基本信息
- 项目名称：
- 油田集输管道腐蚀与防护技术
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 项目首次采用自行研制的污水电解微泡气浮设备对污水进行电解处理，大大降低了硫化氢、氯离子、硫酸根、碳酸氢根等有害物质的含量，污水中的有害细菌也全被杀死，还采用了缓蚀剂添加和管道内外涂层技术（聚乙烯涂层与镍铁合金镀层相结合），提高了管道的耐腐蚀性能，达到了预防管道设备腐蚀的目的。项目已经申请国家专利，且研究成果已在吉林油田乾安、英台、新立等十几个采油厂投入使用，从腐蚀机理和腐蚀防护上均获得重大突破。
- 详细介绍：
- 腐蚀是影响管道系统可靠性及使用寿命的关键因素。随着油田开发的不断深入,原油生产已进入特高含水生产期,因此油田地面生产系统的主要部分,基本上已属于一个高含油污水系统。高矿化度和强腐蚀性的污水是造成管道容器腐蚀破坏的主要因素之一。吉林油田集输管道不同区块具有各自的腐蚀特点，采油厂水质主要是硫化氢腐蚀，近年来，对乾安、英台、大情字等油田井的腐蚀结垢研究始终没有停止过，但没有从根本上解决问题，内腐蚀结垢也越来越严重。油田水质恶化程度加剧，管道内涂层脱落现象时有发生。吉林乾安、英台、前大、大情字等油田由于内腐蚀原因造成的集油干线、支干线、单井管线、计量间（管汇、计量泵）、注水管线、伴热管线等相继开始连续发生腐蚀穿孔。集输、注水管线结垢严重，清垢、堵漏工作非常繁重。由于单井含水不断增高，水质又极其恶劣，含有如：H2S、Cl-、HCO3-、SO42-、Ca2+、Mg2+、Fe2+和Fe3+大量的腐蚀结垢介质，并存在大量的硫酸盐还原菌。致使产出水在油管线下部污水积聚区腐蚀穿孔。在油气田开采领域，人们经过长期深入细致地研究，对硫化氢（H2S）在石油、天然气开采设备和输送管线方面产生的腐蚀机理和规律，以及防护措施等都已形成了较为成熟的理论和具体方法。但对CO2和H2S共同作用产生的腐蚀及影响因素和规律还没有系统的认识。此项目的开展首先针对乾安、大情字井的内腐蚀和结垢问题，也是吉林油田的增储上产的关键所在。该项目主要是研究吉林油田集输管道的腐蚀机理，针对腐蚀成因，制定相应的防护措施和解决方案。保障集输管道的正常运行输送，达到预防管道设备腐蚀的目的，避免重大事故的发生。同时为管道设计和铺设提供更好的技术支持（如：管道采取内涂层设计或水质处理的方法减缓管道的腐蚀）具有重大意义。在一些主力油气田H2S和CO2含量很高，如西南、华北油田、长庆、大庆油田等均出现因H2S和CO2腐蚀导致油井报废，造成巨大的经济损失和事故，其已成为当今石油天然气工业中普遍存在而又难以完全解决的问题，影响着我国油气工业的发展。我们首先针对CO2和H2S共同作用对金属的腐蚀机理进行研究，我们的研究方向填补了国内空白。在对腐蚀机理研究的基础上，研究并发现了对输送管道有较好防护效果的的防护涂层（镍基镀层）。此项防护技术可为安全生产提供可靠数据和技术支持。首次在油田采用电解微泡气浮的方法和硫化氢处理剂相配合的方法除去水中的硫化氢，有效减缓管道腐蚀，延长管道使用寿命。电解微泡气浮方法的问世开创了防腐界的新纪元，我们不仅仅从管道本身着手进行防腐处理，也从管道内的液体进行处理，这样更大大的提高了管道的使用寿命。首次在油田长距离管道上应用内外聚乙烯防护层，内涂聚乙烯粉末达2毫米以上，外防腐为1.5至2毫米。其内涂层的使用寿命在30～50年，远远高于设计使用寿命20年，是现有涂层（使用寿命3年）的10倍以上。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 创新点：1．首次在吉林油田开展了CO2+H2S介质对集输管道的腐蚀机理研究；为集输管道的安全使用及输送管道的防护设计提供了防腐依据，填补了国内空白。2．在对腐蚀机理研究的基础上，研究并发现了对输送管道有较好防护效果的的防护涂层（镍基镀层）。此项防护技术可为安全生产提供可靠数据和技术支持。3．首次在油田采用电解微泡气浮的方法和硫化氢处理剂相配合的方法除去水中的硫化氢，有效减缓管道腐蚀，延长管道使用寿命。4．首次在油田长距离管道上应用内外聚乙烯防护层，内涂聚乙烯粉末达2毫米以上，外防腐为1.5至2毫米。其内涂层的使用寿命在30～50年，远远高于设计使用寿命20年，是现有涂层（使用寿命3年）的10倍以上。技术关键和主要指标：1．在开展腐蚀工作的同时对结垢最严重的区块进行相应的调查、水质化验分析、收集垢样。为下一步防护工作打下基础。2．油田水质的化验分析，分析各种离子的组成及含量。3．管道内外腐蚀机理研究，扫描电镜、透射电镜、X-射线衍射仪观察腐蚀层的微观结构及其成分，分析油田水质和土壤对钢质管线的腐蚀机理和影响因素，进行金相分析，观察碳钢中腐蚀因素对金属晶格的破坏程度，垢形成盖帽分析，以及温度、压力、流速对腐蚀结垢速度的影响。4．根据腐蚀结垢机理收集国内外缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂、絮凝剂。进行室内效果评价筛选试验。缓蚀剂室内合成效果试验。5．室内缓蚀剂、杀菌剂、阻垢剂、絮凝剂复配试验。现场缓蚀剂、杀菌剂、阻垢剂、絮凝剂加药试验并进行效果评价。
