前  言

海底管道是海洋油氣能源開(kāi)發(fā)和運(yùn)輸?shù)淖钪匾獎(jiǎng)用}，保障其安全平穩(wěn)運(yùn)行極其重要。目前，隨著海洋油氣開(kāi)發(fā)的深入，海管面臨“新舊并存，含水差異、物流交匯、并聯(lián)眾多、介質(zhì)干擾”的顯著特點(diǎn)，管理難度逐漸增大。其中，內(nèi)腐蝕是造成海底管道失效的最重要因素。

因此，如何通過(guò)數(shù)據(jù)收集客觀反應(yīng)腐蝕環(huán)境變化，并利用統(tǒng)計(jì)方法及數(shù)據(jù)分析手段，清晰掌握風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)邏輯，制定更具針對(duì)性和精確性的管控措施，是管理方亟待解決的重要研究議題和技術(shù)攻關(guān)突破方向。

圖1 海底管道內(nèi)腐蝕管理面臨挑戰(zhàn)示意圖

本文基于對(duì)海底管道內(nèi)腐蝕管理的一些淺薄認(rèn)識(shí)，梳理總結(jié)海底管道面臨的內(nèi)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，并嘗試性地提出內(nèi)腐蝕管控策略的相關(guān)思考和建議。內(nèi)容如下：

一、內(nèi)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)類型概述

如前文《海底管道面臨的內(nèi)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)概述》所述，海管內(nèi)腐蝕主要類型如下圖所示：

圖2 海底管道內(nèi)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)類型示意圖

1 CO2腐蝕

油氣田最常見(jiàn)的腐蝕之一，同樣pH下，CO2的總酸度比HCl高，會(huì)引起管道迅速的全面和局部腐蝕，最終造成失效。主要受到溫度、壓力、流速、pH值、介質(zhì)組成、腐蝕產(chǎn)物膜等方面的影響。

2 H2S腐蝕

H2S溶于水中呈酸性，會(huì)造成管壁減薄或局部點(diǎn)蝕穿孔。主要受到材料因素、環(huán)境因素（濃度、pH值、溫度、流速、Cl-）等方面的影響。研究表明微量H2S存在，對(duì)CO2腐蝕是有明顯的抑制作用。

3 微生物腐蝕

油氣田腐蝕管控難度較大的腐蝕類型，通過(guò)材料表面的生物膜中微生物的生命活動(dòng)導(dǎo)致或促進(jìn)材料腐蝕破壞多，多以布局點(diǎn)蝕為主。主要受到生物膜生產(chǎn)期、介質(zhì)組分、砂垢形成的外部環(huán)境等方面的影響。

4 垢下腐蝕

一種金屬表面沉積物形成的局部腐蝕，破壞性極大。當(dāng)管道物流中攜帶淤泥、砂和固體顆粒形成沉積物。在與CO2、H2S、微生物等綜合作用形成“大陰極、小陽(yáng)極”的電偶效應(yīng)，引發(fā)嚴(yán)重點(diǎn)蝕發(fā)生。主要受到固體顆粒、沉積速率和厚度、流速、環(huán)境因素等影響。

5 沖刷腐蝕

流體高速運(yùn)動(dòng)會(huì)破壞金屬表面的保護(hù)膜或腐蝕產(chǎn)物膜，加速腐蝕過(guò)程。如果流體中含有固相顆粒，腐蝕會(huì)更為嚴(yán)重。主要受到材料本身性質(zhì)、溫度、pH、流態(tài)、流速、腐蝕產(chǎn)物膜值、過(guò)流部件形狀等方面的影響。

6 頂部腐蝕

濕氣輸送過(guò)程中，當(dāng)熱傳導(dǎo)使管壁溫度低于水蒸氣露點(diǎn)時(shí)，濕氣中水蒸氣在管道側(cè)壁和頂部生成凝析水。含有酸性氣體或可揮發(fā)腐蝕性物質(zhì)，溶解于凝析水會(huì)對(duì)管道內(nèi)壁造成嚴(yán)重的腐蝕。主要受到冷凝率、液態(tài)、流速、溫度、揮發(fā)性腐蝕介質(zhì)等方面的影響。

