油田埋地管道腐蝕與修復(fù)技術(shù)進(jìn)展

油田埋地管道腐蝕與修復(fù)技術(shù)進(jìn)展

1埋地管道老化根據(jù)初步研究，20年來，涇河管道已失效，管道已完全失效，約占埋地管道總數(shù)的22%，約為1206公里（自1999年以來，管道中有573公里）。埋地管道的腐蝕和老化現(xiàn)象相對嚴(yán)重。在“15”期間，油田應(yīng)更換7000公里的各種管道，管道總長約1528公里。為科學(xué)地指導(dǎo)油田埋地管道大修,減少管道大修的盲目性,近兩年來,大慶油田各采油廠積極引進(jìn)國內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù),開始對埋地管道進(jìn)行調(diào)查、檢測和評價,目前已取得了一些研究成果和大量的檢測數(shù)據(jù),為建立油田埋地管道腐蝕與防護(hù)信息系統(tǒng)打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ),可為埋地管道的日常管理、維護(hù)及大修決策提供科學(xué)依據(jù)。2埋地管道檢測技術(shù)現(xiàn)狀目前,各國管道公司都已認(rèn)識到,即使管道運(yùn)行時已達(dá)到了設(shè)計質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),管道的腐蝕、老化仍是不可避免的,因此,管道工業(yè)發(fā)達(dá)的美國、加拿大、西歐各國相繼開發(fā)了各種管道檢測技術(shù),用于指導(dǎo)埋地管道的管理、維護(hù)、大修,幾種主要檢測技術(shù)的詳細(xì)情況見表1。3大慶油田埋地鋼質(zhì)管道腐蝕檢測與評價技術(shù)3.1激勵電流的衰減段t管道外防腐層測試采用管中多頻電流法,簡稱管中電流法,主要用來檢測防腐層破損及防腐絕緣層性能。電流梯度法是用一發(fā)射機(jī)向待測管道發(fā)射一特定頻率的激勵信號,激勵信號自發(fā)射點開始將沿管道向兩側(cè)傳輸,將管中電流看做線電流,那么,激勵信號在管道中傳輸時:I=I0e-αX(1)式中I0——發(fā)射點處管中電流強(qiáng)度,mA;I——管中任意點電流強(qiáng)度,mA;X——觀測點至發(fā)射點距離,m;α——與管徑、防腐絕緣層絕緣電阻、信號頻率、管材、輸送介質(zhì)等有關(guān)的參數(shù)。電流信號強(qiáng)度將按照與傳輸距離、管道電導(dǎo)率、信號頻率等參數(shù)有關(guān)的特定函數(shù)進(jìn)行衰減。用接收機(jī)在管道上方按一定間隔觀測管中激勵信號的強(qiáng)度,并檢查激勵電流是否按正常規(guī)律衰減。當(dāng)管道防腐層性能均勻時,管中電流對數(shù)值與距離(X)成線形關(guān)系,其斜率值(即電流衰減率)取決于絕緣層的絕緣電阻,根據(jù)電流衰減率的大小變化可反算防腐絕緣層的絕緣電阻,評價防腐絕緣層的絕緣質(zhì)量。若存在電流的異常衰減段,則可認(rèn)為在該段存在有電流的泄露點或分支點,如若排除存在有管道分支點的可能,那么,該段就可能存在防腐層的絕緣性能下降以致破損的部位,從而導(dǎo)致電流信號泄露,出現(xiàn)電流的異常衰減段。對于同一條管道,電流衰減率越小,防腐層絕緣性越好,反之,防腐層絕緣性越差。3.2中壓法的開發(fā)和應(yīng)用大慶油田在管中電流法的開發(fā)應(yīng)用過程中,主要解決了以下問題:3.2.1道、井、管道出露點在進(jìn)行測點布置時,一般采用大比例尺地形地下管線圖實地定點同實地測量相結(jié)合的辦法。為便于檢測數(shù)據(jù)進(jìn)入埋地管線腐蝕與防護(hù)信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理,所測管道需按順序統(tǒng)一編號,利用被檢測管道的檢修井、排氣井、管道的出露點(或閥門井、泄水井、放氣閥等)或測試樁作為檢測工作的起點和終點,自起點以距離為單位按自然順序編測樁號,木樁規(guī)格3×2×30(cm),且在地面釘牢,以標(biāo)定好測樁位置。用測繩量距時,閉合差不大于導(dǎo)線長度的0.5%,為此測繩需定期校準(zhǔn)。檢測信號通過信號線與被測管體直接連接或與測試樁引線連接。