油田注汽管道适用性问题分析摘要注蒸汽开采是稠油油田普遍采用的有效开采方式。稠油热采注汽管道由于长期运行在高温、高压和介质高腐蚀的工况下而极易发生失效。开展油田注汽管道的适用性评价,可降低事故发生率,保障油田生产安全。关键词注汽管道;稠油开采;管道腐蚀;适用性评价中图分类号TE8文献标识码A文章编号1674-6708(2010)21-0037-010引言稠油热采注蒸汽系统主要包括:蒸汽锅炉、地面注汽管道、井下管柱等部分。由于油田地面注汽管道在内部受到输送水质和蒸汽品质、交变的高低温环境等的影响,在外部可能受到土壤和大气的腐蚀作用,使得注汽管道的工作状况十分恶劣,包括氢腐蚀、冲刷腐蚀、局部腐蚀等诸多类型的腐蚀作用可能同时发生;在高温和非稳定高压的工作状况下,注汽管道的材料退化速度、裂纹扩展速度也可能大大加快,这些因素都会导致注汽管道承压强度大大的下降,极有可能引发各种事故,对油田生命财产安全危害极大,如果不及时进行管道系统适用性评估,一旦发生失效事故,将造成停工停产等巨大经济损失,甚至人员伤亡等恶性事故。本文主要就油田注汽管道适用性问题进行探讨[1,2]。1含缺陷管道适用性评价技术含缺陷管道适用性评价包括含缺陷管道剩余强度评价和剩余寿命预测两个方面。含缺陷管道剩余强度评价是在管道缺陷检测基础上,通过严格的理论分析、试验测试和力学计算,确定管道的最大允许工作压力(MAOP)和当前工作压力下的临界缺陷尺寸,为管道的维修和更换,以及升降压操作提供依据。其目的主要是确定服役中的管道能否安全运行、是否需要更换等问题。含缺陷管道剩余寿命预测是在研究缺陷的动力学发展规律和材料性能退化规律的基础上,给出管道的剩余安全服役时间。剩余寿命预测结果可以为管道检测周期的制定提供科学依据。剩余寿命的方法大体包括两种:一是基于现场检测和监测积累的数据进行预测。腐蚀检测是利用内外腐蚀检测技术定期进行管道的缺陷检测,从而获得缺陷的动力学发展规律。监测技术包括现场挂片试验、腐蚀探针等技术,通过监测可以实时得到缺陷的动力学发展规律;二是在实验室内模拟管道服役环境进行缺陷增长规律试验,通过模拟试验获得缺陷的动力学发展规律,然后对管道剩余寿命进行预测。但应当注意,这里主要论述的是管材本身的剩余寿命预测,实际上,对于具体管线的剩余寿命,还应当考虑管线防腐层的有效保护寿命和缓蚀剂的有效保护寿命问题。有关这方面的研究虽有报道,但总的来说难度很大,研究极不成熟。2注汽管道腐蚀损伤原因分析2.1氢腐蚀注汽管道内壁在高温高压氢环境中服役一定时间后,氢与钢中的碳反应生成甲烷即,使钢基体平均含碳量降低。这一反应一般从钢的表面开始,逐渐向内部推进,当脱碳严重,生成的甲烷气体无法外逸时,就只能积聚在晶界或其它杂物周围,造成局部压力升高而导致产生显微裂纹,使钢的机械强度、延伸性和韧性下降和劣化。因此,不仅钢的里层脱碳脆化,严重时发展为氢裂纹、氢鼓泡开裂。这种脆化现象是发生化学反应的结果,具有不可逆转性,也称永久脆化现象。注汽管道中发生的氢腐蚀跟化工生产中的临氢设备不同。注汽管道中的氢腐蚀,氢无直接来源,氨是由于其它反应问接产生的。根据以往的经验,凡是发生氢腐蚀的部位必是局部腐蚀的部位。解决了局部腐蚀问题,堵住了氢的来源,氢腐蚀的问题就解决了。2.2氧腐蚀注汽管道的金属氧腐蚀属于电化学腐蚀,铁和氧形成两个电极,组成腐蚀电池,在腐蚀电池中铁的电位总是比氧的电位低,所以铁是电池的阳极,而遭到腐蚀,其原理是:注汽管道内壁和钢管内壁的氧化铁保护膜因水质恶化和热力等原因部分被破坏,在漏出的钢表面水和保护膜表面之间形成局部电池;铁从阳极析出。溶解析出的铁离子Fe2+在存在溶解氧的情况下,进一步氧化成氢氧化铁。腐蚀产物呈沉淀物状堆积在阳极上,在沉淀物内的氧浓度和覆盖在阴极表面上水的氧浓度之间有一个浓度差,产生氧浓差电池。作为阳极部位的铁被逐步溶解,加剧了金属表面的腐蚀,降低了注汽管道的使用寿命。铁是一种中等活泼的金属,而氧单质的化学活性很强。由以上各式子中可以看出,在酸性条件下02H20的电极电位(1.229V)大于FeFe2+的电极电位(0.44V);所以在酸性条件下02氧化Fe的反应很容易发生。...