二、內(nèi)腐蝕管控路線綜述

基于完整性管理理念，海底管道腐蝕突出“全生命周期”的理念，從“設(shè)計(jì)、評(píng)估、措施、檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、維修”形成管理循環(huán)，類似與PDCA循環(huán)提升思路。從生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)階段來(lái)看，內(nèi)腐蝕管控可嘗試劃分為“感知端、決策段、執(zhí)行端”，如圖2所示：

圖3 海底管道內(nèi)腐蝕管控技術(shù)路線綜述

01 感知端

數(shù)據(jù)具有代表性、持續(xù)性、及時(shí)性、可靠性及可追溯性，力求數(shù)據(jù)背后信息豐富詳實(shí)，為內(nèi)腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和評(píng)估提供最重要依據(jù)；

02 決策端

嚴(yán)格對(duì)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、管理要求等，并匯總行業(yè)專家意見(jiàn)，形成可執(zhí)行、能見(jiàn)效的防腐舉措方案；

03 執(zhí)行端

如現(xiàn)場(chǎng)采用高質(zhì)量清管、高效能藥劑加注，并配合工藝優(yōu)化等手段，將腐蝕決策落地化、成果化，并積累執(zhí)行經(jīng)驗(yàn)。

三、感知端：準(zhǔn)確、詳實(shí)、可靠

1 生產(chǎn)工況數(shù)據(jù)感知

生產(chǎn)工況數(shù)據(jù)包括“正常狀態(tài)下的工況運(yùn)行”和“工況顯著變化運(yùn)行”兩種情況，如圖所示。

圖4 生產(chǎn)工況感知組成示意圖

a）正常狀態(tài)下的工況運(yùn)行

將在此工況基礎(chǔ)上掌握數(shù)據(jù)波動(dòng)基線，并依據(jù)制定常態(tài)化防腐方案和措施。類似于醫(yī)院驗(yàn)血結(jié)果表，只要日常數(shù)據(jù)在波動(dòng)范圍內(nèi)，可以認(rèn)定腐蝕工況環(huán)境未發(fā)生，只要保持高質(zhì)量防腐措施，腐蝕風(fēng)險(xiǎn)可控。

b) 工況顯著變化運(yùn)行

包括如產(chǎn)量增加、含水量、含氣量變化、上游設(shè)施介入、藥劑變更等，都屬于“高速路偏移既定車道”，可能會(huì)造成現(xiàn)有防腐措施效果的降低或者失效。需要對(duì)這種情況做到先知先覺(jué)，盡可能預(yù)判并采取進(jìn)一步的優(yōu)化調(diào)整，確保腐蝕風(fēng)險(xiǎn)可控。一旦長(zhǎng)期偏離，防腐措施未動(dòng)態(tài)優(yōu)化，會(huì)造成難以評(píng)價(jià)的腐蝕累積。

2 腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)感知

目前海洋油氣田現(xiàn)場(chǎng)常用腐蝕數(shù)據(jù)或趨勢(shì)獲取途徑如圖5所示，當(dāng)然還包括導(dǎo)波、內(nèi)檢測(cè)等技術(shù)，由于篇幅原因，暫未詳細(xì)討論。

