孤島油田污水管網(wǎng)清垢解堵工藝應(yīng)用

高生偉 徐婧文 王恒強 初偉 許浩偉 張錫波

1中石化勝利油田分公司孤島采油廠

2中南大學(xué)材料學(xué)院

3勝利油田勝利化工有限責(zé)任公司

孤島油田在多年的注聚、熱采開發(fā)過程中，由于聚合物、硫化氫、二氧化碳、溶解氧及細菌等多種成分綜合作用，管線出現(xiàn)嚴重的腐蝕、結(jié)垢，造成污水管線堵塞，使聯(lián)合站處理后的污水在注水系統(tǒng)中水質(zhì)不穩(wěn)定。孤島采油廠污水支干線共269條，累計長度216 km，平均壓力損失0.74 MPa/km。結(jié)合采油廠水質(zhì)化驗情況，30條檢測線水質(zhì)合格率僅為43.3%，有17條檢測線水質(zhì)檢測不合格。沿程水質(zhì)污染是污水管線堵塞的主要因素之一，堵塞導(dǎo)致污水外輸管線壓力升高，壓降損失增大[1]，這些問題給油田的開發(fā)帶來困難。

目前常用的管線清垢解堵方法主要分為化學(xué)法和物理法兩大類。化學(xué)法常常是采用強酸對堵塞管線進行清洗，具有速度快、清洗效果好的優(yōu)點[2]，但同時易造成管線穿孔，產(chǎn)生硫化氫等危害氣體。物理法一是采用高壓水射流，對管道內(nèi)表面污垢進行高壓水射流剝離清洗，具有速度快、施工復(fù)雜的特點；物理法二是采用物理投球方法，具有清洗效果好，但操作繁瑣，需要多處開孔的特點。

1 污水管線堵塞物分析

將管線結(jié)垢進行人工分層，分為管芯結(jié)垢和管壁結(jié)垢（圖1）。垢樣烘干狀態(tài)如圖2所示，發(fā)現(xiàn)結(jié)垢物中有機成分較高，無機成分低（表1）。

從污水管線堵塞物組分分析可以看出：管壁堵塞物除去水分和油后，固體堵塞物以酸可溶物為主，堵塞物主要包括鐵銹、碳酸鹽類，堵塞物較松散；管芯堵塞物在除油烘干后呈黑色，且結(jié)垢酸溶過程中產(chǎn)生較大刺鼻的硫化氫氣味，表明結(jié)垢物中含有由SRB菌代謝產(chǎn)物反應(yīng)產(chǎn)生的硫化亞鐵（表2、表3）。

圖1 管線結(jié)垢Fig.1 Pipeline scale

圖2 垢樣烘干狀態(tài)Fig.2 Over-dried state of scale samples

表1 堵塞物組分的質(zhì)量分數(shù)Tab.1 Analysis of blockage composition %

表2 污水水質(zhì)及結(jié)垢趨勢分析Tab.2 Analysis of sewage water quality and scaling trend

表3 各污水站外輸污水含油、懸浮物、聚合物含量Tab.3 Contents of oil，suspended solids and polymers in sewage stations

結(jié)垢原因分析：

（1）Ca2+、Mg2+對管線結(jié)垢堵塞影響分析（表2）。各污水站礦化度在6 000 mg/L左右，水樣有一定的結(jié)垢趨勢，但Mg2+、Ca2+濃度不高，因此碳酸鈣、碳酸鎂型垢不多。在水溫45℃左右時有輕微結(jié)垢趨勢[3]，結(jié)垢現(xiàn)象不明顯。

（2）外輸污水含油及懸浮物、含聚合物對管線結(jié)垢堵塞影響（表3）。外輸污水中含有懸浮物，在注水過程中受壓力、流速、管線損耗等因素影響[4]，懸浮物聚集沉降，易在管壁附著造成管線結(jié)垢堵塞，而外輸污水中含油更有利于懸浮物的聚集沉積，含油和懸浮物加重了堵塞物的聚集[5]。污水含聚合物促進油滴、懸浮物等吸附聚集堵塞，殘余聚合物會與水中的微小油滴、懸浮物、碳酸鹽（FeCO3、CaCO3）、結(jié)垢產(chǎn)物聚集，吸附沉積在管壁，形成堵塞[6]，而且殘余聚合物多為陰離子聚合物，易與部分陽離子型水處理劑反應(yīng)，降低處理劑作用，產(chǎn)生絮凝沉淀物。

（3）外輸污水細菌含量及腐蝕速率影響分析（表4）。對各聯(lián)合站外輸污水中SRB菌、TGB菌及鐵細菌進行全檢測，發(fā)現(xiàn)細菌含量高，細菌在沿程代謝產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物，細菌代謝產(chǎn)物不僅加重了對金屬的腐蝕[7]，而且代謝產(chǎn)物硫化亞鐵還能導(dǎo)致管線及地層堵塞、水質(zhì)變差等。

