海底管道內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)簡(jiǎn)介

    南海油氣田開(kāi)采過(guò)程中腐蝕性介質(zhì)硫化氫、二氧化碳含量普遍較高，并具有高氯離子含量/高溫高壓等工況特點(diǎn)，導(dǎo)致海底管道（以下簡(jiǎn)稱(chēng)海管）內(nèi)腐蝕刺漏、穿孔現(xiàn)象的頻繁發(fā)生。

    本工作借鑒NACE關(guān)于管道內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)（ICDA）的解決思路，提出了一種適用于二氧化碳腐蝕為主的海管多相流ICDA方法。

    海管ICDA研究方法簡(jiǎn)介

    1 預(yù)評(píng)價(jià)

    預(yù)評(píng)估階段的主要任務(wù)是采集海管相關(guān)數(shù)據(jù)、確定ICDA評(píng)價(jià)區(qū)域范圍。海管多相流ICDA相關(guān)數(shù)據(jù)采集包括：海管介質(zhì)源頭的流程簡(jiǎn)圖、海管基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、海管兩端腐蝕監(jiān)檢測(cè)數(shù)據(jù)、海管生產(chǎn)數(shù)據(jù)等。

    2 間接檢測(cè)

    間接檢測(cè)階段的目標(biāo)是：通過(guò)間接檢測(cè)的手段收集數(shù)據(jù)，分析海管介質(zhì)內(nèi)腐蝕發(fā)生的間接證據(jù)。間接檢測(cè)內(nèi)容包括：海管內(nèi)介質(zhì)油氣水檢測(cè)、腐蝕因素分析等。

    流態(tài)分析

    海底管道流態(tài)分析包括熱力學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析和水力學(xué)分析這三個(gè)模塊。熱力學(xué)分析是解決腐蝕會(huì)不會(huì)發(fā)生的問(wèn)題，涉及多種因素的綜合作用，如油品性質(zhì)、CO2分壓、溫度、油水比例、破乳劑加注方式、生產(chǎn)水陰離子（HCO3-、CO32-）的共軛性、氯離子含量等。

    動(dòng)力學(xué)分析是評(píng)估腐蝕嚴(yán)重程度的問(wèn)題，涉及的影響因素包括氣液比、溫度梯度、流速。

    熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的影響因素、各因素的權(quán)重及其取值分別如表1、表2所示，其中各因素權(quán)重及取值是依據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)并應(yīng)用通球數(shù)據(jù)反復(fù)修正得到的，具有一定的實(shí)用性。熱力學(xué)影響因子Ft和動(dòng)力學(xué)影響因子Fd的計(jì)算公式見(jiàn)式（1）和式（2）。

    Ft=∑inAn（1）

    Fd=∑inBn（2）

    式中：in為權(quán)重；An為各熱力學(xué)分析項(xiàng)的取值（促進(jìn)為1，中等0.5，忽略為0）。

    水力學(xué)分析是為了最大可能尋找局部腐蝕發(fā)生的位置，如表3所示。通過(guò)對(duì)管道介質(zhì)乳化特性、游離水特性分析，選擇對(duì)應(yīng)條件下的經(jīng)驗(yàn)值Cn即為水力學(xué)影響因子Fh，見(jiàn)式（3）。這些經(jīng)驗(yàn)值是通過(guò)多條海管通球數(shù)據(jù)校核得到的。與Ft和Fd不同，F(xiàn)h描述的是一種特定條件下的流態(tài)形式，無(wú)求和且無(wú)權(quán)重。

    Fh=Cn

表1 海底管道流態(tài)的熱力學(xué)分析

表2 海底管道流態(tài)的動(dòng)力學(xué)分析

表3 海底管道流態(tài)的水力學(xué)分析

表4 海底管道流態(tài)的熱力學(xué)分析

表5 海底管道流態(tài)的動(dòng)力學(xué)分析

    風(fēng)險(xiǎn)分析

    風(fēng)險(xiǎn)分析（定性、半定量）階段的主要目的是：定性分析海管最大局部腐蝕的集中位置，利用計(jì)算得到的影響因子及工況參數(shù)半定量分析估算海管的最大局部腐蝕，見(jiàn)式（4）。

