 ) 当0 6 t d 08 t 时，环向缺陷的长度 08 t 时，管线拆除或修复。 目前环向缺陷( 未融合) 的深度尚未达到05 t 的程度，根据测试的腐蚀速率和韦尔 考斯基一爱勃给出了腐蚀深度与安全性的关系，对g 4 3 8 井采气管线的安全性进行评定。 陕1 9 4 b 的缺陷槔度d - 2 m m 05 x 1 0 r a m ( 壁厚) ，可不考虑环向缺陷对管线强度的影 响。同理陕1 6 6 的缺陷深度为15 r a m 也可不考虑环向缺陷对管线强度的影响。但是考 虑到在役管线内部腐蚀的存在，会使缺陷加深。因此，在下一节将对缺陷最严重、具有 代表性的陕1 9 4 b 的剩余强度、最大允许承压、安全性以及剩余寿命进行计算。 同时，对于焊缝气孔缺陷最严重、具有代表性的g 1 3 一1 0 管线也将进行安全性分析。 d 腐蚀程度和腐蚀速率的定量测试( 1 ) 测试方法：采用三种方法进行测 试，如下： 游标卡尺测量 将管段分成1 0 个区块，以游标卡尺测量厚度。由于游标卡尺接触的面积大，所以测 试的是管段最厚的厚度，表中记h t 。 第二章在役天然气管线腐蚀原因分析与研究 表2 3 管壁厚度和u 的测试结果 平均腐蚀速率 井号壁厚 ( r a m a ) 1 0 2 0 ，1 0 4 0 ，1 0 2 0 ，1 0 7 0 ，1 0 5 0 ，1 0 4 0 ，1 0 8 0 ，1 0 8 0 ，1 0 7 8 ，1 0 8 4 ， 陕1 9 3 a0 0 9 2 1 0 3 8 ，1 0 3 8 ，l o 3 6 ，1 0 7 2 ，1 0 1 8 ，1 0 1 2 ，9 9 4 ，9 7 8 ，9 9 2 ，1 0 0 0 7 9 6 ，7 。9 4 ，7 9 6 ，8 0 4 ，8 。0 0 ，8 1 4 ，8 1 0 ，7 。9 8 ，8 0 0 ，8 0 0 ，8 1 2 ， 陕1 6 6 0 0 2 5 7 9 6 ，7 9 4 ，8 0 6 ，7 9 4 ，7 8 6 ，7 8 6 ，7 9 4 ，8 0 4 ，8 0 0 8 5 4 ，8 4 4 ，7 7 4 ，7 7 6 ，8 1 2 ，8 1 4 ，8 1 2 ，8 1 4 ，8 1 4 ，8 0 4 ，7 8 4 ， 陕1 5 80 0 2 8 1 8 ，8 1 4 ，8 ，0 4 ，7 7 6 ，7 9 2 ，7 9 0 ，7 8 2 ，8 2 4 ，7 7 8 ，7 6 8 9 3 2 ，9 2 2 ，9 1 0 ，9 1 2 ，8 7 4 ，8 6 4 ，8 9 6 ，8 1 4 ，7 9 2 ，8 2 4 ，l o 2 2 ， 陕1 9 4 b 0 1 6 5 1 0 4 2 ，1 0 8 2 ，1 0 o o ，9 9 2 ，9 8 4 ，9 9 2 ，9 8 2 ，9 6 2 ，9 8 2 9 0 4 ，9 3 8 ，8 9 4 ，8 8 2 ，9 1 8 ，9 1 2 ，9 3 4 ，9 1 0 ，9 4 2 ，9 6 2 ，9 7 2 ， g 4 3 - 4 a0 0 6 8 9 1 8 ，9 5 6 ，9 1 2 ，9 1 0 ，9 3 2 ，9 1 4 ，9 3 8 ，9 3 2 ，9 3 8 l o i o ，l o 1 2 ，l o 0 8 ，1 0 0 8 ，1 0 0 2 ，9 8 2 ，9 8 0 ，l o 0 2 ，9 7 6 ，1 0 0 0 ， g 4 3 4 b0 1 l 9 5 4 ，1 0 0 8 ，9 4 2 ，9 0 8 ，8 8 4 ，9 4 2 ，9 2 2 ，9 1 2 ，9 1 2 ，9 1 6 7 8 8 ，7 8 6 ，7 3 8 ，7 0 8 ，7 5 4 ，7 1 8 ，7 1 4 ，7 4 6 ，7 9 2 ，7 4 4 ，8 0 4 ， g 1 3 1 00 0 4 4 8 1 2 ，8 1 0 ，8 1 l ，8 1 4 ，8 1 2 ，8 1 8 ，8 1 4 ，8 1 4 ，7 8 4 9 1 2 ，9 2 9 ，9 3 2 ，9 0 2 ，9 1 0 ，9 0 3 ，9 2 0 ，9 2 2 ，9 4 2 ，9 4 3 ，8 8 3 ， 陕5 7 0 0 2 3 8 8 7 ，8 9 3 ，9 4 0 ，9 11 8 9 3 ，9 0 l ，8 9 6 ，8 8 7 ，8 9 3 1 0 5 0 ，1 0 6 4 ，1 0 8 0 ，1 0 2 0 ，1 0 6 0 ，1 0 3 0 1 0 6 4 ，1 0 4 8 ，1 0 2 0 ，1 0 ， 陕9 00 0 0 7 1 0 ，1 0 4 6 ，1 0 4 8 ，1 0 5 8 ，1 