基于腐蝕防控的油田管道完整性技術管理體系構建與應用

張博文 張永豐 劉書孟 蔡衛軍 馬洪英

1大慶油田有限責任公司第二采油廠

2中國石油青海油田質量安全環保監督中心

管道是油田生產系統的重要組成部分。近年來，隨著油田開發建設年限的不斷延長和管道規模的持續擴大，管道腐蝕、老化、失效問題日益突出[1]。同時，部分油田管道因敷設環境限制以及生產需要而位于環境敏感區域，一旦發生腐蝕失效將帶來巨大的生命和財產損失。

為了有效控制管道失效，中國石油天然氣集團公司2017 年制定并頒布《中國石油天然氣股份有限公司油氣田管道和站場完整性管理規定》（2017）（以下簡稱《規定》）要求開展管道全生命周期完整性管理工作，推動管理模式由“事后搶修”向“事前預防”轉變。對比氣田管網和常規油田生產實際，發現氣田管網具有輸送距離長、安全風險高、失效后果重、失效頻率相對較小等特點，同時相關防腐技術管理措施應用較早，監督管理體系相對完善，完整性管理經驗豐富[2-3]；但常規油田生產管道則具備管道類別多、工藝復雜、輸送介質種類多、腐蝕類型多樣、穿跨越環境復雜等特點，同時技術措施和監督管理體系尚不完善，完整性管理工作處于開展初期，經驗不足。由于這些不同特點，氣田管道和常規油田管道需要采取差異化管理策略，建立不同的指標體系。

因此，針對大慶油田第二采油廠（以下稱“薩南油田”）等老區采油廠，需要圍繞《規定》中相關完整性管理要求，結合自身管道建設現狀和生產運行特點，在明確管理重點的基礎上，建立科學的管理體制，采取適宜的技術舉措，形成并持續優化完整性管理體系，切實保障油田管道安全、平穩運行，減輕財產損失和安全環保壓力。

1 管道建設現狀及存在的問題

薩南油田成立于1964 年11 月，位于大慶長垣薩爾圖構造南部，開發面積182.85 km2，目前已建成管道1 4601.9 km，運行年限在20 年以上管道總量為5 027.3 km，管道運行年限整體較長。管道具體運行情況見表1。

同時，由于薩南油田大部分井、站、管網地處一級強腐蝕區域，管網發生不同程度的腐蝕，加之周邊作業、外力破壞等情況導致管道失效情況日益嚴重，嚴重影響安全平穩運行。土壤腐蝕性分布情況見圖1。從表1可以看出：運行15年以上管道總長6 351.77 km，占薩南油田管道總量的43.5%；運行20 年以上管道總長5 027.26 km，占薩南油田管道總量的34.43%；運行25 年以上管道總長2 992.32 km，占薩南油田管道總量的20.49%；運行30 年以上管道總長2 007.03 km，占薩南油田管道總量的13.75%。

圖1 薩南油田土壤腐蝕性分級圖Fig.1 Soil corrosivity classification diagram of Sanan Oilfield

表1 薩南油田管道分年限統計Tab.1 Statistics of Sanan Oilfield pipeline by year km

2 管道腐蝕失效調查

“十三五”期間，薩南油田管道失效率呈先上升后下降趨勢，平均失效率達0.79 km-1a-1，遠高于油田平均水平。自2019 年起，薩南油田貫徹完整性管理理念，落實各項管理舉措，加強監督監管力度，初步扭轉了失效率逐年上升趨勢，截至2021年，實現管道失效率3 連降，全年失效率為0.44 km-1a-1。管道失效率變化趨勢見圖2。

圖2 近年來管道失效率變化情況Fig.2 Change of pipeline failure rate in recent years

2.1 按照輸送介質統計的失效情況

2021 年，薩南油田全年管道失效6 487 次，主要集中在油集輸管道和注入管道，兩種類型管道失效次數高達6 351 次，占失效總數的97.9%。其中，油集輸管道失效3 345 次，占總量的51.56%；注入管道失效3 006次，占46.34%。各類型管道失效情況統計見表2。