表4 外輸污水細菌含量檢測Tab.4 Detection of bacterial content in sewage transportation

從以上分析可知，一方面污水中聚合物含量高，陰離子HPAM與加入藥劑反應(yīng)生成分子聚集體，與水相中油滴、懸浮物及細菌代謝產(chǎn)物聚成絮團，在管壁不斷沉積堵塞污水管網(wǎng)；另一方面腐蝕、細菌造成水中不穩(wěn)定物質(zhì)鐵離子、硫化物等含量增加，不穩(wěn)定物質(zhì)生成沉淀進一步影響水質(zhì)穩(wěn)定性，同時管道及構(gòu)筑物中的腐蝕產(chǎn)物和結(jié)垢也造成了系統(tǒng)堵塞。

2 清垢解堵劑配方優(yōu)化

部分管線堵塞物中硫化物含量偏高，常規(guī)清垢解堵劑易產(chǎn)生硫化氫氣體，現(xiàn)場施工存在安全隱患[8]。針對現(xiàn)場污水管線中的堵塞物，優(yōu)選反應(yīng)溫和的有機酸復(fù)配滲透劑、清洗劑、緩蝕劑、起泡劑形成新型化學(xué)清垢解堵劑配方（表5）。

表5 新型化學(xué)清垢解堵劑配方Tab.5 New formulation of chemical scale removal and plugging agent

清垢解堵劑配方主要是針對以油泥、聚合物堵塞為主的堵塞物，以軟化剝離、攜帶結(jié)垢堵塞物為主，除垢反應(yīng)溫和，能夠快速清洗油泥，軟化硬垢。室內(nèi)選取堵塞嚴重的孤五聯(lián)—孤南注污水管線結(jié)垢堵塞物進行清垢解堵評價。

實驗條件：室溫，100 g藥劑+100 g垢，反應(yīng)時間2 h。

室內(nèi)對結(jié)垢進行溶垢實驗，反應(yīng)溫和，處理2 h后油污基本溶解，殘留物為少量無機垢，可分散軟化排出[9]，溶垢率達93%。

為驗證清垢解堵劑對管線的腐蝕性，按照石油天然氣行業(yè)標準SY/T 5405—1996《酸化作用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標》，采用試片矢量法，在常壓和60℃時將A3試片放入按照質(zhì)量比1∶3稀釋的清垢解堵劑溶液中，至預(yù)定反應(yīng)時間后取出，清洗、干燥后稱重，測得其腐蝕速率為0.015g/(m2·h)，遠小于指標要求8 g/(m2·h)。新型清垢解堵劑清洗過程中未產(chǎn)生硫化氫等有毒有害氣體，符合管線安全施工作業(yè)條件，可以實施在線清洗，不影響現(xiàn)場平穩(wěn)生產(chǎn)。

3 污水管線清垢解堵試驗

針對部分聯(lián)合站的污水外輸管線堵塞嚴重、壓力高、外輸量下降，嚴重影響注水系統(tǒng)平穩(wěn)生產(chǎn)的問題，選取堵塞嚴重的孤五聯(lián)—孤南注污水外輸管線開展清垢解堵試驗。試驗中通過離心泵將新型清垢解堵劑分段泵入處理管線，藥劑充分反應(yīng)后恢復(fù)污水外輸去除管線堵塞物，反應(yīng)物回收至廢液罐沉降處理[10]。

孤五聯(lián)—孤南注污水外輸管線規(guī)格為0.35 m×2.0 km，其外輸污水量為16 000 m3/d，污水外輸管線采用“一用一備”模式運行，根據(jù)現(xiàn)場需求配備新型清垢解堵劑18 t，用污水稀釋至100 m3，利用離心泵分三段塞將80 m3清垢解堵劑泵入污水管線，反應(yīng)3 h后再注入20 m3清垢解堵劑，后恢復(fù)污水外輸。

孤五聯(lián)—孤南注污水管線恢復(fù)污水外輸后，在外輸污水壓力0.42 MPa的條件下，外輸水流量從360 m3/h增加到550 m3/h，增加53%，恢復(fù)至投產(chǎn)初期流量的90%以上，達到了施工設(shè)計要求。

4 結(jié)束語

（1）通過對管線結(jié)垢堵塞物組分和管線結(jié)垢堵塞原因進行分析，一方面污水中聚合物含量高，與油滴、懸浮物及細菌代謝產(chǎn)物在管壁不斷沉積沉淀堵塞污水管線；另一方面腐蝕、細菌造成不穩(wěn)定物質(zhì)生成，同時管道及構(gòu)筑物中的腐蝕產(chǎn)物和結(jié)垢也造成系統(tǒng)堵塞。

（2）通過結(jié)垢成分分析，優(yōu)選反應(yīng)溫和的有機酸進行復(fù)配，優(yōu)化配方形成一套新型化學(xué)清垢解堵劑體系，能夠快速清洗油泥，軟化硬垢，清洗效率達到90%以上。選取堵塞嚴重的孤五聯(lián)—孤南注污水外輸管線開展現(xiàn)場試驗，解堵效果顯著，有廣闊的推廣應(yīng)用價值。