近年來，隨著我國油氣田深度開發(fā)和油氣管道建設(shè)飛速發(fā)展，油氣井、集輸管線和長輸管線的腐蝕問題日益突出，給腐蝕控制工作帶來極大挑戰(zhàn)，同時(shí)也要求更多專業(yè)技術(shù)人員充分了解石油天然氣工業(yè)中的腐蝕特點(diǎn)，通過不斷的技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用實(shí)踐，減輕或避免腐蝕帶來的危害。

油氣工業(yè)的生產(chǎn)流程

油氣工業(yè)的生產(chǎn)大體包括油氣開采、油氣集輸和油氣儲運(yùn)等過程。

油氣開采的任務(wù)是通過一系列可作用于油藏的工程技術(shù)措施，使油、氣由儲層暢流進(jìn)入井筒，并高效率地將其舉升到地面進(jìn)行分離和計(jì)量，其目標(biāo)是經(jīng)濟(jì)有效地提高油氣井產(chǎn)量和油氣采收率。采油工程系統(tǒng)有兩大組成部分：一是具有一定儲存和流動特性的孔隙或裂縫介質(zhì)系統(tǒng)，即油藏；二是人工建造系統(tǒng)，包括井底、井筒、井口裝置、采油設(shè)備、注水設(shè)備以及地面集輸、分離和儲存設(shè)備等。在油氣開采中，往往是油中含氣（伴生氣），或氣中含油，所以氣田開采工藝一般包括油的生產(chǎn)工藝。

在油田，將各油井生產(chǎn)出來的原油、天然氣等混合物進(jìn)行收集、儲運(yùn)、分離、凈化的各種工藝裝置和管路連接起來的完整系統(tǒng)稱為油氣集輸流程，簡稱集輸流程。

油井產(chǎn)出的多相混合物經(jīng)單井管線（或經(jīng)計(jì)量后的混輸管線）混輸至集中處理站（集中處理站也稱為油氣集輸聯(lián)合站），在聯(lián)合站內(nèi)首先進(jìn)行氣液的分離，然后對分離后得到的液相進(jìn)一步進(jìn)行油水分離，通常稱原油脫水；脫水后的原油在站內(nèi)再進(jìn)行穩(wěn)定處理，穩(wěn)定后的原油輸至礦場油庫暫時(shí)儲存或直接輸至長輸管道的首站；在穩(wěn)定過程中得到的石油氣送至輕烴回收裝置進(jìn)一步處理；從油水混合物中脫出的含油污水及泥砂等，進(jìn)入聯(lián)合站內(nèi)的污水處理站進(jìn)行除油、除雜質(zhì)、脫氧、防腐等一系列處理，使之達(dá)到油田地層回注或環(huán)境保護(hù)要求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，再根據(jù)需要，回注地層或外排；對從氣液分離過程中得到的天然氣（通常稱為油田伴生氣或油田氣），進(jìn)行干燥、脫硫等凈化處理后，再進(jìn)行輕烴回收處理，將其分割為甲烷含量90%以上的干氣和液化石油氣、輕質(zhì)油等輕烴產(chǎn)品，其中干氣輸至輸氣管道的首站，液化石油氣和輕質(zhì)油等輕烴產(chǎn)品可直接外銷。

油氣儲運(yùn)，簡單講就是油氣的儲存和輸運(yùn)兩個(gè)過程。就是將油田各油井生產(chǎn)的原油和油田氣進(jìn)行收集、處理，將符合外輸標(biāo)準(zhǔn)的原油儲存、計(jì)量后分別輸送至礦場、油庫或外輸站的過程。為了保證油田均衡、安全地生產(chǎn)，外輸站或礦場油庫必須有滿足一定儲存周期的油罐。儲油罐的數(shù)量和總?cè)萘繎?yīng)根據(jù)油田產(chǎn)量、工藝要求確定。管道輸送是用油泵將原油從外輸站直接向外輸送，具有輸油成本低、密閉連續(xù)運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，是最主要的原油外輸方法。