表2 2021年各類型管道失效情況統計Tab.2 Statistics of pipeline failure of different types in 2021

2.2 按照運行年限統計的失效情況

薩南油田管道整體運行年限較長，15 年以上管道總量占比43.50%，失效占比56.51%，腐蝕老化嚴重，失效率隨管道運行年限增長顯著上升。各年限管道失效情況統計見表3。

表3 2021年各年限管道失效情況統計Tab.3 Statistis of pipeline failure of different ages in 2021

2.3 按照管道分類統計的失效情況

2021 年，Ⅰ類管道失效次數占總量的0.11%，Ⅱ類管道占3.75%，Ⅲ類管道占96.15%。其中，Ⅲ類管道中的油集輸管道失效次數占該類管道失效總量的51.18%，Ⅲ類管道中的注入管道失效次數占該類管道失效總量的43.73%。各類別管道失效情況統計見表4。

表4 第二采油廠管道分類失效統計Tab.4 Statistis of pipeline failure of different classifications in No.2 Oil Production Plant

2.4 按照管道腐蝕類型統計的失效情況

2020 年金屬管道腐蝕失效6 889 次，占失效總次數的85.03%，其中外腐蝕占比59.07%，內腐蝕占比40.93%；2021 年，金屬管道發生腐蝕失效5 733 次，占總次數的88.38%，外腐蝕占50.88%，內腐蝕占49.12%，內腐蝕失效占比明顯升高。管道內、外腐蝕失效情況統計見表5。

表5 薩南油田管道內、外腐蝕失效情況統計Tab.5 Statistis of internal and external corrosion failure of pipeline in Sanan Oilfield

3 腐蝕成因分析

3.1 外腐蝕

管道防腐保溫遭破壞，水、氧、微生物等腐蝕性成分通過外護層與金屬接觸，一方面使得管道處于腐蝕嚴重的環境中，一方面進入保溫層的水分造成得絕緣性能消失，陰極保護的電流流失嚴重，致使陰極保護效果變差甚至失效[4]。外腐蝕原理見圖3。

圖3 外腐蝕原理Fig.3 External corrosion mechanism

3.2 內腐蝕

薩南油田先后采用了水驅、聚合物驅、三元復合驅等多種驅油技術，管輸介質對管道的腐蝕作用增強。經研究發現，腐蝕主要由氧化、細菌和結垢造成[5]，3 種因素分別占總因素的69.33%、25%、5.67%。內腐蝕原理見圖4。

圖4 內腐蝕原理Fig.4 Internal corrosion mechanism

4 管道完整性管理體系建設

目前，大慶油田完整性管理工作已全面鋪開，形成了以股份公司、油田公司相關完整性管理體系為核心的管理模式，但在實際運行過程中下屬各單位管理側重點有所不同，工作模式及系統建設不盡相同[6]。同時，油田公司明確了“十四五”期間，各采油廠管道失效率的控制目標，要求在5年內實現管道失效率全達標。鑒于當前薩南油田管道失效率仍高于油田平均水準，且距離失效率目標仍有較大差距的現狀，在今后一段時間內，控制管道腐蝕失效依舊是完整性管理工作的核心。

通過前期對管道腐蝕失效情況的排查和成因分析，掌握了管道腐蝕失效的基本規律和影響因素，明確了管道失效“廣泛性、系統性、多樣性”這一顯著特征[7]，需據此建立一套適宜薩南油田以“管道腐蝕防控”為核心的完整性管理體系，對管道全生命周期采取切實有效的腐蝕防控措施，保障“十四五”末管道失效率達標。薩南油田完整性管理體系架構見圖5。

圖5 完整性管理體系構架圖Fig.5 Framework of integrity management system

4.1 管道完整性管理體系構建

4.1.1 健全組織機構，明確分工職責

實施“廠-礦-隊”三級管理體系，明確職責分工，精簡運轉流程，落實管理責任，推動管理效率提升。其中，油田管理部負責組織貫徹落實公司級管理要求，推進、實施、生產協調工作；工藝研究所負責開展完整性相關規劃、設計和科研攻關工作；生產運行部負責管道物資采購，產品質量把控；監督管理中心負責防腐工程施工組織，施工質量監督驗收等工作；作業區、班組依據公司、廠級各部門完整性管理要求，落實崗位職責，充分發揮基層管理職能。

