曾浩見(jiàn), 鐵磊磊, 劉文輝, 李 翔
(中海油田服務(wù)股份有限公司,天津 300459)
海上油田平臺(tái)之間的油氣水輸送主要靠海底管道,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用后海底管道因?yàn)檩斔徒橘|(zhì)結(jié)垢等會(huì)造成海管縮徑或者堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。為保證海底管道的輸送效率,減少腐蝕結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn),海洋油氣管道要定期進(jìn)行清管作業(yè),從而提高管道輸送效率,確保管道安全。但是如果對(duì)海管內(nèi)結(jié)垢情況不清楚,清管球選型不合理,便容易出現(xiàn)卡球事故;常規(guī)處理方式一般采取正推和反推等物理方式解卡,在特殊情況下,當(dāng)正推反推無(wú)法解卡時(shí),傳統(tǒng)的方式只能采取割管取球,導(dǎo)致成本高,工期長(zhǎng);容易造成環(huán)境污染。因此,有必要研究出一種新的化學(xué)溶垢方式,與傳統(tǒng)解卡方式相配合的組合海管卡球解卡新技術(shù)[1-3]。
儀器:X射線多晶線衍射儀(XRD),X射線螢光分析儀(XRF),巖心流動(dòng)性驅(qū)替裝置,恒溫干燥箱,天平,金相顯微鏡等。
材料:溶垢藥劑,X56鋼片,現(xiàn)場(chǎng)垢樣,石油醚,無(wú)水乙醇等。
XRD定性分析:將試樣衍射得到一組d-I數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)的PDF卡片手冊(cè)中的d-I數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì),判定試樣中存在的物相。
XRF半定量分析:將試樣放入儀器測(cè)量位,進(jìn)行全程掃描,根據(jù)掃描圖譜對(duì)峰進(jìn)行搜索和匹配,采用歸一化進(jìn)行半定量分析。
溶垢率測(cè)定:采用不同固液比對(duì)垢樣進(jìn)行溶解試驗(yàn),靜置24 h,溫度為25 ℃,通過(guò)質(zhì)量損失法測(cè)定溶垢率。
腐蝕速率測(cè)定:采用質(zhì)量損失法,利用溶垢藥劑對(duì)海管進(jìn)行靜態(tài)腐蝕速率測(cè)定,溫度60 ℃,靜置8 h。
金相顯微分析:采用金相顯微鏡,放大200倍,進(jìn)行腐蝕后鋼片微觀形貌分析,判斷點(diǎn)蝕和表面狀態(tài)。
巖心驅(qū)替試驗(yàn)分析:采用巖心流動(dòng)模擬裝置,研究溶垢藥劑流動(dòng)狀態(tài)下的溶垢效率,從而分析藥劑進(jìn)入垢樣內(nèi)部的溶解情況。
現(xiàn)場(chǎng)垢樣主要以無(wú)機(jī)固相為主,經(jīng)測(cè)定垢樣水相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.13%,油相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.94%,無(wú)機(jī)固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為79.93%。對(duì)無(wú)機(jī)固相成分進(jìn)行XRF半定量分析,分析結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 現(xiàn)場(chǎng)垢樣X(jué)RF半定量分析數(shù)據(jù)
由表1可知,鐵元素占69.12%,說(shuō)明無(wú)機(jī)固相組分中,以鐵元素組成的垢樣占主要成分;對(duì)現(xiàn)場(chǎng)垢樣進(jìn)行XRD定性分析見(jiàn)圖1。由圖1可知,結(jié)晶主體存在FeCO3和Fe3O4。
圖1 現(xiàn)場(chǎng)垢樣X(jué)RD定性分析
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求,溶垢體系在有效的溶解與分散垢樣的同時(shí)不產(chǎn)生硫化氫,對(duì)海管腐蝕輕微,此次溶垢體系由有機(jī)清洗劑、絡(luò)合劑、殺菌劑、互溶劑、分散劑、滲透劑、緩蝕劑復(fù)配而成,溶劑為蒸餾水[4-5]。