    v= Ft x Fd x Fh x 10exp[5.8-1710/（273+t）+0.67 x lgPco2] （4）

    式中：v海管的最大局部腐蝕速率，mm/a；Pco2為海管中CO2分壓，MPa；t為海管操作溫度，℃。

    式（4）中引入了三個(gè)影響因子，修正了BH模型中CO2最大腐蝕速率計(jì)算公式，更為全面并接近海管真實(shí)最大腐蝕速率。

    符合性判斷

    符合性判斷階段的主要目的是：將多條海管直接檢測(cè)（智能通球MFL內(nèi)檢測(cè)）數(shù)據(jù)與海管多相流內(nèi)腐蝕的直接評(píng)價(jià)（ICDA）結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證ICDA的準(zhǔn)確性和符合性。

    選取南海某條海管對(duì)ICDA方法的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證。該海管的操作溫度為84℃，CO2分壓0.44MPa，海管以CO2腐蝕為主。該海管流態(tài)的熱力學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析分別見(jiàn)表4和表5。

    根據(jù)式（1）和式（2）計(jì)算目標(biāo)海管的各影響因子，得到熱力學(xué)影響因子Ft為0.9，動(dòng)力學(xué)影響因子Fd為0.4；根據(jù)管道內(nèi)介質(zhì)情況在表3中選擇對(duì)應(yīng)條件下的水力學(xué)影響因子Fh為0.5。然后，根據(jù)式（4）估算得目標(biāo)海管的最大局部腐蝕速率為1.06mm/a。

    2014年5月，目標(biāo)海管的智能通球FML內(nèi)檢數(shù)據(jù)顯示，海管局部腐蝕最大坑深為37%壁厚，約4.7mm。海管運(yùn)行時(shí)間約為4.5年，計(jì)算得海管平均的局部腐蝕速率約為1.04mm/a，與ICDA方法得到的海管最大局部腐蝕速率（1.06mm/a）非常接近。

    另外選取中國(guó)南海西部的兩條海管，進(jìn)行ICDA方法和直接檢測(cè)方法的對(duì)比。具體的對(duì)比數(shù)據(jù)如表6所示。結(jié)果表明：上述流態(tài)分析和風(fēng)險(xiǎn)分析的過(guò)程和計(jì)算結(jié)果符合度較好，準(zhǔn)確性高。

    從上述海管ICDA方法的評(píng)估結(jié)果和南海多條海管直接檢測(cè)結(jié)果對(duì)比來(lái)看，ICDA評(píng)估方法能夠很好地反映海管實(shí)際內(nèi)腐蝕狀況。

表6 南海西部另外兩條海管ICDA風(fēng)險(xiǎn)分析數(shù)據(jù)匯總與校核表

    后評(píng)估

    后評(píng)價(jià)的目的是評(píng)價(jià)上述ICDA 過(guò)程的有效性以及確定再評(píng)價(jià)的時(shí)間間隔。如果發(fā)現(xiàn)校核結(jié)果出現(xiàn)大的偏差，應(yīng)當(dāng)重新評(píng)估。針對(duì)目標(biāo)海管的生產(chǎn)參數(shù)的短期穩(wěn)定性，建議海管重新ICDA評(píng)估間隔以半年為宜。

    結(jié)論

    海管多相流ICDA方法是在多相流模擬條件下進(jìn)行的海管內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)方法，更適用于油田管理者，是一種有效的海管風(fēng)險(xiǎn)管理方法。同時(shí)也為不能通球的海管提供了一種內(nèi)腐蝕評(píng)估的方法。在海管運(yùn)行過(guò)程中可以對(duì)ICDA方法的結(jié)果進(jìn)行不斷循環(huán)校核，以提高ICDA的準(zhǔn)確性。

    選自：《腐蝕與防護(hù)》 Vol.38 2017.6

    作者：楊天笑，本科，中海石油（中國(guó)）有限公司

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國(guó)內(nèi)外最新動(dòng)態(tài)，我們網(wǎng)站會(huì)不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)http://www.ecorr.org

責(zé)任編輯：王元

《中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事

投稿聯(lián)系：編輯部

電話：010-62313558-806

郵箱：fsfhzy666@163.com

中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414