Лаборатория геологии техногенных процессов
Лоскутова Т.Ю., Денисов А.В. Изучение электрохимической коррозии локальных нефтепромыслов // Межрегиональная молодежная конференция "Севергеоэкотех - 2003": Материалы конференции -Ухта, 2003. - С. 456-459
ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ ЛОКАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ
Т. Ю. Лоскутова, А. В. Денисов
К концу 2000 года общая протяженность подземных магистральных трубопроводов в стране составляла 300 тыс. км. при массе металла более 100 млн. т. В настоящее время в городах и рабочих поселках эксплуатируется более 385 тыс. км. водопроводных сетей; более 20 тыс. км. магистральных теплопроводов; и около 190 тыс. км. распределительных и внутриквартальных теплопроводов. Кроме того, имеется большая сеть мелиоративных трубопроводов, продуктопроводов и других подземных металлических коммуникаций. Сохранность металлических трубопроводов, находящихся в агрессивных условиях, надежность их эксплуатации зависят от эффективной противокоррозионной защиты и является актуальной народнохозяйственной задачей.
Подземные металлические сооружения представляют собой дорогостоящие сооружения, срок службы которых определяется в основном их коррозионной стойкостью. Опасность коррозионного разрушения подземных сооружений обусловлена действием почвенной коррозии, коррозии блуждающими токами и биокоррозией[2].
Коррозионные повреждения ответственных подземных коммуникаций наносят большой вред народному хозяйству. Он особенно ощутим на трубопроводном транспорте, так как коррозия приводит к значительным потерям металла, транспортируемых по трубам продуктов. Все это приводит к загрязнению окружающей среды; непредвиденным нарушениям в работе предприятий, которые вызваны перерывами в подаче воды, газа, нефти и т.д.
С целью разработки методики геофизического мониторинга техногенного состояния трубопроводов и выявления участков наибольшей коррозии были проведены электроразведочные работы на локальном нефтепроводе, протяженностью в три километра.
На изучаемом полигоне проведен комплекс электрометрических исследований, который обусловлен решаемыми задачами:
1) Определение местоположения трубопровода. Для изучения коррозионной активности грунтов и, особенно, для определения участков нефтепровода повышенной электрохимической коррозии необходима точная привязка трассы на поверхности. Контрольные проходки канав показали, что визуальная привязка нефтепровода отличается от истинного положения нефтепровода на 5-7 метров.
В физическом отношении трубопровод представляет собой узко локализованный проводящий линейный объект, находящийся во вмещающих породах. При нахождении и трассировании подобных объектов широко применяется метод комбинированного электрического профилирования (КЭП).
Метод КЭП представляет собой измерения с двумя встречными трехэлектродными установками AMN и MNB. Приемная линия MN у них общая. Кроме того, имеется питающий электрод С, отнесенный в «бесконечность». На каждой точке делают по два измерения и вычисляют два значения кажущегося сопротивления. Теоретические и практические исследования показывают, что местоположение проводящего объекта соответствует точке пересечения графиков сопротивлений установками AMN и MNB. Точность локализации определяется шагом наблюдений.
На исследуемом участке нами проведены наблюдения методом КЭП по 24 профилям, расположенным в крест простирания нефтепровода с шагом 1 метр между точками наблюдений и около 100 метров между профилями. Данные исследования позволили определить и протрассировать нефтепровод на местности. Заверочные проходки канав подтвердили данные электроразведки с точностью до первых десятков сантиметров.
2) Расчленение песчано-глинистых отложений вдоль трассы нефтепровода. Одним из наиболее эффективных геофизических методов является электрическое зондирование.
Электрические зондирования проведены по методике однополюсного электрического зондирования (ОКЭЗ)[3].
Зондирования проводились с аппаратурой ЭРА, разносы питающей линии увеличивались в геометрической прогрессии с шагом 1,25, начиная с наименьшего разноса - 1,6 м до максимального - 100 м. Регистрация разности потенциалов осуществлялась с помощью двух приемных линий в 1 и 10 метров. Для каждого разноса питающей линии вычислены значения кажущихся сопротивлений. Наблюдения проведены вдоль трассы нефтепровода с шагом около 200 метров. Всего методом ОКЭЗ отработано 11 ф.т. наблюдений.
По результатам вычислений построены графики зависимости кажущихся сопротивлений от разносов питающей линии. Анализ полевых кривых свидетельствует об идентичности разреза для исследуемой площади.