(1)垢樣中含有部分有機(jī)質(zhì),加入了有機(jī)清洗劑,對(duì)有機(jī)垢能起到很好的溶解效果,其中互溶劑是用來(lái)將有機(jī)與無(wú)機(jī)充分乳化;
(2)溶垢能力的體現(xiàn),主要由絡(luò)合劑、分散劑和滲透劑組成,主要就鐵垢進(jìn)行深度絡(luò)合分散,重點(diǎn)加入聚羧酸型化合物、羥基化合物、檸檬酸鈉等物質(zhì),通過(guò)不同配比對(duì)鐵垢進(jìn)行充分溶解分散;
(3)因海管在停用狀態(tài)下,細(xì)菌繁殖快,需要添加殺菌劑,對(duì)油田中常見(jiàn)的TGB,SRB和IB進(jìn)行殺菌;
(4)為了減輕管道的腐蝕程度,加入緩蝕劑對(duì)金屬本體起到有效保護(hù)作用。
由表2可知,隨著溫度的升高,溶垢體系對(duì)現(xiàn)場(chǎng)垢樣的溶垢率越高,隨著固液比的增大,溶垢體系對(duì)現(xiàn)場(chǎng)垢樣的溶垢率越高,說(shuō)明該溶垢體系對(duì)現(xiàn)場(chǎng)垢樣有明顯的溶垢作用,且反應(yīng)過(guò)程中不產(chǎn)生硫化氫。
表2 不同溫度、不同固液比下的溶垢率
采用質(zhì)量損失法測(cè)定溶垢體系對(duì)海管用鋼的靜態(tài)腐蝕速率,溫度60 ℃,靜置8 h,結(jié)果見(jiàn)表3和圖2。
表3 腐蝕速率
圖2 腐蝕前后金屬表面及微觀形態(tài)情況
由表3可知,溶垢體系在60 ℃下,腐蝕速率低于1 mm/a,該溶垢體系耐腐蝕,腐蝕速率低,通過(guò)金相顯微鏡觀察,腐蝕前后金屬表面紋路基本沒(méi)變化,無(wú)黑斑,無(wú)點(diǎn)蝕,能有效地減輕對(duì)金屬本體的腐蝕。
采用巖心流動(dòng)模擬裝置,研究溶垢藥劑流動(dòng)狀態(tài)下溶垢效率,從而分析出藥劑進(jìn)入垢樣內(nèi)部的溶解情況。
由圖3可知,兩種試驗(yàn)流體分別進(jìn)行驅(qū)替過(guò)程中,壓力曲線呈現(xiàn)先上升后下降至平穩(wěn)階段,水驅(qū)時(shí)最高壓力為0.43 MPa,平穩(wěn)后壓力為0.15 MPa,溶垢藥劑驅(qū)時(shí)最高壓力為0.13 MPa,平穩(wěn)后壓力為0.023 MPa,溶垢效果明顯。
圖3 注入壓力變化曲線
綏中36-1J平臺(tái)至A平臺(tái)水海管,總長(zhǎng)1.5 km,目前清管球卡堵在靠A平臺(tái)一側(cè),從海管堵塞段位置推測(cè)在距離收球筒端39.2 m,J平臺(tái)以1.0 MPa壓力進(jìn)行正推時(shí),A平臺(tái)返出量為0.064 m3/h,說(shuō)明堵塞點(diǎn)存在一定液體通道,因此采用循環(huán)清洗和加壓擠注相結(jié)合的方式進(jìn)行溶垢解堵[6-7],具體施工工藝見(jiàn)圖4。
圖4 現(xiàn)場(chǎng)施工工藝
現(xiàn)場(chǎng)施工工藝海管堵塞物主體部分為鐵垢,伴隨著有細(xì)菌的代謝產(chǎn)物,堵塞物強(qiáng)度致密且正推與反推都無(wú)法推動(dòng),采用溶垢藥劑進(jìn)行循環(huán)清洗和加壓擠注后,測(cè)定壓力降曲線,隨著溶垢作業(yè)的進(jìn)行,壓力下降速率越來(lái)越快,溶垢效果明顯,定期進(jìn)行高壓水反沖洗帶出鐵垢,后期采用正推方式成功推出清管球,同時(shí)推出大量垢樣。
通過(guò)XRF和XRD分析得出堵塞主體為鐵垢,研究出安全高效的溶垢體系,該溶垢體系在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)溶垢效果明顯,對(duì)鋼本體的腐蝕速率低,在SZ36-1J平臺(tái)至A平臺(tái)水海管溶垢解堵應(yīng)用期間,監(jiān)測(cè)到壓力降數(shù)據(jù)良好,溶垢效果顯著,順利完成水海管解堵,保證了油田的正常運(yùn)行,為海上油田海管清洗和解堵提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。此次作業(yè)方式相比于強(qiáng)力機(jī)械的解堵方式,成本僅為機(jī)械解堵費(fèi)用的四分之一,提升了作業(yè)時(shí)效,簡(jiǎn)化了工藝流程,為現(xiàn)場(chǎng)提供了一條新的海管解堵創(chuàng)新思路。