海底管道是海洋油氣能源開發和運輸的最重要動脈，保障其安全平穩運行極其重要。目前，隨著海洋油氣開發的深入，海管面臨“新舊并存，含水差異、物流交匯、并聯眾多、介質干擾”的顯著特點，管理難度逐漸增大。其中，內腐蝕是造成海底管道失效的最重要因素。 因此，如何通過數據收集客觀反應腐蝕環境變化，并利用統計方法及數據分析手段，清晰掌握風險管控技術邏輯，制定更具針對性和精確性的管控措施，是管理方亟待解決的重要研究議題和技術攻關突破方向。 圖1 海底管道內腐蝕管理面臨挑戰示意圖 本文基于對海底管道內腐蝕管理的一些淺薄認識，梳理總結海底管道面臨的內腐蝕風險，并嘗試性地提出內腐蝕管控策略的相關思考和建議。內容如下： 一、內腐蝕風險類型概述 如前文《海底管道面臨的內腐蝕風險概述》所述，海管內腐蝕主要類型如下圖所示： 圖2 海底管道內腐蝕風險類型示意圖 CO2腐蝕 油氣田最常見的腐蝕之一，同樣pH下，CO2的總酸度比HCl高，會引起管道迅速的全面和局部腐蝕，最終造成失效。主要受到溫度、壓力、流速、pH值、介質組成、腐蝕產物膜等方面的影響。 H2S腐蝕 H2S溶于水中呈酸性，會造成管壁減薄或局部點蝕穿孔。主要受到材料因素、環境因素（濃度、pH值、溫度、流速、Cl-）等方面的影響。研究表明微量H2S存在，對CO2腐蝕是有明顯的抑制作用。 微生物腐蝕 油氣田腐蝕管控難度較大的腐蝕類型，通過材料表面的生物膜中微生物的生命活動導致或促進材料腐蝕破壞多，多以布局點蝕為主。主要受到生物膜生產期、介質組分、砂垢形成的外部環境等方面的影響。 垢下腐蝕 一種金屬表面沉積物形成的局部腐蝕，破壞性極大。當管道物流中攜帶淤泥、砂和固體顆粒形成沉積物。在與CO2、H2S、微生物等綜合作用形成“大陰極、小陽極”的電偶效應，引發嚴重點蝕發生。主要受到固體顆粒、沉積速率和厚度、流速、環境因素等影響。 沖刷腐蝕 流體高速運動會破壞金屬表面的保護膜或腐蝕產物膜，加速腐蝕過程。如果流體中含有固相顆粒，腐蝕會更為嚴重。主要受到材料本身性質、溫度、pH、流態、流速、腐蝕產物膜值、過流部件形狀等方面的影響。 頂部腐蝕 濕氣輸送過程中，當熱傳導使管壁溫度低于水蒸氣露點時，濕氣中水蒸氣在管道側壁和頂部生成凝析水。含有酸性氣體或可揮發腐蝕性物質，溶解于凝析水會對管道內壁造成嚴重的腐蝕。主要受到冷凝率、液態、流速、溫度、揮發性腐蝕介質等方面的影響。 二、內腐蝕管控路線綜述 基于完整性管理理念，海底管道腐蝕突出“全生命周期”的理念，從“設計、評估、措施、檢測、監測、維修”形成管理循環，類似與PDCA循環提升思路。從生產運營階段來看，內腐蝕管控可嘗試劃分為“感知端、決策段、執行端”，如圖2所示： 圖3 海底管道內腐蝕管控技術路線綜述 感知端 數據具有代表性、持續性、及時性、可靠性及可追溯性，力求數據背后信息豐富詳實，為內腐蝕的風險識別和評估提供最重要依據； 決策端 嚴格對標標準、規范、管理要求等，并匯總行業專家意見，形成可執行、能見效的防腐舉措方案； 執行端 如現場采用高質量清管、高效能藥劑加注，并配合工藝優化等手段，將腐蝕決策落地化、成果化，并積累執行經驗。 三、感知端：準確、詳實、可靠 生產工況數據感知 生產工況數據包括“正常狀態下的工況運行”和“工況顯著變化運行”兩種情況，如圖所示。 圖4 生產工況感知組成示意圖 a）正常狀態下的工況運行 將在此工況基礎上掌握數據波動基線，并依據制定常態化防腐方案和措施。類似于醫院驗血結果表，只要日常數據在波動范圍內，可以認定腐蝕工況環境未發生，只要保持高質量防腐措施，腐蝕風險可控。 b) 工況顯著變化運行 包括如產量增加、含水量、含氣量變化、上游設施介入、藥劑變更等，都屬于“高速路偏移既定車道”，可能會造成現有防腐措施效果的降低或者失效。需要對這種情況做到先知先覺，盡可能預判并采取進一步的優化調整，確保腐蝕風險可控。一旦長期偏離，防腐措施未動態優化，會造成難以評價的腐蝕累積。 