0 0 l ，1 0 4 6 ，1 0 4 8 ，1 0 5 8 ，1 0 0 l 7 9 5 ，7 9 4 ，7 9 3 ，7 9 6 ，7 9 7 7 9 0 ，7 9 2 ，7 8i ，7 7 1 ，7 8 2 ，8 0 2 ，7 7 6 ， 陕4 9 0 0 0 8 7 9 8 ，7 8 8 ，8 0 l ，7 9 4 ，7 9 6 ，8 0 1 ，7 9 0 ，7 9 6 9 3 0 ，9 2 0 ，9 5 0 ，9 5 2 ，9 2 0 ，9 6 0 9 5 0 ，9 3 0 ，9 2 0 ，9 6 0 ，9 2 8 ，9 3 0 ， 陕6 20 0 3 9 1 8 ，9 1 5 9 2 7 ，9 3 0 ，9 1 7 ，9 1 8 ，9 1 7 ，9 1 5 1 2 5 0 ，1 2 1 6 ，1 2 4 4 ，1 2 6 4 ，1 2 0 6 ，l1 7 0 ，1 2 ，1 2 ，1 2 0 0 ，1 2 2 6 ， g 4 3 8 b0 1 5 3 l1 5 3 ，li 4 2 ，1 1 4 4 1 1 6 7 ，l1 2 5 ，l1 5 3 ，1 1 8 6 ，1 2 3 9 ，1 1 9 6 1 1 9 0 ，1 1 7 0 ，1 1 9 2 ，“8 8 ，1 1 9 0 ，1 1 7 0 ，l1 9 2 ，1 1 8 8 ，1 1 5 5 ，1 1 5 3 ， g 4 3 8 a0 0 3 3 l1 4 7 ，儿4 3 ，1 1 7 9 ，1 1 8 3 ，1 1 8 6 ，l1 9 6 ，1 1 3 7 ，l1 9 l l o 0 0 ，l o 3 2 ，1 0 2 0 ，1 0 1 0 ，1 0 2 0 ，9 8 2 ，1 0 2 0 ，1 0 3 0 ，9 9 2 ，1 0 0 4 ， g 1 8 1 0 0 0 2 4 9 9 1 ，9 9 2 ，1 0 0 4 ，1 0 o o ，1 0 0 l ，1 0 0 3 ，l o 1 3 ，1 0 1 3 9 0 4 ，8 9 6 ，8 9 4 ，8 8 2 ，8 9 4 ，8 9 2 ，9 2 2 ，9 2 0 ，9 1 8 ，9 1 0 ，8 9 2 ， 陕1 5 50 0 0 6 8 8 7 ，8 9 2 ，9 0 3 ，8 9 2 ，9 1 3 ，8 9 l ，9 2 6 ，9 2 0 ，8 9 3 8 6 0 ，8 8 8 ，8 8 2 ，8 8 4 ，8 8 0 ，8 5 0 ，9 0 0 ，8 8 0 ，8 7 6 ，8 7 2 ，8 9 7 ， 陕4 2 0 0 0 6 s 3 6 ，8 9 6 ，8 9 3 ，8 5 2 ，8 5 1 8 9 2 ，8 8 l ，8 6 9 8 。6 8 1 2 0 0 ，1 1 8 8 ，1 1 7 6 ，1 1 8 4 1 1 7 3 ，1 1 6 3 ，1 1 6 0 ，1 1 5 9 ，l1 7 6 ，1 1 7 0 ， 陕2 2 40 0 4 5 1 2 0 0 ，1 1 8 0 ，1 2 3 0 ，1 2 0 4 ，l1 9 8 ，1 1 9 0 ，l1 5 7 ，l1 6 4 8 9 0 ，9 0 4 ，9 2 0 ，9 2 4 ，9 0 2 ，8 8 4 ，8 9 4 ，8 8 0 ，9 2 0 ，9 1 2 6 ，8 7 5 ， 陕8 l 0 0 1 3 8 7 6 ，8 。9 6 ，9 1 9 ，8 8 5 ，8 7 l ，8 7 3 ，8 9 5 ，9 。1 3 ，9 0 l 千分尺测量 两安石油大学硕士学位论文 在上述1 0 个管段的厚度蚀坑或低洼处( 如g 4 3 8 弯管有冲蚀沟处) ，以千分尺测量 这些局部区域的厚度( 最低点壁厚) 。由于千分尺以尖端与管壁接触，所以可以测出局部 腐蚀处管壁的深度，记h 2 。 金相法 在1 0 个单井管线中，陕1 5 5 管段内的蚀坑径向尺寸最大，但是，深度又浅。为了提 高测试精度，在放大1 0 0 倍的金相显微镜下，测试了蚀坑的深度。 ( 2 ) 测试结果 由于没有管线原始厚度，所以测试的最大厚度是经过腐蚀不同时间( 4 年1 1 年) ， 壁厚测试结果如表2 3 所示。 从表2 3 测试结果看出，在1 5 条被测试腐蚀的单井管线之中，陕1 9 4 b 、g 4 3 8 弯 管、g 4 3 5 a 的平均腐蚀速率( 分别为0 1 6 5 、q 1 5 3 和o 1 l m m a ) 较大，看出这与井的酸 气含量和地层水矿化度有关。其余管段平均腐蚀速率较低。 n a c e 在标准r p - - 0 7 7 5 - - 9 1 中对腐蚀程度进行了较为详细的规定，见表2 4 。 根据我国石油部