天然氣儲運(yùn)的流程包括：井場-集氣站-凈化廠（增壓站）-配氣站（首站-長輸管線的穿跨越、中間泵站等）-終點(diǎn)（門站）-用戶（居民、化工廠等）。目前，天然氣儲存技術(shù)主要包括液化天然氣（LNG）儲氣、地下儲氣庫（UNGS）儲氣、水合物（NGH）儲氣、吸附天然氣（ANG）儲氣和近臨界流體（NCF）儲氣。

石油儲運(yùn)的流程包括：油田原油開采→（管）運(yùn)輸（罐）儲集→預(yù)處理（脫水、輕烴回收）→罐儲→（管、船）運(yùn)→中轉(zhuǎn)站（油庫）→煉油廠→產(chǎn)品罐儲→（管、船、火車、汽車）運(yùn)→中轉(zhuǎn)站（油庫）→加油站→銷售、使用。原油從油井（自噴或抽油機(jī)井）經(jīng)集油管線輸至集油站，在集油站進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠蜌夥蛛x、計(jì)量、增壓、加熱。由管道（油氣混輸或油氣分輸）輸至集油總站對原油進(jìn)行輕烴回收、原油穩(wěn)定、含油污水處理、氣體脫水、脫CO2和脫硫等綜合處理。經(jīng)處理質(zhì)量合格后的原油，進(jìn)入首站（或原油庫），由長輸管線輸至煉油廠或碼頭。

油氣設(shè)施腐蝕失效形式

根據(jù)腐蝕失效的形式和腐蝕形貌，可以將導(dǎo)致油氣管道與設(shè)施失效的腐蝕類型分為全面腐蝕、局部腐蝕和環(huán)境敏感斷裂。目前，油氣管道與設(shè)施的主要材料為碳鋼、低合金鋼和不銹鋼及耐蝕合金。全面腐蝕和局部腐蝕引起的失效主要發(fā)生于碳鋼和低合金鋼材料，而局部腐蝕環(huán)境敏感斷裂引起的失效多發(fā)生于不銹鋼。

油氣管道設(shè)施的腐蝕在宏觀上還可以分為內(nèi)腐蝕和外腐蝕，內(nèi)腐蝕主要是管體內(nèi)部由于輸送的油氣水多相流動介質(zhì)所導(dǎo)致的腐蝕，外腐蝕主要是管體外部遭受的土壤、地下水和微生物引起的腐蝕。油氣管材的腐蝕問題由于其接觸介質(zhì)的多樣性，腐蝕形式復(fù)雜，往往給工程技術(shù)人員帶來諸多困惑。

為了能夠更好地使工程技術(shù)人員從不同層次了解腐蝕問題，本書后面的章節(jié)分別從油氣工業(yè)的腐蝕環(huán)境特點(diǎn)、腐蝕發(fā)生發(fā)展的不同層次，以及具體的腐蝕類型及其機(jī)理等方面介紹油氣工業(yè)典型的腐蝕問題，既包括人們熟知的CO2腐蝕、H2S腐蝕，也包括與管道運(yùn)行相關(guān)的垢下腐蝕和頂部腐蝕，還包括環(huán)境敏感斷裂的多種形式。

油氣設(shè)施腐蝕控制措施

（1）材料選擇

腐蝕控制的材料選擇是一項(xiàng)復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)決策，其中要考慮油氣工程整個(gè)壽命周期內(nèi)的成本、施工實(shí)踐和操作程序。針對特定的應(yīng)用場合選擇特定的材料很重要，選擇合適的加工方法（如焊接或涂鍍）也很重要。正確選擇對長期腐蝕控制和維持資本支出與運(yùn)營支出之間的最佳平衡至關(guān)重要，這將最大限度地提高管道的完整性和運(yùn)行安全。腐蝕裕量的使用是對選材中經(jīng)濟(jì)考慮和技術(shù)考慮之間相互作用的最簡單示例。

一般的，預(yù)期壽命較長的管道通常傾向于選擇較昂貴的耐蝕合金（CRA），這大大降低了運(yùn)營成本。龐大的管道系統(tǒng)則傾向于使用較便宜的材料但運(yùn)營成本會很高，其中包括使用額外的腐蝕控制方法如化學(xué)處理、涂層、陰極保護(hù)。