腐蝕監測數據感知 目前海洋油氣田現場常用腐蝕數據或趨勢獲取途徑如圖5所示，當然還包括導波、內檢測等技術，由于篇幅原因，暫未詳細討論。 圖5 油氣田常用腐蝕監檢測技術綜述 a) 腐蝕掛片 作為現場最為常用和關注的腐蝕監測手段，之前已開展過“淺談油氣田腐蝕掛片的拆裝與分析”和“對掛片分析標準NACE SP0775-2023版修訂內容的解讀”等總結。需要說明的是，掛片的價值遠大于所計算得出的平均腐蝕速率和點蝕深度，應嚴格按照標準對其安裝狀態、暴露環境、拆出形貌、附著物、微觀形貌等進行全方位、多維度分析，從而更好反映出腐蝕趨勢和可能風險。這也將作為將來腐蝕異常分析的最重要一手信息。 圖6 基于標準規范要求的腐蝕掛片關注信息匯總圖 b) 腐蝕探針 作為能連續反應現場腐蝕狀態的監測裝置，目前應用廣泛和認可度高。探針數據結果能夠和掛片信息進行良好對應，特別對特殊工況（鉆完井返排、清罐排放、藥劑調整、物流切換、產量變化等），能敏感觀察到腐蝕環境的加劇性變化，并立即開展響應對應措施的調整。需要注意的是，現場探針的定期維護，對數據連續性和準確性非常重要。 圖7 探針現場應用及管理要點示意 c) 旁路系統 作為和海底管道腐蝕狀態形貌最為接近的監測手段，現場應用程度較高。在旁路上搭配各種監測設備，能夠更為全面的獲取旁路服役期間的腐蝕實時數據。在旁路拆除后，進行腐蝕產物、細菌分析、壁厚測試、點鐘分析等，能夠獲得大周期和小時間段結合的腐蝕信息，數據量會更為豐富和立體。 圖8 腐蝕旁路系統全周期監測分析示意圖 d) 腐蝕因子 現場最為熟悉的CO2、H2S、鐵離子、pH等都屬于腐蝕因子監測范疇，由于其操作性強、數據結果快，在現場應用和認可度很高。之前已圍繞這個話題，開展過“海洋油氣管道介質組分檢測綜述”、“淺談油氣田腐蝕氣體現場檢測的影響因素”、“淺談油氣田腐蝕參數離線檢測可靠性影響因素”等話題的討論。 圖9 基于標準NACE-SP0106腐蝕因子監測內容圖 腐蝕因子數據的核心要點在于“三性”：準確性、時效性、細致性。 準確性：應嚴格按照標準規范，進行合理取樣選點、標準化取樣測試，實現數據盡可能少收到人為化干擾，確保數據的穩定性； 時效性：考慮到可能的液體變化，用最快捷的辦法盡可能在現場就完成大部分測試內容，快速拿到數據后如有異常，可在現場立即開展篩查： 細致性：腐蝕因子數據的“背后”，還需要記錄對應工況、生產波動數據、藥劑變化等背后的信息，這對于接下來要開展的原因分析都可能是至關重要的信息。 四、決策端：科學、系統、升級 目前，海管內腐蝕管理是基于完整性管理的核心理念：全生命周期管理，即覆蓋設計、施工、運營、廢棄等階段。理想的腐蝕管理決策端應包括三個階段：從標準出發理解防腐設計，到高質量執行腐蝕管理規定，及針對性更強的現場“一管一策”落地。 腐蝕標準 國內外圍繞內腐蝕管控的標準眾多，其中國外以ISO、AMPP、DNV、ASTM、AMSE居多，也有SHELL、TOTAL、STATOIL等知名石油公司企標。國內以GB、SY/T、Q/HS居多，亦有各大石油公司的企標。如果有興趣，可參考《敲黑板！100+篇外文腐蝕相關文獻干貨分享》。 如表1所示，整理了腐蝕管理、選材、監測、藥劑、實驗的常用標準以供參考。 表1 內腐蝕管理常用相關標準匯總 以《淺談標準“NACE SP0106 - 鋼管道和管線系統內腐蝕控制要點”》為例，如圖1所示，該標準突出了系統化的腐蝕控制策略，內容既包含控制方向和路線，又指出技術控制要點，是作為縱覽腐蝕管理的良好范本。 圖1 NACE SP0106-2018標準內容體系構架 此外，與陸地管道相比，針對海管內腐蝕管理的國標、行標相對較少，未來也是行業努力的方向之一。 管理規定 第一層面：整體管理。 針對海管腐蝕的特殊性，作業管理方建立了體系完善、內容豐富的腐蝕控制作業指導文件，從完整性建立和完整性保持兩個階段進行管控提升，概要如圖2所示。 圖2 海管完整性管理之腐蝕管理路線概要 第二層面：屬地深化。 