Представление полевых данных электрозондирований, их качественная и количественная интерпретация, проведена с помощью пакета программ IPI-1D, разработанного на кафедре геофизики МГУ. Пакет программ включает в себя подготовку исходных данных, устранение перекрытий при регистрации наблюдений на нескольких приемных линий, визуализацию серии кривых по профилю, построение качественных разрезов кажущихся сопротивлений, количественную интерпретацию в интерактивном и автоматических режимах, построение геоэлектрических разрезов[1].
3) Определение коррозионной активности грунтов по электрическому сопротивлению. В реальных условиях коррозионную активность грунтов обычно оценивают по удельному электрическому сопротивлению на основании проведения лабораторных исследований отдельных образцов грунтов или по полевым работам. На наш взгляд предпочтение следует отдавать полевым исследованиям, т.к. они более экономичны, а исследования проводятся при естественном залегании пород.
Наиболее экономична, с одной стороны, и наиболее информативна, с другой стороны, следующая методика работ. На первом этапе проводят рекогносцировочные электрозондирования. По результатам зондирований подбирают величину разносов питающей линии при последующем, более детальном, проведении работ методом симметричного электрического профилирования (СЭП). Разносы выбирают исходя из глубины залегания исследуемого подземного металлического сооружения. Исходя из проведенных зондирований и основываясь на факт глубины заложенного нефтепровода, разнос питающей линии АВ выбран равным 6 метров. При таких разносах измеренные сопротивления соответствуют средним удельным электрическим сопротивлениям толщи от земной поверхности до трубопровода.
Полевые работы методом СЭП проведены вдоль трассы нефтепровода через 10 метров. Всего отработано 270 физ. точек наблюдений. По результатам наблюдений вычислены электрические сопротивления и определена степень коррозионной активности грунтов для различных участков нефтепровода.
4) Выявление участков нефтепровода повышенной электрохимической коррозии по данным методов блуждающих токов и естественного поля.
Степень коррозионной активности грунтов (высокая, средняя, низкая) указывает на возможные условия возникновения электрохимической коррозии, а не на сам факт ее наличия. Физическим явлением, способствующем возникновению коррозии металлов, является наличие разности потенциалов отдельных частей подземных металлических сооружений. Разность потенциалов может возникать в результате внутренних причин (изменение качества и состава металла, непостоянства напряжений при сжатии и растяжении и т.п.) и внешних, обусловленных действием физико-технологических и геологических процессов. К последним относятся утечка токов при работе различных промышленных установок и пониженные электрические сопротивления участков почв. Трубопровод, обладая существенно более высокой электропроводностью, чем окружающие грунты, концентрирует в себе значительную часть блуждающих токов и канализируют их до места, где грунты имеют более низкое сопротивление. В таких местах (анодных зонах) ток стекает с трубопровода в землю, что сопровождается выносом положительных ионов металла и, следовательно, приводит к разрушению металла.
При отсутствии или слабых блуждающих токах взаимодействие металла с электролитом, которым являются даже слабоминерализованные грунтовые воды, приводит к возникновению контактных э.д.с. положительного знака за счет переходов положительных ионов металла в среду. В реальных условиях эти явления накладываются друг на друга и практике важно понимать, что участки выноса ионов металла из трубопровода - это анодные зоны, которые при полевых наблюдениях проявляются в виде повышенных значений потенциалов. Если измеряемая разность потенциалов изменяется по величине и знаку или только по величине, это указывает на наличие в земле блуждающих токов[2]. Измерения методом блуждающих токов нами проведено в 8 пунктах, в местах проходки шурфов. Наблюдения проводились с помощью прибора АЭ-72, в качестве неполяризующихся электродов использованы свинцовые электроды.
Для установки факта наличия поляризационных токов почвенного происхождения проведены работы методом естественного поля по методике измерения градиентов потенциалов. Приемная линия и шаг наблюдений равен 10 метрам. Измерения проводились с аппаратурой ЭРА. После полевых измерений значения разности потенциалов пересчитаны в потенциалы. По результатам работ методом естественного поля построен график изменения потенциала вдоль линии нефтепровода и выделены аномальные участки положительных потенциалов (анодные зоны).
Таким образом, по комплексу электроразведочных работ возможно определение участков нефтепровода наиболее сильно подверженных электрохимической коррозии.
1. Бобачев А.А., Марченко М.Н., Модин И.Н. Новые подходы к электрическим зондированиям горизонтально-неоднородных сред. Физика Земли, журнал АНРФ, №12,1995.
2. Защита подземных металлических сооружений от коррозии. Справочник. Стрижевский И.В., Белоголовский А.Д., Дмитриев В.И. и др. М.:Стройиздат,1990.303с.
3. Поносов В.А., Степанов Ю.И. Способ геоэлектроразведки. Авторское свидетельство СССР №1111120. Опубликовано в бюлл.№32,1984.
|
|
|
