某海上油田流程管线三通腐蚀穿孔原因分析

高大义 孙吉星 李 敏

（中海油常州涂料化工研究院有限公司，江苏 常州 213016）

0 引言

2018年7月，某海上油田B14井因流程管线P4段三通处腐蚀泄漏而关停，经查阅相关资料得知，B14井P4段系2016年初预制，安装使用时间1年左右已出现穿孔泄漏。针对该管段穿孔泄漏的原因，分析可能有两方面的因素：涂层质量不过关或者三通质量存在问题。本文针对这两个原因进行检测分析，以协助油田找出问题的根本原因，为后续管线制作提供质量保障办法。

1 现场腐蚀工况

失效三通照片如图1所示。

图1 B14井P4段三通整体形貌

为分析腐蚀泄漏原因，搜集了该平台B14井自2016年1月至2018年7月的单井日报。从日报中可以看到：

该井井口温度稳定在85℃左右。

井口压力从2016年初的1.1MPa逐渐降低，2017年至2018年7月在0.3～0.5MPa。

产液量从2016年初的14150bbl/d，至2018年7月产液量已降为4610bbl/d，根据P4段三通加工资料，得知该三通管径为6”，根据以上产液量计算所得的流速分别为1.5m/s和0.47m/s。

该井含水率自2016年初一直在96%以上，且该井基本不产气。

该油田CO2含量平均为26.4%，未检测出H2S。根据该油田一级生产分离器水样分析结果，可知油田地层水氯离子含量为21094mg/L，pH值为7.00，为氯化钙水型。

据收集到的资料分析腐蚀因素，平台主要腐蚀因素为高温、高CO2分压和高含水率。

2 材质分析

2.1 材质化学成分分析取样

从穿孔失效三通管体上未明显腐蚀和腐蚀泄漏处分别取样，用于开展材质化学成分分析，进行对比分析，取样点位置如图2所示。

图2 B14井P4段三通2处取样点示意图

2.2 材质化学成分分析

利用Baird Spectrovac2000直读光谱仪检测其化学成分，得出三通不同取样部位的化学成分分析结果，如表1所示。

结果表明该段三通化学成分含量符合ASTM A234 / A234M-18[1]标准要求，结合该三通本体切割断面非常齐整，未见明显腐蚀减薄的情况，如图3所示，判断三通材质存在问题的可能性不大，因此未进一步开展力学测试、金相显微组织测试等材质性能方面的检测。

表1 B14井P4段三通化学成分分析

图3 B14井P4段三通切割断面状态

3 腐蚀失效原因分析

该平台生产工艺流程的管线目前均采取内涂防腐技术，不再另外加入缓蚀剂防腐。因此内防腐涂层的质量对确保防腐效果非常关键。

为了评估内防腐涂层破损情况下腐蚀程度，利用动态高温高压釜模拟现场腐蚀工况，开展了室内实验评估。

3.1 实验方法

参照标准：

（1）ASTM G170-06 Standard Guide for Evaluating and Qualifying Oilfield and Refinery Corrosion Inhibitors in the Laboratory；

（2）Q/HS 2064-2011海上油气田生产工艺系统内腐蚀控制及效果评价要求。

采用室内动态高温高压腐蚀评价釜进行评价。

3.2 实验材质

腐蚀试片与现场管材一致，尺寸为40mm×13.1mm×2.10mm，各腐蚀试片的几何尺寸和表面处理状态保持一致。加工精度±0.1mm。

3.3 实验设备

利用高温高压腐蚀评价釜对该项目进行相关评价，该评价釜能有效地模拟油田现场的高温高压腐蚀环境，评价材质在动态高温高压条件下的腐蚀情况。

图4 实验用动态高温高压腐蚀评价釜

3.4 实验条件

实验条件根据现场腐蚀工况变化范围而定，根据不同生产时期压力和流速的不同，设定3组典型腐蚀实验条件，如表2所示。

表2 西江302平台B14井P4段室内腐蚀评估实验条件

下面表3中给出了该平台B14井P4段不同生产时期典型腐蚀工况下的室内评估腐蚀速率。

从表3可以看到，即使在总压仅有0.3MPa的情况下，由于CO2含量较高，碳钢材质管壁直接暴露于单井腐蚀工况下，7天内均匀腐蚀速率可达43mpy，根据表4的内腐蚀分级已属于严重腐蚀。

值得注意的是，以上计算和评估仅仅是针对碳钢材质在腐蚀工况下所发生的均匀腐蚀计算结果，而根据相关文献：在60～110℃范围，CO2腐蚀产物膜厚而松，结晶粗大，不均匀，易破损，所以局部点蚀严重[2]。高浓度Cl-的存在不仅会破坏钢表面腐蚀产物膜或阻碍产物膜的形成，还会进一步促进产物膜下钢的点腐蚀[3]。

另外， B14井P4段三通本身存在的两个特点导致容易发生严重的局部腐蚀。

表3 B14井P4段腐蚀速率计算结果

表4 Q/HS2064-2011生产设备及管道的内腐蚀程度划分

（1）管壁采取内涂层防腐工艺，一旦内涂局部破损，易导致严重局部腐蚀

内涂层的作用主要是物理阻隔作用，将金属基体与内腐蚀环境分离，从而避免内壁材质发生腐蚀。但是如果在施工和运行过程中内涂层局部小面积破损，使金属暴露于腐蚀环境中，而涂层大部分仍完整，从而形成“小阳极-大阴极”的效应，破损处暴露出的碳钢基体就会发生严重的局部腐蚀，腐蚀速率可能会比常规均匀腐蚀速率高几倍，甚至几十倍；

图5 P4段三通部分内涂层剥开后基材和内涂层表面状态

（2）三通部位特殊结构，易导致冲刷腐蚀

冲刷腐蚀（或称冲蚀、磨耗腐蚀）是金属表面与腐蚀流体之间由于高速相对运动引起的金属损伤，是流体的冲刷与腐蚀协同作用的结果。它常发生在油气生产与集输、石油化工、能源等领域的各种管道及过流部件，如弯头、肘管、三通、泵、阀等暴露在运动流体中的各种金属及合金上。受到冲刷腐蚀的金属表面往往呈现沟槽、凹谷、马蹄形状，且与流向有明显的依存关系，表面光亮并无腐蚀产物积存。从图5中P4段三通内部腐蚀状态可以看到，符合冲刷腐蚀的特征。

4 结论及建议

综合上述测试和研究过程，初步判断该海上油田B14井P4段三通腐蚀穿孔的主要原因不在于材质本身，主要是由于内涂层破损导致的 “小阳极-大阴极”加速腐蚀效应，高温、高CO2分压、高含水率恶劣腐蚀环境，以及三通部位的冲刷腐蚀的联合作用所导致。

基于以上原因分析，为避免此类情况的再次发生，建议今后加强内涂质量全流程质量管控，从施工前的表面处理，到施工过程，再到涂装完成后的质量检验，均应严格要求，确保涂层质量的均一。