4.1.2 完善制度體系，優化工作流程

結合生產實際，完善制度體系，制定了《第二采油廠地面工程腐蝕與防護技術管理辦法（試行）》，并配套編制了管理規定和實施細則，進一步明確了職責權限，突出了管理重點，細化了操作內容，為完整性管理工作實現良性循環奠定制度基礎。體系文件編制情況見表6。

表6 薩南油田管道完整性管理體系文件Tab.6 Files of pipeline integrity management system of Sanan Oilfield

4.1.3 落實主體責任，強化執行落實

實施“周-月-季-年”防腐月報模式，分作業區統計管道腐蝕穿孔率、陰保系統投運率、在建防腐工程完成率等動態關鍵數據指標，并按照管理時間節點，做好動態跟蹤、匯總分析、整改監督、定向指導、總結回顧等工作，形成“周觀察、月匯總、季分析、年強化”的良性監督管理氛圍，全面掌握完整性管理各項工作進展，實現動態管理。

4.2 開展的主要工作及效果

4.2.1 扛住資金壓力，加大管道陰保設施更新改造力度

（1）多渠道安排管道更新項目，減少腐蝕失效“存量”?！笆濉逼陂g，在產能、老改、安全隱患治理中安排管道類項目27項，更換管道1 587 km，總投資5.23 億元，預計每年減少管道腐蝕失效1 562次。

（2）開展油管修舊利廢，節省更新更換投資。為了節省投資，增加管道更換數量，修舊利廢，利用舊油管重做防腐保溫管道，年均利舊油管60 km，“十三五”期間節省投資約1 523萬元。

（3）維修維護陰保設施，控制腐蝕失效“增量”。通過結余資金，生產維修等渠道恢復陰極保護設施，提高陰保系統投運率和保護電位合格率。截至目前，調試外加電流陰極保護系統70 套，完成35 座站場，49 套系統的維修恢復工作，管道腐蝕防護條件顯著改善。

4.2.2 強化建設期管道完整性管理

（1）開展入廠材料質量檢驗，做好源頭質量控制。結合國家標準、規范，制定《第二采油廠防腐質量抽樣檢驗技術管理辦法》，明確檢測項目和技術標準，出具管材防腐質量抽檢公報。近3年，共開展質量抽檢46 批次、320.22 km。對存在質量缺陷的43.25 km管材，全部進行了質量整改，有效杜絕了問題管材入廠。

（2）開展施工期過程質量監督，保障隱蔽工程質量。嚴格按照技術規范，檢查施工單位的施工環節及操作流程，杜絕各類違規作業發生；針對因交叉施工造成的場地破壞、陰極保護系統故障、設施損壞等問題，嚴格追責，有效保障施工過程工藝質量。

（3）開展竣工期質量驗收審核，確保工程投產質量。針對防腐設施建設多為隱蔽工程的特點，搶先開展管道補傷補口、恒電位儀調試、犧牲陽極埋設等單項環節埋地前的施工質量驗收工作。針對已埋地工程，嚴格比對設計圖紙及施工規范，按照總圖管理要求，進行坐標信息錄取和現場開挖驗證工作，實現了近3年防腐工程竣工驗收全合格。

4.2.3 靠實運行期管道完整性管理

（1）加強雙高管道管理，突出管理重點。結合薩南油田埋地管網特點，開展“雙高”管道篩查，制定精準管理措施，編制“雙高”管道管理方案和應急處置程序，優先開展管道更新、檢測及修復工作，有效降低管道失效率，實現了“雙高”管道數量逐年遞減的態勢，由2019 年的81 條遞減為2022年的31條

