采油集输管线腐蚀机理与控制措施研究

采油集输管线腐蚀机理与控制措施研究

李莹侯爱丽俄博文

长庆油田分公司第五采油厂，陕西 西安 718600

摘要：在石油的运输中，采油资源中的各种杂质极易引起管线内腐蚀。集输管线长期埋设于地下，受到土壤和水分等因素的作用，也会发生管线外腐蚀。对集输管线进行防腐是采油开发中的一项重大课题。本文对采油集输管线的腐蚀因素如环境影响、介质流速和钢管材质等进行了简要分析，着重阐述了采油集输管线在防腐涂层、电化学保护、缓蚀剂防护等领域的研究进展，最后，对采油管线腐蚀的防护对策提出了相关建议。

关键词：采油集输管线；腐蚀；防腐对策

1采油集输管线腐蚀的影响因素

1.1环境影响

采油集输管线80%~90%都处于埋地状态，复杂的外部环境直接或间接影响着管线的腐蚀。例如土壤中的水分、微生物和杂散电流等与管线的腐蚀速度密切相关，其中微生物造成的集输管线腐蚀占总腐蚀的27%。土壤中的腐蚀微生物主要是参与硫和铁元素循环的菌类，包括硫酸盐还原菌（SRB）、锰氧化细菌、铁还原菌（IRB）和真菌等。这些微生物广泛分布在土壤、海洋和淤泥中，使得腐蚀从管线外表面不断向管线内部发生。土壤中水分的存在也会加剧管线的腐蚀。土壤存在的不均匀性和多相性，会构成腐蚀微电池，进一步加剧管线的腐蚀。此外，在埋设金属管线的区域如有杂散电流流动，一部分杂散电流会流入或流出金属管线，形成干涉腐蚀。

1.2介质流速的影响

在采油的运输过程中，石油和天然气中存在的H2S、CO2、Cl2等化学成分，会引起化学或电化学腐蚀，导致采油管线内壁发生不同程度的腐蚀。管线的腐蚀速率与石油和天然气的流速密切相关，流速对金属表面的物质交换和去极化试剂的扩散等有一定的影响，进而影响腐蚀速率。此外，流场速度会改变液面与腐蚀产物膜之间的切向力，从而对腐蚀产物膜的失效产生重要影响。介质流态包括分散泡状流、环状流、段塞流、分层流和湍流等，它们也会影响管线腐蚀。例如，在静态或低流速条件下，腐蚀不会引起太大的影响，但流速较快时（如湍流），会对金属表面起防护作用的氧化膜造成损伤，导致氧化膜变薄或脱落，进而加快腐蚀进程。

1.3管线选材的影响

管线的性能和材质对其抗腐蚀能力有一定的影响。选择管线材料时，应该选择具有一定的抗腐蚀性且抗磨损性好的管材，以有效减缓管线的腐蚀问题。近年来开发了许多具有较好的耐腐蚀性能的金属材料，将其用于石油天然气长输管线的制造，可以极大地提高石油天然气长输管线的抗腐蚀能力。提出了钢质和水泥质管线材料的选择临界阈值，可对石油、天然气管线的设计起到一定的指导作用。

2采油集输管线腐蚀机理与控制措施

2.1防腐涂层技术

涂层防腐蚀指的是使用耐腐蚀材料，隔绝金属管线表面与外部腐蚀环境，减少酸、碱和细菌等对管材的腐蚀。要按照使用环境来选择防腐层。目前采油集输管线常用的防腐涂层有沥青类、薄膜环氧类、聚烯烃类及复合涂层等。在各种防腐涂料中，环氧树脂是一种具有附着力良好、耐冲击、耐磨损、耐阴极剥离等优良综合性能的涂料。以液体环氧树脂、活性稀释剂、功能填料和助剂为原料，搭配改性的聚酰胺固化剂，按一定的质量配比研制了SLE-17管线涂料。以N80钢为金属基材，对SLE-17涂层进行了基础性能测试和电化学测试。以乙烯-辛烯共聚物（POE）、马来酸酐、三烯丙基异氰脲酸脂和过氧化二异丙苯为原料，制备了马来酸酐接枝POE/交联POE高黏、高防腐复合材料。涂层材料的耐高低温交变性能测试结果表明，该涂层具有优异的蠕变特性，其内部应力可通过键角及链段的移动而迅速释放，以防止其从基体上开裂或脱落，因此可应用于大温差环境。采用防腐涂层技术，可以有效预防采油管线的腐蚀，节省管线维护成本，提高采油管线的运输效率。尽管有些防腐涂层材料的成本较低，但使用寿命较短，合格率也较低，再加上不太稳定的涂层质量和防腐材质，导致涂层材料的综合成本变得很高。同时，管线的埋设环境复杂多样，防腐涂层材料的性能并不能完全发挥出来，导致涂层技术的使用效果受限。