針對特定應(yīng)用的耐腐蝕材料選擇取決于預(yù)期的服役條件。例如，金屬材料在H2S介質(zhì)存在開裂敏感性，選材取決于溫度、H2S分壓、原位pH值、氯離子含量、元素硫、溫度、應(yīng)力以及與液態(tài)水相接觸的時(shí)長等諸多因素。這都是油氣工業(yè)腐蝕控制選材經(jīng)常面臨的工作。

（2）保護(hù)涂層

很多情況下，最實(shí)用、最直接的腐蝕控制方法就是用合適的保護(hù)涂層涂覆管道表面。涂層是腐蝕控制的第一道防線。用于腐蝕控制的涂層可主要分為犧牲性涂層、緩蝕性涂層、導(dǎo)電性涂層、阻隔性涂層等。既包括金屬鍍層或包覆層、堆焊層，又包括非金屬的涂層、襯里等。

（3）陰極保護(hù)

陰極保護(hù)對通過腐蝕控制維護(hù)管道完整性是十分重要的。陰極保護(hù)（CP）控制腐蝕，首先通過消除被腐蝕金屬結(jié)構(gòu)的陽極和陰極之間的電位差，其次通過在陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極和被腐蝕金屬結(jié)構(gòu)之間形成一個(gè)負(fù)電位差從而使被腐蝕結(jié)構(gòu)成為新的電化學(xué)電池的陰極。本質(zhì)上，陰極保護(hù)是通過使表面變?yōu)殛帢O從而控制金屬腐蝕的技術(shù)。

（4）電氣絕緣

當(dāng)管道結(jié)構(gòu)容易受到電偶腐蝕或交直流干擾電流腐蝕的影響時(shí)，腐蝕控制的切實(shí)可行方法是確保結(jié)構(gòu)的電氣隔離。管線系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)避免在直接接觸或穿過同一電解質(zhì)的位置使用異種金屬。在使用異種金屬的情況下，需要采用電氣隔離手段來阻斷金屬電連續(xù)性以防止或顯著降低電偶腐蝕。

雜散電流并非同一結(jié)構(gòu)的陽極和陰極之間的電偶腐蝕電流。流經(jīng)正常電路之外的電通路的電流可歸為雜散電流，包括靜態(tài)電流或動態(tài)電流，交流電流或直流電流。雜散電流造成大多數(shù)金屬的嚴(yán)重腐蝕。雜散電流腐蝕可能是由系統(tǒng)造成，如電力系統(tǒng)、鐵路系統(tǒng)、電接地、鄰近埋地管道陰極保護(hù)系統(tǒng)、采礦作業(yè)、焊接作業(yè)等。如果不加以控制，雜散電流可能會很快地破壞結(jié)構(gòu)或者造成潛在的災(zāi)難性后果。

（5）環(huán)境控制

石油天然氣勘探和生產(chǎn)系統(tǒng)中的環(huán)境盡管具有腐蝕性，但仍可以通過環(huán)境或介質(zhì)調(diào)節(jié)控制腐蝕。環(huán)境控制變量包括壓力、溫度、流體動力學(xué)、管道應(yīng)力狀態(tài)等管道內(nèi)部和外部環(huán)境條件。如脫水和除氧等處理的目的就是通過改變介質(zhì)腐蝕性環(huán)境進(jìn)而影響腐蝕，還包括化學(xué)處理、調(diào)整環(huán)境的導(dǎo)電性、調(diào)節(jié)pH，或者確保環(huán)境與潛在的腐蝕因素“隔絕”等方式。地床和回填也是改變埋地管道環(huán)境的例子，可以保護(hù)管道涂層并且最大限度地減少潛在的安裝應(yīng)力。