（2）開展完整性檢測評價及修復，延長管道使用年限。制定“管道檢測評價與修復工作原則與策略”，確定完整性檢測評價、外防腐層修復、管體修復技術，采取基層站隊人員全程跟蹤，防腐管理人員隨機抽查方式，從破損點定位精準度、修復過程規范性、破損點質量后評價等方面入手，規范修復流程，提高了資金利用率。

（3）規范化管道失效治理，減少重復失效概率。按照《薩南油田埋地金屬管道維修維護技術規程》，嚴格執行“穿孔定位→土方開挖→漏點補焊→防腐層修復→保溫層修復→防護層修復→土方回填”的管道補漏施工程序，有效降低漏點處的二次穿孔，大大減輕了基層失效處理的工作量。

（4）加強陰極保護運維管理，改善腐蝕防護環境。在犧牲陽極保護方面，定期開展運行現狀調查，針對存在檢測樁丟失，陽極體損壞失效，電纜丟失、挖斷等問題，通過專項計劃進行維修恢復；在外加電流陰極保護方面，加強日常運行維護，采取“運行記錄周報，陽極地床電阻季報，運行狀況年查”的管理模式，實現了陰極保護率達到100%，陰極保護系統運行率達到98%以上的目標。

4.2.4 加快完整性數字化建設，提高工作效率

開發應用基于數據驅動的薩南油田管道完整性管理系統[8]，實現管道自動分級分類，高后果區識別劃分，風險評價結果可視化展示等功能，并實現A5 數據庫的實時交聯，可進行條件查詢、數據定位、單向調取信息等，進一步提升管道動靜態數據精準度。管理系統相關功能展示見圖6—圖8。

圖6 平臺系統界面Fig.6 Platform system interface

圖7 高后果區管線識別Fig.7 High consequence area pipeline identification

圖8 風險評價可視化展示Fig.8 Risk assessment visual display

4.2.5 全力推進無泄漏示范區建設

以大慶油田首個無泄漏示范區建設工程為依托，探索管道腐蝕治理專業模式。技術上，采取“兩防兩治”措施；管理上，建立工作流程和規定，形成控制管道泄漏發生的生產管理制度，全面降低示范區管道腐蝕失效風險。同時，通過示范區建設工作的深入開展，要逐步完善管網區域陰極保護技術[9-10]、管道內腐蝕直接評價技術、管道完整性檢測評價與維修維護技術，并總結歸納形成無泄漏工程建設的標準做法及完整性管理技術系列，為后續油田管道腐蝕失效治理工作提供指導和借鑒。

5 結論

面對完整性管理工作的新形勢、新要求，老區采油廠要持續推進管理體系優化，充分認識到以下幾點：

（1）精細體系制度建設，是傳遞完整性管理理念，落實各項主體工作的前提。要注重頂層設計與驅動，構建三級管理體系，明確各部門職責分工，編制、完善完整性管理各環節規章制度，層層傳遞任務壓力，扎實推進各項工作，確保管道完整性管理工作有據可依、有章可循、責任落實，執行有力。

（2）嚴抓建設期工程管理，是控制先期防腐缺陷，保障隱蔽施工質量的關鍵。針對建設期完整性管理工作，要嚴格把控入廠材料質檢、施工過程質量監督、總圖管理竣工驗收等環節工藝，切實避免先期材料及施工缺陷，有效保障防腐隱蔽工程質量

（3）優化運行期工作管理，是延長管道使用壽命，實現降風險控投資的核心。針對運行期完整性管理工作，要圍繞“降風險、控投資”這一管理核心，制定各項工作總體思路及原則，制定管理方案，優選適宜技術，做好陰極保護系統維修維護，加強“雙高”管道管控和管道完整性檢測評價及修復工作，以持續降低腐蝕失效引起的安全環保風險和成本投資。

（4）推動數字化建設進程，是突破人員技術局限，提升工作效率的有效途徑。要圍繞管道腐蝕與防護現存的主要問題，開展數字化技術攻關，通過CAD 圖形數據庫、ARCGIS 系統和A5 2.0 數據庫等數字化平臺相結合，提升管道數據統計、風險評價、高后果區識別、動態結果展示等方面工作效率和準確性，最終實現減員增效，增強完整性管理時效性的目標。