圖5 油氣田常用腐蝕監(jiān)檢測(cè)技術(shù)綜述

a) 腐蝕掛片

作為現(xiàn)場(chǎng)最為常用和關(guān)注的腐蝕監(jiān)測(cè)手段，之前已開(kāi)展過(guò)“淺談?dòng)蜌馓锔g掛片的拆裝與分析”和“對(duì)掛片分析標(biāo)準(zhǔn)NACE SP0775-2023版修訂內(nèi)容的解讀”等總結(jié)。需要說(shuō)明的是，掛片的價(jià)值遠(yuǎn)大于所計(jì)算得出的平均腐蝕速率和點(diǎn)蝕深度，應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其安裝狀態(tài)、暴露環(huán)境、拆出形貌、附著物、微觀形貌等進(jìn)行全方位、多維度分析，從而更好反映出腐蝕趨勢(shì)和可能風(fēng)險(xiǎn)。這也將作為將來(lái)腐蝕異常分析的最重要一手信息。

圖6 基于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求的腐蝕掛片關(guān)注信息匯總圖

b) 腐蝕探針

作為能連續(xù)反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)腐蝕狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置，目前應(yīng)用廣泛和認(rèn)可度高。探針數(shù)據(jù)結(jié)果能夠和掛片信息進(jìn)行良好對(duì)應(yīng)，特別對(duì)特殊工況（鉆完井返排、清罐排放、藥劑調(diào)整、物流切換、產(chǎn)量變化等），能敏感觀察到腐蝕環(huán)境的加劇性變化，并立即開(kāi)展響應(yīng)對(duì)應(yīng)措施的調(diào)整。需要注意的是，現(xiàn)場(chǎng)探針的定期維護(hù)，對(duì)數(shù)據(jù)連續(xù)性和準(zhǔn)確性非常重要。

圖7 探針現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及管理要點(diǎn)示意

c) 旁路系統(tǒng)

作為和海底管道腐蝕狀態(tài)形貌最為接近的監(jiān)測(cè)手段，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用程度較高。在旁路上搭配各種監(jiān)測(cè)設(shè)備，能夠更為全面的獲取旁路服役期間的腐蝕實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在旁路拆除后，進(jìn)行腐蝕產(chǎn)物、細(xì)菌分析、壁厚測(cè)試、點(diǎn)鐘分析等，能夠獲得大周期和小時(shí)間段結(jié)合的腐蝕信息，數(shù)據(jù)量會(huì)更為豐富和立體。

圖8 腐蝕旁路系統(tǒng)全周期監(jiān)測(cè)分析示意圖

d) 腐蝕因子

現(xiàn)場(chǎng)最為熟悉的CO2、H2S、鐵離子、pH等都屬于腐蝕因子監(jiān)測(cè)范疇，由于其操作性強(qiáng)、數(shù)據(jù)結(jié)果快，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和認(rèn)可度很高。之前已圍繞這個(gè)話題，開(kāi)展過(guò)“海洋油氣管道介質(zhì)組分檢測(cè)綜述”、“淺談?dòng)蜌馓锔g氣體現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的影響因素”、“淺談?dòng)蜌馓锔g參數(shù)離線檢測(cè)可靠性影響因素”等話題的討論。

圖9 基于標(biāo)準(zhǔn)NACE-SP0106腐蝕因子監(jiān)測(cè)內(nèi)容圖

腐蝕因子數(shù)據(jù)的核心要點(diǎn)在于“三性”：準(zhǔn)確性、時(shí)效性、細(xì)致性。

準(zhǔn)確性：應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，進(jìn)行合理取樣選點(diǎn)、標(biāo)準(zhǔn)化取樣測(cè)試，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)盡可能少收到人為化干擾，確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性；

時(shí)效性：考慮到可能的液體變化，用最快捷的辦法盡可能在現(xiàn)場(chǎng)就完成大部分測(cè)試內(nèi)容，快速拿到數(shù)據(jù)后如有異常，可在現(xiàn)場(chǎng)立即開(kāi)展篩查：

細(xì)致性：腐蝕因子數(shù)據(jù)的“背后”，還需要記錄對(duì)應(yīng)工況、生產(chǎn)波動(dòng)數(shù)據(jù)、藥劑變化等背后的信息，這對(duì)于接下來(lái)要開(kāi)展的原因分析都可能是至關(guān)重要的信息。