為保證測試結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性,接地電極采用不銹鋼接地鋼釬,電極表面和接管貼片表面保持光滑潔凈,以減小接觸電阻。通過地線和接地鋼釬構(gòu)成檢測電流回路,接地鋼釬應(yīng)與土壤接觸良好為減輕信號干擾,地線垂直于被測管道走向布置。3.2.2激發(fā)電流的大小現(xiàn)場檢測選用PCM型探測儀。該儀器使用24V蓄電池作為激勵電源,其發(fā)射機(jī)輸出功率為150W,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般管線探測儀3W的輸出功率,因此該儀器發(fā)射功率大,信號傳播距離遠(yuǎn),提高了探測精度。經(jīng)檢測、驗證,低頻交流信號的工作頻率確定為128Hz,電流的大小必須保證在測試區(qū)間內(nèi)管道有足夠的剩余電流強(qiáng)度(>lmA),才能較好地進(jìn)行管道外防腐層整體性能評價。經(jīng)檢測、驗證初始輸出電流可選1A左右,此后,發(fā)射操作員應(yīng)按觀測操作員的要求調(diào)整激勵電流的大小。經(jīng)現(xiàn)場檢測、對比分析,如埋地鋼質(zhì)管道需進(jìn)行全線普查,檢測間距確定為50m較為準(zhǔn)確。3.2.3磁場讀取電流ma觀測操作員在沿被測管道進(jìn)行電流梯度檢測時,讀數(shù)時分貝讀數(shù)要求大于20db,但不超過80db,磁場讀數(shù)(通過調(diào)整增益)在30~70之間,視電流以mA為單位,當(dāng)讀數(shù)過小時增大激勵電流,必要時移動發(fā)射位置;視深度讀至dm(0.1m)。3.2.4觀測相對誤差不超過5%時為保證檢測結(jié)果的重復(fù)性,在每個測點上都進(jìn)行重復(fù)觀測,兩次觀測相對誤差不超過5%時取其之一或者兩次觀測值的平均數(shù)作為該點的觀測結(jié)果;在干擾較大或者讀數(shù)不穩(wěn)的測點上多次觀測,取其偏差最小的2~3個讀數(shù)的平均值作為該點的觀測結(jié)果。3.2.5檢測數(shù)據(jù)處理方法(1)電流讀取ima為評價管道外防護(hù)層質(zhì)量,可將檢測儀器取得的電流讀數(shù)I(mA)換算成信號強(qiáng)度值,即電平值DB:DB值(db)=20logI(電流讀數(shù)(mA))(2)(2)間距起點和終點的db值計算DB值斜率是指一個測試間距內(nèi)DB值的下降率,用測試間距起點和終點的DB值計算,公式如下:DB值遞減率=(段起點DB值?段終點DB值)段間距(km)(3)=(段起點DB值-段終點DB值)段間距(km)(3)(3)區(qū)間平均db遞減率由于干擾等因素帶來的誤差,測試段終點電流讀數(shù)高于段起點電流讀數(shù),在計算DB值斜率時可采用區(qū)間平均DB遞減率代替法,進(jìn)行DB值修正,并重新計算該測試區(qū)間的DB值斜率,平均DB值計算公式為:平均DB值遞減率=(第一點DB值?最后點DB值)測試區(qū)間間距(km)(4)=(第一點DB值-最后點DB值)測試區(qū)間間距(km)(4)(4)防腐層內(nèi)身內(nèi)纖維厚度的檢測根據(jù)測得的電流衰減值或DB值遞減率,利用“埋地鋼質(zhì)管道防腐層檢測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”(GDFFW)對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到防腐絕緣層的絕緣電阻。3.2.6防腐層缺陷類型的初步判定防護(hù)層質(zhì)量損失分為防護(hù)層局部缺陷和整體老化。普查階段的防腐層缺陷的確定,采用50m間距的DB值遞減率,根據(jù)不同DB值遞減率,按表2判定其防腐層缺陷類型。在初步判定為防腐層局部缺陷的區(qū)段,通過加密測試間距,重測該管段,并計算各區(qū)段的DB值遞減率。如果至少有一段其DB值遞減率大于2倍的區(qū)間DB值遞減率,則確定該點為防腐層局部缺陷位置,否則,該區(qū)段為防腐層整體失效,失效程度由表3中防腐層整體質(zhì)量評價方法確定。3.2.7管道腐敗層質(zhì)量評價根據(jù)管道防腐層現(xiàn)場檢測結(jié)果,歸納總結(jié)出防腐層質(zhì)量綜合評價方法,包括防腐層性能判定,防腐層失效原因分析及維護(hù)措施等。