使用緩蝕劑、除氧劑和殺菌劑等化學(xué)處理也是在石油天然氣開發(fā)生產(chǎn)中重要的環(huán)境控制方法。為了有效地控制微生物腐蝕，殺菌劑一般針對微生物的原始來源而非整個(gè)系統(tǒng)。應(yīng)確定所有液體的來源以檢測細(xì)菌的存在并確定是否有可能出現(xiàn)腐蝕?；瘜W(xué)藥劑可按批次使用或連續(xù)使用，要根據(jù)類型選擇應(yīng)用方法。

水作為連續(xù)液體相存在才會引起嚴(yán)重的腐蝕。水蒸氣自身因其不是電解質(zhì)而不造成腐蝕，但在蒸汽相形成凝結(jié)水的地方，假如存在其他環(huán)境條件就可能發(fā)生腐蝕。因此去除天然氣中的水蒸氣是通過環(huán)境控制實(shí)現(xiàn)腐蝕控制的一種可行方法。

清管也是改變管道內(nèi)部環(huán)境的有效方法，清管一般采用清管器清除管道中積水、殘?jiān)⑽勰嗪推渌腆w沉淀物。管道的內(nèi)腐蝕通常與水有關(guān)，天然氣和凝析油管道容易受冷凝水積液和因操作擾動造成攜帶水分的影響，導(dǎo)致管道內(nèi)部出現(xiàn)積水。同時(shí)管道內(nèi)部累積的水和固體沉積也可能引起垢下腐蝕并且創(chuàng)造一個(gè)對局部腐蝕有利的環(huán)境，包括微生物腐蝕，因此及時(shí)對管道進(jìn)行清管作業(yè)也是重要的環(huán)境控制方法。

管道的制造、運(yùn)輸、安裝和作業(yè)所產(chǎn)生的應(yīng)力與惡劣的環(huán)境結(jié)合能夠引起應(yīng)力腐蝕或環(huán)境敏感斷裂。通過科學(xué)選材、合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化焊接方法以減少殘余應(yīng)力，是控制硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的重要途徑。還應(yīng)通過消除可能積聚氯化物的縫隙，來避免發(fā)生氯化物應(yīng)力腐蝕開裂。因此，環(huán)境應(yīng)力控制和減弱環(huán)境敏感斷裂的敏感環(huán)境條件，也是環(huán)境控制的重要手段之一。

（6）防腐蝕設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)是控制腐蝕的一種基本途徑。有效利用設(shè)計(jì)達(dá)到最大效果的實(shí)例包括工藝布置設(shè)計(jì)、涂層設(shè)計(jì)、腐蝕監(jiān)測設(shè)計(jì)、化學(xué)處理方法設(shè)計(jì)、有效清管作業(yè)設(shè)計(jì)，分水器、滴水槽、盲管段、截止管段的管道設(shè)計(jì)，以及流體動力學(xué)設(shè)計(jì)。通過設(shè)計(jì)也可以實(shí)現(xiàn)沉積物控制、除氧和微生物控制。

在管道設(shè)計(jì)中，應(yīng)避免出現(xiàn)縫隙和不準(zhǔn)確對接，因?yàn)檫@可能造成縫隙腐蝕。在一些設(shè)計(jì)中如搭接接頭設(shè)計(jì)，縫隙是固有的，應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行妥善密封。為完全避免留下縫隙，可以使用彈性墊圈或使用壽命較長的密封劑。為避免濕氣進(jìn)入縫隙也要求進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。假如濕氣積累不可避免，設(shè)計(jì)要力求為縫隙提供完備的排水體系。設(shè)施的有效排水對防止流體滯留在縫隙內(nèi)至關(guān)重要，必須對此類區(qū)域進(jìn)行定期檢查和徹底清潔。

在任何生產(chǎn)現(xiàn)場都不可避免會存在盲管段、截止管線、排水管道和滴水槽。這些管段的特點(diǎn)是其停滯或間歇流動的狀況，在這種狀況下腐蝕會蔓延但卻不容易被發(fā)現(xiàn)，從而危及管道完整性。避免流體停滯的恰當(dāng)設(shè)計(jì)再加上監(jiān)測可以改變這種狀況。另一種選擇就是通過設(shè)計(jì)盲管段和滴水槽以便更容易地對其進(jìn)行檢查和清潔。