張琦（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

1 原因分析

1.1 管線內(nèi)部結(jié)垢

由于管線內(nèi)部結(jié)垢嚴(yán)重，最直接的后果就是使管線流通不暢，進(jìn)而導(dǎo)致管線堵塞，需停機(jī)處理，不僅影響機(jī)采井的生產(chǎn)時(shí)率，還增加了一線員工處理管線的工作量。

對(duì)管道中所存在的垢樣進(jìn)行采集，并對(duì)采集來(lái)的垢樣進(jìn)行處理和分析發(fā)現(xiàn)，垢樣成分包括瀝青等有機(jī)物，也包括雜質(zhì)等無(wú)機(jī)物，根據(jù)不同的成分構(gòu)成可將垢樣分為不同種類，如泥沙垢、腐蝕垢、鹽類垢等[1]，對(duì)這些垢樣進(jìn)行其成因的分析可知，結(jié)垢的過(guò)程是離子相互結(jié)合發(fā)生反應(yīng)的過(guò)程，所形成的垢是不溶于水的，并且具有一定的黏著性，能夠相互聚集吸附堆積。在此過(guò)程中，有些水垢會(huì)被水流沖刷掉，有些則會(huì)一直黏附著管線，最終將管線堵塞。

熱油管線的輸送是一個(gè)時(shí)間較長(zhǎng)的過(guò)程，在輸送的過(guò)程中，其溫度會(huì)逐漸下降，因此管線中的液體逐漸產(chǎn)生析出物，由于蠟這種物質(zhì)的結(jié)晶溫度較低，因此最先吸出，并會(huì)參與垢的形成。另外一些采出液中含有高分子有機(jī)物，這些有機(jī)物會(huì)和管線中的雜質(zhì)或固體顆粒形成黏泥。這些垢聚集在管線內(nèi)壁周圍，其存在也會(huì)影響管線輸送效率。

另外，當(dāng)采出液流經(jīng)管線拐點(diǎn)如彎頭、閥門等裝置時(shí)，突然變化的邊界條件使流速的大小和方向都發(fā)生了改變，所以會(huì)產(chǎn)生渦流的現(xiàn)象，因?yàn)椴沙鲆捍嬖谝欢ǖ酿?，這種性質(zhì)會(huì)使質(zhì)點(diǎn)間發(fā)生劇烈的碰撞和摩擦以及動(dòng)量交換，從而對(duì)流體產(chǎn)生阻力，在低流速、向心力及管線粗糙度3 個(gè)原因的作用下，采出液中的雜質(zhì)和泥沙會(huì)被大量甩出，聚集在流速最低的地方產(chǎn)生水垢[2]。

1.2 管線腐蝕

管線出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，會(huì)直接影響其使用壽命，而且管線腐蝕嚴(yán)重還會(huì)造成間斷生產(chǎn)，導(dǎo)致機(jī)采井運(yùn)行時(shí)率的降低，直接增加了管線維護(hù)、處理等工作的難度。同時(shí)，管線腐蝕會(huì)造成采出液泄露，產(chǎn)生環(huán)境污染，進(jìn)而造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。管線腐蝕的原因主要為2個(gè)方面：

1）內(nèi)部原因。將腐蝕管線剖開(kāi)后發(fā)現(xiàn)，管線底部有深淺不同、長(zhǎng)度不一的腐蝕帶，因?yàn)楣芫€內(nèi)流動(dòng)的介質(zhì)基本上都是由油、氣、水組成，這三種物質(zhì)的物性導(dǎo)致它們?cè)诠芫€中是以分層的形式存在的，管線底部是水，中部是油包水，而上部是伴生氣，當(dāng)水中含有一定量的二氧化碳，那么底部腐蝕程度會(huì)明顯的增強(qiáng)[3]。

2）外部原因。在施工過(guò)程中，容易造成管線保溫層的破損而露出金屬表面，泡沫夾克層會(huì)出現(xiàn)進(jìn)水的情況，保溫層內(nèi)如果有水進(jìn)入，則水就會(huì)在其內(nèi)部流動(dòng)或者擴(kuò)散，并且很難排除[4]，特別是雨季和季節(jié)更替時(shí)，地下水的含量會(huì)逐漸增加，這樣在管線的外壁上會(huì)形成薄水膜，這時(shí)候其中的金屬以及管線就會(huì)處于有水環(huán)境中，并且會(huì)在表面形成若干個(gè)陰陽(yáng)極，進(jìn)而使得管線或金屬受到所形成的微電池的化學(xué)腐蝕作用，在此過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氫氧化亞鐵，而氫氧化亞鐵又會(huì)進(jìn)一步的氧化形成鐵銹，并且這種腐蝕的形成還會(huì)進(jìn)一步的擴(kuò)散，管線銹蝕情況還會(huì)不斷加劇，向四周擴(kuò)散的同時(shí)還會(huì)增加銹蝕的程度，同時(shí)會(huì)逐漸的脫落，最終會(huì)在管底形成較大范圍的腐蝕區(qū)域。同時(shí)地下水中的二氧化碳會(huì)與薄水膜形成碳酸，使薄水膜的pH 值下降，管線與碳酸發(fā)生極化反應(yīng)生成碳酸亞鐵和氫氣，二氧化碳常常造成坑點(diǎn)腐蝕、片狀腐蝕等局部腐蝕[5]。