圍繞腐蝕管理執行中存在的共性問題和個性特征，開展針對性更強的基礎、治理和專項提升工作。 如圖3所示，區域特色化的腐蝕及管理方案，其核心要點是“基于總體腐蝕管理文件的指標性導向，并結合所轄海域出現過腐蝕的歷史特征和關鍵要點，梳理并制定更精準的綜合治理方案及配套技術規范，更加有利于現場作業的指導性和落地化”。 圖3 針對性的海管內腐蝕治理特色化方案示意 一管一策 圍繞管理規定并結合平臺現場的生產、物流、工藝等特征，梳理總結出具有顯著的差異性、針對性的“一管一策”方案，作為執行腐蝕管理再深化的核心文件。從而能夠實現快速、有效、科學的隱患識別、異常篩查和治理，將防腐戰線高效前移。 圖4 油田現場特色化的“一管一策”管理概述 五、執行端：精準、落地、見效 經過多年管理經驗的提煉總結，執行端應用技術逐步完善、有效性管理逐步精細化。現場落地化措施主要包括清管作業、化學藥劑和工藝優化三個方面。 圖5 海管內腐蝕執行端防腐措施及保障手段 高質量清管作業 目前，清管被認為是對付管道內腐蝕的最主動手段，加強高質量清管作業，建立內防腐第一道最堅固的防線。保護管道，其實跟保護我們人體的血管一樣，通則不痛。一個高質量的清管作業構成要素如圖6所示： 圖6 海管高質量清管作業技術路線 關于清管全流程的管理，之前的文章已系統的梳理總結，如有興趣，請參考如下： ● 清管作業方案和球形選擇，請見《基于清管作業的海管內腐蝕控制之一：作業方案優化》、《清管器類型及選型參考簡介》； ● 清管過程管理及效果監控：《基于清管作業的海管內腐蝕控制之一：作業效果監控》；《海管清出物附著態取樣及細菌快速檢測》； ● 高質量清管綜述總結：《油氣輸送管道高質量清管的實踐應用總結》；《基于清管作業的海管內腐蝕控制之一：管理優化提升》 全周期藥劑管理 各種化學藥劑的注入，為海管內部腐蝕管控提供最直接的保護作用。目前，油田藥劑注入主要通過“日常作業、通球作業、新投產或停產后復產”三種加注形式實現，圍繞油田現場關注的加注效果評價指標的延伸管理，實現“篩選、供貨、抽檢、效果評價、動態優化”全流程管理策略，旨在開展類似“工業工程”的高效全周期閉環化管理(圖7)。 圖7 油田用化學藥劑全周期閉環管理 需要指出的是，關于現場關心的藥劑效果評價話題，既要充分了解油田現場生產工況特征、藥劑加注工藝和取樣點代表性等實際問題，又要兼顧實驗室評價的科學性和規范，最后綜合分析現場監測數據和實驗結果差異性原因，才能更好解釋“實驗室篩選和現場應用”可能出現的差別，將“實驗”和“試驗”緊密結合起來。 圖8 油氣田藥劑應用效果綜合評價路線 工藝優化 同時，圍繞工況和處理工藝開展的優化工作，可顯著優化或改變海管內部腐蝕環境，如下圖9所示。如提高流速，可以提高攜砂能力，一定程度降低垢下腐蝕風險；如降低溫度，避開CO2腐蝕速率的高敏感區；如增加脫氣單元，降低CO2、H2S氣體的分壓值等等。 關于工藝優化，有兩個問題需要關注下： a) 充分評估改變工藝環境可能帶來的次生風險。如降低了溫度，有細菌快速滋生的可能性；提高流速不當，有增加過流部件沖刷的風險。諸如此類，需要進行變更后新的風險識別和對應措施制定； b) 現場工藝的改變需要更大的投入。這些工作大都需要在停產維修或其他間歇階段完成，可能會帶來大量的人工和時間投入，相比在設計階段的優化建議，成本可能會投入更大。 圖9 油氣田常見降低內腐蝕風險的工藝優化措施 六、總結 海管內腐蝕管理是一個相對復雜、交叉性強的工作，會面臨著新老問題的持續挑戰。所以，一個優秀的內腐蝕管理工作，必然是系統化的、全周期化的。這需要有快速、全面、準確的感知端、有科學、系統、健全的決策端、以及精準、落地、見效的執行端。 最終，作為腐蝕管理或從業者，我們應具備不斷“自我總結、厚積薄發”的自學習能力，實現從“樹枝到樹木、從樹木到森林”的自進化能力，從而實現腐蝕風險的可控，支撐高質量可持續發展。
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