科学性、先进性
- 现有国内外主要的防护方法有：（1）阴极保护采用强制电流和牺牲阳极联合保护，全线设置阴极保护，阳极区埋没D75*1500mm高硅铸铁阳极棒。但对管道绝缘性要求严格，而且成本非常高，工程量巨大。（2）无机非金属防护层，虽然无机防腐材料不老化、耐腐蚀、耐磨损、耐温，使用寿命比有机材料大大提高，但是材料与管体结合性能较差，并且两管接口处极易损坏。 而本项目首次在油田采用电解微泡气浮的方法和硫化氢处理剂相配合的方法除去水中的硫化氢，有效减缓管道腐蚀，延长管道使用寿命。采用聚乙烯涂层与镍基涂层相结合的方法，大大的加强了涂层与管道的结合性能，并且在管道接口处采用电沉积大体积镍铁合金晶体的方法进行防护。多种手段相结合，提高了管道的耐腐蚀性能，保障了集输管道的正常运行输送，可使管道寿命大大延长至30—50年。
获奖情况及鉴定结果
- 专利申请号： 200910218153.2 专利名称:一种电沉积制备大体积纳米镍铁合金晶体的方法获奖信息：2010年“吉林省科技进步奖二等奖” 2011年校第四届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛“一等奖” 2011年“挑战杯”吉林省大学生课外学术科技作品竞赛“三等奖” 相关论文两篇
作品所处阶段
- 生产阶段
技术转让方式
- 专利
作品可展示的形式
- 实物、产品、图纸、图片、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 此研究成果已在吉林油田乾安、大情字井、英台、新立、新木、新民、扶余、红岗、前大等十几个采油厂应用三年时间，通过该项目对吉林油田腐蚀的研究，从腐蚀机理和腐蚀防护上均获得突破，乾安的腐蚀是集聚其他采油厂的全部腐蚀因素，如：氯离子、碳酸氢根、硫化氢、细菌、垢下腐蚀等，通过对该项目的研究，乾安采油厂从2006年12月至2009年12月采用研究技术创造和节约运行成本合计 。而且，此技术也可应用国内外其他油田技术管道和其他领域的类似设备。为更多企业创造更大的经济效益和社会效益。
同类课题研究水平概述
- 国内：1．华东管道设计研究院工程师沈红光发表论文《输油管道腐蚀控制及防腐层大修技术》。该论文分析了输油管道腐蚀原因，指出了管道腐蚀控制应注意的问题。其中，固定的钢管绝缘不良，使管道接地，保护电流大量流失，使管道阴极保护失效。所以，要求管道防腐层绝缘避免短路；对管道两端采用沥青麻刀的密封装置；钢管外采用室友沥青玻璃布加强级防腐，厚度大于七毫米；阴极保护采用强制电流和牺牲阳极联合保护；全线设置阴极保护，阳极区埋没D75*1500mm高硅铸铁阳极棒，埋深2.5m，阳极棒周围用焦炭100mm厚包围，VV型聚氯乙烯电缆连接进入接线箱；从首站开始起，24.5km处埋设第一组牺牲阳极，以后每隔500m埋设一组牺牲阳极。2．中国石化西北油田分公司采用的防腐办法为：采用外防腐补强技术，在管道外壁衬一层不锈钢，在采用碳纤维补强，实现防腐和补强的双重功能；根据不同的介质环境和运行工况，筛选适宜的缓蚀剂；在一号计转站至一号联输油管道采用机器人内部口技术；阴极保护优化；工艺优化；选材优化。3．中国石油管道公司乌鲁木齐油气分公司联合西南石油大学提出了输油管道防腐新技术：无机非金属防护层，无机防腐材料不老化、耐腐蚀、耐磨损、耐温，使用寿命比有机材料大大提高，无机非金属防护层主要有陶瓷涂层、搪瓷涂层、玻璃涂层；纳米改性材料涂层，纳米改性材料科有效提高综合性能，特别是增加材料的机械强度、硬度、附着力、提高耐光性、耐老化性、耐候性。国内一些主力油田CO2含量很高，如华北油田、长庆油田等均出现因CO2腐蚀导致油井报废，造成巨大的经济损失和事故。已成为当今天然气工业中普遍存在而又难以完全解决的问题。国外：在油气田开采领域，人们经过长期深入地研究，对H2S在石油、天然气开采设备和输送管线方面产生的腐蚀机理和规律，以及防护措施等都已形成了较为成熟的理论和具体方法。但对CO2和H2S共同作用产生的腐蚀及影响因素和规律还没有系统的认识。法国ELF公司用了6年时间对分布在挪威、荷兰、突尼斯、喀麦隆等地区的40多个油气田的CO2腐蚀情况及其影响因素进行调查研究，探寻腐蚀程度与各种因素综合特征的相对关系；挪威能源技术协会(IFE)对影响CO2腐蚀速率的诸多因素进行了系统的研究，日本的钢铁研究公司根据 IFE的结论，研发生产防止CO2腐蚀的专用管材。