2 處理方法

2.1 管線內(nèi)部除垢

針對(duì)管線內(nèi)部的垢進(jìn)行有效去除主要有三種方法，首先，可以通過(guò)化學(xué)法進(jìn)行除垢處理，其次是可以通過(guò)機(jī)械的動(dòng)力進(jìn)行除垢，第三則可以通過(guò)加熱進(jìn)行高壓除垢，除此之外新型的除垢方法也在不斷的開(kāi)始試用，比如超聲除垢技術(shù)的運(yùn)用。

2.1.1 化學(xué)除垢

化學(xué)除垢法是針對(duì)所形成垢的成分進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果選擇適合的化學(xué)除垢劑，通常為酸類的除垢劑，酸類除垢劑通過(guò)相應(yīng)的站系統(tǒng)被注入到所需除垢的管線當(dāng)中，完成除垢過(guò)程。但由于垢的成分不同，除垢劑的適用范圍也有限，并且在施工過(guò)程中酸類化學(xué)劑易與金屬管道發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致管線腐蝕，因此還需進(jìn)一步研究環(huán)保、高效、適用性強(qiáng)的化學(xué)藥劑。

2.1.2 高溫高壓水除垢

高溫高壓水除垢是通過(guò)站系統(tǒng)將加熱爐加熱的熱水通過(guò)熱洗泵打到各個(gè)計(jì)量間中，再通過(guò)機(jī)采井井口倒流程將熱水在單井管線內(nèi)循環(huán)，從而起到?jīng)_洗管線及管線除垢的作用，這是目前油田最為常用的除垢方式。

2.1.3 管內(nèi)移動(dòng)除垢機(jī)具

管內(nèi)移動(dòng)除垢機(jī)具按照驅(qū)動(dòng)方式可分為電驅(qū)動(dòng)、液力驅(qū)動(dòng)和壓縮空氣驅(qū)動(dòng)等模式，油田使用的多為液力驅(qū)動(dòng)，即高溫?zé)嵯窜囘B接熱水罐車，將移動(dòng)除垢機(jī)具通過(guò)高壓熱水從管線起始段打到管線終點(diǎn)段。新型管內(nèi)移動(dòng)除垢機(jī)具具有效率高、效果好、質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，適用于油氣集輸管線以及機(jī)采井單井的油、水管線的除垢。

2.1.4 機(jī)械除垢

機(jī)械除垢采用的是強(qiáng)力清管裝置，包括磁力清管裝置、釘輪清管裝置和刷輪清管裝置等。清管裝置除垢在實(shí)際操作過(guò)程中具有一定的優(yōu)勢(shì)，比如除垢的成本較低，操作維護(hù)簡(jiǎn)便，耗用的人工少，周期相對(duì)較短，并且除垢過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生其他的污染物。但是清管裝置多為直線運(yùn)動(dòng)，要將管線內(nèi)部的垢層清理干凈，一般需要5～6 遍，有時(shí)會(huì)需要更多遍，清管效率較低。

2.1.5 超聲波除垢

這種除垢方式的原理是運(yùn)用超聲波所發(fā)出的聲場(chǎng)進(jìn)行除垢，在除垢的過(guò)程中能夠?qū)⒐高M(jìn)行分散、松散、脫落，最后使得原本黏附在管壁上的垢被清理掉，除垢效果比較好。這種除垢方式的特點(diǎn)是除垢效果較明顯，除垢成本較低，不會(huì)形成二次污染物，并且能夠連續(xù)工作，整體來(lái)講工作效率較高，因此對(duì)該除垢方式進(jìn)行深入研究具有一定的實(shí)踐性意義[6]。

