科技是國家強盛之基，創(chuàng)新是民族進步之魂。在中石化西北油田分公司科研園區(qū)石油工程技術(shù)研究院防腐實驗室，隨著三維表面形貌儀工作結(jié)束的嘀嘀聲，一張金屬掛片試樣的3D腐蝕形貌清晰地展示在趙海洋院長帶領(lǐng)的科研團隊成員面前，短暫的平靜之后是大伙兒興奮的歡呼和雷鳴的掌聲，又一項全新的金屬點腐蝕定量評價方法從此誕生，并成功應(yīng)用到油田集輸管道腐蝕防治中。
塔河油田是我國的一個古生界海相億噸級大油田，地處新疆塔里木盆地北部塔里木河上中游胡楊林生態(tài)保護區(qū)。采出液具有“五高一低”強腐蝕性特點，集輸工況高溫、高壓，隨著開發(fā)歷程延伸，腐蝕問題成為制約安全環(huán)保、經(jīng)濟高效的瓶頸。
中石化西北油田分公司石油工程技術(shù)研究院是中石化西北地區(qū)規(guī)模較大的工程技術(shù)研究中心，是西北油田分公司工程技術(shù)的參謀部和技術(shù)研發(fā)基地，主要承擔著油氣田鉆井、采油、測試、地面、防腐等技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。為了解決塔河油田苛刻腐蝕環(huán)境下集輸管道突出的腐蝕問題，趙海洋帶領(lǐng)的腐蝕防治科研團隊通過腐蝕機理腐蝕規(guī)律、腐蝕監(jiān)檢測、腐蝕防治等一系列關(guān)鍵技術(shù)難點攻關(guān)，形成了適用油田介質(zhì)環(huán)境的集輸管道腐蝕防治技術(shù)體系并工業(yè)化應(yīng)用，保障了油田高質(zhì)高效安全環(huán)保開發(fā)。
就原理而言，塔河油田“五高一低”強腐蝕性是指集輸管道是以H2S為主導的高H2S含量、低H2S分壓下電化學腐蝕機理，F(xiàn)exSy腐蝕產(chǎn)物膜受到Cl-、O2破壞形成點蝕通道，在如此環(huán)境下，油氣集輸管道表現(xiàn)出“點腐蝕為主、均勻腐蝕為輔”的腐蝕規(guī)律。這種環(huán)境下所形成的有沉積物下20#鋼點腐蝕是無沉積物下點腐蝕速率的8—20倍，溶解氧促進H2S/CO2腐蝕進程有氧環(huán)境腐蝕速率是無氧環(huán)境12.3倍腐蝕。金屬管道出現(xiàn)孤立蝕坑、連接蝕坑群、溝槽狀、潰瘍狀四種腐蝕形貌，非金屬管道則出現(xiàn)樹脂纖維剪斷、材質(zhì)降解、熱熔膠老化三種腐蝕形貌，并且大部分集中在管道底部、管道下游、流態(tài)變化、高程差變化、支線入口、管對接焊、螺旋管焊縫及PVC內(nèi)襯。
管道的防腐要從監(jiān)測開始，沒有相應(yīng)的監(jiān)測技術(shù)何談后續(xù)治理。在塔河油田，傳統(tǒng)掛片失重法監(jiān)測不能準確反映實際介質(zhì)變化引起的腐蝕速率，也不能準確捕獲點腐蝕信息，傳統(tǒng)掛片失重檢測評價方法也無法準確定量評價點腐蝕。趙海洋團隊研發(fā)了管道內(nèi)掛片法腐蝕監(jiān)測裝置，以實現(xiàn)管道內(nèi)腐蝕狀況的真實信息捕獲，并建立了點腐蝕定量評價方法，使管道內(nèi)點腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)準確率提高了65%，管道內(nèi)腐蝕狀況得到真實反應(yīng)。點腐蝕定量評價方法，實現(xiàn)了點蝕深度、開口尺寸、點蝕密度的腐蝕程度精細描述，評價精度提高10倍，發(fā)現(xiàn)點蝕概率提高10%，工作效率提高1倍。
被腐蝕的管道如何治理？一方面，針對金屬管道焊縫熱影響區(qū)裂紋缺陷問題，趙海洋團隊采用碳纖維補強“五環(huán)四軸”濕纏繞層技術(shù)，使管道焊縫裂紋缺陷薄弱部位承壓能力達到無缺陷部位的強度，確保管道在服役周期內(nèi)安全可靠運行。另一方面，針對腐蝕嚴重而鋼骨架存在，具有修復利用價值的金屬管道，集成創(chuàng)新了低成本埋地管道非開挖修復技術(shù)，為解決內(nèi)穿插管材耐溫問題和抗氣體滲透問題，研發(fā)了抗蝕耐溫75℃的HTPO修復材質(zhì)，實現(xiàn)超稠油集輸管道內(nèi)襯修復，研發(fā)了提高氣體滲透系數(shù)4個數(shù)量級的高阻隔HBPE管材，實現(xiàn)天然氣集輸管道內(nèi)襯修復，涂層風送擠涂修復技術(shù)，在管道內(nèi)涂覆聚合物砂漿加強層+無溶劑環(huán)氧過渡層+無溶劑環(huán)氧防腐層的三層防腐結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)多彎頭、小口徑的單井管道修復。
新建設(shè)的管道如何防護呢？趙海洋團隊通過鋼種改進，研發(fā)了適合于H2O-H2S-CO2-Cl-共存的腐蝕環(huán)境體系工況、性價比高的抗點蝕新鋼種管材BX245-1Cr，現(xiàn)場應(yīng)用與20#相比點腐蝕速率降低37.8%，均勻腐蝕速率降低11.0%；通過非金屬管結(jié)構(gòu)設(shè)計，研發(fā)了芳胺固化+0.5mm厚富含環(huán)氧樹脂內(nèi)襯層+承插式連接的熱固性非金屬管材，解決了雅克拉氣田高CO2、高流速沖刷腐蝕問題，參編多項非金屬管國標和行標，推動了行業(yè)進步；制定企標，實現(xiàn)了塔河油田非金屬管標準化選材和規(guī)范化應(yīng)用；創(chuàng)新了固含量99.5%無溶劑環(huán)氧樹脂涂料配套正、反雙向風送擠涂施工技術(shù)，解決了單向擠涂涂層厚度不均難題，實現(xiàn)了DN80—DN100口徑管道內(nèi)涂層補口；創(chuàng)新應(yīng)用了緩蝕劑“預膜—連續(xù)加注—批處理”藥劑防護技術(shù)，達到了緩蝕劑預膜厚度0.1mm目標值，控制管道點腐蝕速率0.016mm/a，保證了天然氣安全輸送。
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