(1)道外防腐層運(yùn)行周期根據(jù)管道運(yùn)行時間及防腐層狀況特征,按下表將管道外防腐層分為不同的運(yùn)行周期:初建期、穩(wěn)定期、發(fā)展期、老化期和失效期。處在不同的運(yùn)行周期的管道應(yīng)采用不同的管理、維護(hù)方式(見表4)。(2)防腐層運(yùn)行周期的計算①管道外防腐層使用壽命評估與運(yùn)行周期判定,應(yīng)以一條管線為單位進(jìn)行計算和評估,并且管道沿線土壤條件及敷設(shè)狀況無明顯差異。對于土壤條件及敷設(shè)狀況存在明顯差異的管線應(yīng)分段處理。②道平均DB值遞減率的計算。利用各測試區(qū)間計算的DB值遞減率,采用長度加權(quán)法,計算整條管線的DB值遞減率。③等級劃分與各等級百分比計算。按計算出的該段DB值遞減率進(jìn)行歸類,累計各等級管段長度,計算出各等級所占百分比。④利用計算出的平均DB值遞減率及各等級所占百分比,按下表進(jìn)行防腐層運(yùn)行周期判定。在使用平均DB值遞減率及不同等級所占百分比進(jìn)行判定出現(xiàn)不一致的情況時,如果判定結(jié)果為相鄰類型,應(yīng)以較嚴(yán)重的類型為準(zhǔn),如果判定結(jié)果非相鄰類型,則應(yīng)考慮對整條管道分段處理,然后再進(jìn)行評價。管道外防腐層壽命周期的判定見表5。3.2.8瀝青防腐保溫管管中電流法可用于下列埋地鋼質(zhì)管道外防腐層質(zhì)量檢測:石油瀝青防腐管道、瀝青珍珠巖防腐保溫管及泡沫夾克防腐保溫管。本方法不適用于高電阻率土壤介質(zhì)中的埋地鋼質(zhì)管道外防腐層檢測,如凍土條件。3.3測試結(jié)果3.3.1杏十二聯(lián)地區(qū)外防腐層檢測管道的選取是根據(jù)大慶杏北油田埋地鋼質(zhì)管道現(xiàn)狀調(diào)查的初步結(jié)果進(jìn)行的。選取杏Ⅱ聯(lián)合站及杏十二聯(lián)合站為調(diào)查的重點試驗區(qū),其中杏Ⅱ聯(lián)是大慶杏北油田較大的聯(lián)合站,埋地鋼質(zhì)管道種類較為齊全,自然條件一般,具有代表性:杏十二聯(lián)地區(qū),地勢低洼,腐蝕問題比較突出。在選取調(diào)查管道時,考察影響管道腐蝕現(xiàn)狀的管道運(yùn)行年限、輸送介質(zhì)、防腐保溫方式、敷設(shè)條件等,盡可能包括各種情況,使得調(diào)查結(jié)論盡可能完備。同時對常用防腐保溫結(jié)構(gòu)、重要油氣輸送管道、低洼地管道及運(yùn)行時間較長的管道,適當(dāng)加大調(diào)查量,保證重點調(diào)查數(shù)據(jù)的可靠性。根據(jù)上述選線原則,在對杏Ⅱ聯(lián)、杏十二聯(lián)各系統(tǒng)埋地鋼質(zhì)管道進(jìn)行分類統(tǒng)計的基礎(chǔ)上,共選出28條管道,總長113.7km,其中,杏Ⅱ聯(lián)試驗區(qū)43.57km,杏十二聯(lián)試驗區(qū)37.13km,其它區(qū)域33.0km。選取的管道分類情況見表6。3.3.2埋地管道檢測結(jié)果以十二聯(lián)—杏九聯(lián)輸油管檢測結(jié)果(見表7)為例,按表3規(guī)定的防腐層整體質(zhì)量評價方法進(jìn)行管道外防腐層檢測結(jié)果分析。從表6可知,該管道防腐層性能級別五級占48%,四級占23%,兩者之和超過70%,即該管總體性能為差,存在有針孔,龜裂現(xiàn)象。該管道1986年埋設(shè)至今已十多年,且地處低洼地帶,常年泡在水中,加速了管道防腐層的損壞、老化,降低了防腐層性能。在檢測過程中對異常地段進(jìn)行了加密,并利用電位梯度法確定了缺陷點位置。506.2、594.5點有破損或接地點,511.5點存在有搭接點。經(jīng)開挖驗證,實際情況與檢測結(jié)果基本吻合,因此,該管線需采取大修措施。其它埋地管道檢測結(jié)果見表7。從表7可看出,防腐層的狀況主要取決于埋設(shè)環(huán)境,環(huán)境的影響在一定范圍內(nèi)甚至超過了時間的影響。因此,對于埋設(shè)環(huán)境較差的管道,應(yīng)該定期檢測,及時維修,延長管道的使用壽命。4檢測時間的影響大慶杏北油田埋地管道腐蝕評價技術(shù)研究結(jié)果表明,管中電流法對于大慶油田單線防腐管檢測準(zhǔn)確度最高可達(dá)到70%(在6~9月份土壤濕度較大、沒有并行、交叉管道、高壓線、變壓器、地下電纜、鐵路等干擾源時),在土壤較干燥(土壤電阻率高