2.2 管線防腐

對(duì)于已發(fā)現(xiàn)的腐蝕嚴(yán)重的地面管線進(jìn)行更換并對(duì)新?lián)Q管線進(jìn)行防腐處理。

2.2.1 埋地管線的內(nèi)防腐

由于采出液成分復(fù)雜，原油中會(huì)有一些雜質(zhì)、有機(jī)物、微生物，因?yàn)檫@些物質(zhì)的存在，管線內(nèi)壁也會(huì)形成原電池，從而造成腐蝕。地下管線埋設(shè)過(guò)程中，通常會(huì)進(jìn)行防腐設(shè)置，所選涂料為036 耐油防腐涂料，其優(yōu)點(diǎn)是使用較為方便，防腐效果較好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在實(shí)際施工過(guò)程中，需要對(duì)埋線進(jìn)行處理，通常選用國(guó)標(biāo)Sa2.5 級(jí)以上的噴丸除銹，在防腐處理中需要刷兩次底漆，刷一次面漆，分別為036-1 和036-2 耐油防腐涂料，并且在涂刷的時(shí)候要控制涂刷的厚度[7]。

2.2.2 埋地管線的外防腐絕緣

對(duì)管線進(jìn)行外防腐處理通常涂刷底漆，常用的為紅丹醇酸防銹漆、紅丹油性防銹漆，這兩種物質(zhì)具有較好的防腐性以及附著性。施工時(shí)用樟丹和清油按如下比例進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配：樟丹56.6%、清油37.8%，5.6%的煤油或者汽油，每次進(jìn)行涂刷必須保證上一次涂刷的漆已經(jīng)干透，面漆多為鋁粉漆，鋁粉漆漆膜平滑、堅(jiān)韌、附著力強(qiáng)，并有金屬光澤。施工現(xiàn)場(chǎng)配制基本為鋁粉和清油或清漆和溶劑汽油[8]。

表1 某小隊(duì)管線措施實(shí)施情況統(tǒng)計(jì)

防腐埋地管線根據(jù)其性質(zhì)參數(shù)的不同可分為3 個(gè)級(jí)別，土壤電阻率為小于20、20～50 Ω、大于50 Ω，分別采用特加強(qiáng)絕緣、加強(qiáng)絕緣、普通絕緣。施工過(guò)程中按國(guó)標(biāo)除銹，采用環(huán)氧煤瀝青和玻璃絲布進(jìn)行防腐絕緣，其耐油性、耐細(xì)菌性和優(yōu)秀的抗陰極剝離性適用于各種環(huán)境[9]。

2.2.3 犧牲陽(yáng)極保護(hù)

對(duì)埋地的管線進(jìn)行保護(hù)，一方面要對(duì)其進(jìn)行絕緣保護(hù)處理，另一方面可對(duì)其進(jìn)行犧牲陽(yáng)極處理，在實(shí)際處理過(guò)程中，可以通過(guò)犧牲陽(yáng)極的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)管線的保護(hù)，陽(yáng)極為低電位，陰極為高電位，離子會(huì)從高電位流向低電位，當(dāng)?shù)碗娢痪奂溯^多的離子或帶電粒子團(tuán)的時(shí)候，則陽(yáng)極會(huì)逐漸的被氧化，即陽(yáng)極能夠代替原本會(huì)被腐蝕的管線而氧化，進(jìn)而保護(hù)了地下管線，這種方法在油田中較多使用，通常選用鎂或者鋅作為陽(yáng)極主要的材料[10]。在實(shí)際操作過(guò)程中遵循《埋地剛質(zhì)管道犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果

通過(guò)對(duì)某小隊(duì)所管轄區(qū)域內(nèi)管線結(jié)垢和管線腐蝕嚴(yán)重的井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，篩選出77 口井按照上述措施進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，見(jiàn)表1。

通過(guò)一年的觀察，使用措施后的管線均未出現(xiàn)結(jié)垢嚴(yán)重和腐蝕嚴(yán)重的現(xiàn)象，全年共減少因地面管線問(wèn)題導(dǎo)致停井77井次，每次停井處理問(wèn)題需要2 h，按每小時(shí)影響1.4 t 原油計(jì)算，噸油效益按500 元計(jì)算，全年因地面管線問(wèn)題少影響產(chǎn)量215.6 t，少影響產(chǎn)量創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益10.78萬(wàn)元。

4 結(jié)論

1）影響機(jī)采井時(shí)率的主要地面管線原因?yàn)楣芫€內(nèi)部結(jié)垢和管線腐蝕，只要有效控制這兩點(diǎn)因素，就可以保證機(jī)采井的運(yùn)行時(shí)率，從而提高產(chǎn)量，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

2）對(duì)不同除垢方法進(jìn)行利弊分析，繼續(xù)深入研究更優(yōu)的除垢工藝。

3）埋地管線的內(nèi)防腐和外防腐絕緣按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行涂刷，配合犧牲陽(yáng)極保護(hù)對(duì)埋地管線的保護(hù)效果更好。

4）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究成果取得較好的應(yīng)用效果，達(dá)到了預(yù)期研究的目標(biāo)，解決生產(chǎn)中棘手的問(wèn)題，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。