2.2电化学防护技术

长输管线都是金属材质，因此化学和电化学腐蚀普遍存在。土壤成分的多样性使得金属与电解质溶液会发生电极极化现象，造成金属腐蚀。为了防止发生金属腐蚀，可以通过阴极保护法或阳极保护法阻断电子流动，从而抑制金属的腐蚀。

在电化学腐蚀的发生过程中，金属作为阳极被侵蚀，阴极受到保护而不易发生侵蚀。因此，可以将金属材料作为阴极，使其受到保护。多年的采油集输管线阴极保护实践证明，在不同地区的土壤环境下，-850mVOFF电位标准对采油管线能起到较好的保护作用。若-850mVOFF电位标准不能满足实际需求，可采用100mV的极化标准，以有效减少阴极保护系统的新增，降低阴极保护成本。但在高温区域、与不同金属间的交叉接触以及存在交流干扰等情况下，对100mV极化标准的使用需要慎重考虑。当采油管线只有阴极保护一种方式时，要尽量防止因过度保护而引起采油管线防腐层剥离、开裂等现象的发生。总之，对采油集输管线的阴极保护工艺需要持续进行优化，以确保采油输送的安全。

2.3缓蚀剂防腐

添加缓蚀剂可以减少金属管线的腐蚀，在采油运输中可以发挥较显著的防腐效果。缓蚀剂主要有有机和无机2种类型，其中的有机缓蚀剂利用吸附来降低腐蚀，无机缓蚀剂则是通过与腐蚀过程中的阳极或阴极发生反应来防止腐蚀。目前常用的无机缓蚀剂有钼酸盐、聚磷酸盐、铬酸盐等，虽然能够起到缓蚀效果，但存在环境污染风险。有机缓蚀剂如苯并三唑、膦羧酸、含氮化合物的杂环化合物等，同样存在一定的环境污染风险，为此，环境友好型的聚合物类缓蚀剂成为当前的研究热点。随着研究的不断深入，缓蚀剂的开发与应用取得了很大进展，但缓蚀剂的使用仍存在局限性。缓蚀剂只能用于密闭和循环系统中，且废液回收处理的问题较复杂。因此，在使用缓蚀剂时，应针对不同的情况进行严格的选择。

3防护建议

采油集输管线的防腐措施不仅需要利用管线的化学组成对其进行防护，还需要提供相应的外在条件，以进一步优化防腐工作。首先要选择合适的管线材料。针对采油集输管线的埋设环境，选择合适的管材是采油安全高效运输的关键之一。普通碳钢如20钢、Q235等的应用范围广，但耐腐蚀性能相对较差；不锈钢的强度高，耐腐蚀性能好，但成本高，现场焊接困难；玻璃钢的耐腐蚀性好，重量轻，但对环境的要求苛刻，抗冲击能力差；经表面处理的管材如涂层、镀层或复合钢管等，价格低廉，耐腐蚀性好，但其规格少，适用范围有局限性。其次，要对管线的重点部位进行重点防护。输油管线所处的腐蚀环境十分复杂，因此要对输油管线的关键部位进行分析，并采取相应的预防措施。比如法兰连接处和弯头这类部位，必须经常进行铀的喷射。对管线的关键部位进行保护，可以降低管线的局部腐蚀，从而降低管线的自然腐蚀穿孔几率。最后要对防腐环境进行控制。要确保管线的防腐工作能够高质量地进行，就必须对防腐环境展开控制，以防止环境因素对防腐工作造成干扰。如果在防腐工作中遇到了可能会影响施工质量的恶劣天气，就要采取相应的措施，减小或消除恶劣天气对管线防腐工作的影响。

结语

从上述分析论述可知，采油集输管线的防腐极其重要。随着石油和天然气的不断开发，采油集输管线的腐蚀问题显得越发重要。就目前的技术手段而言，许多防腐措施尚不能完全得到有效实施，在实际工作中，需要根据实际情况，将多种防腐措施进行结合，以有效降低采油集输管线的腐蚀，促进采油项目得到更好的开发。

参考文献：

[1]曹哲，陈嘉泽.采油输送管线腐蚀因素与防护对策[J].化工设计通讯，2019，45(7)：33-35.

[2]辛佳音.采油集输管线的腐蚀机理与防腐措施[J].中国石油和化工标准与质量，2023，43(7)：21-23.

[3]张秋梅.采油集输管线腐蚀与防腐措施研究[J].石油和化工标准与质量，2023，43(4)：44-46.

[4]杨筱蘅.采油管线安全工程[M].北京：中国石化出版社，2005.