地面管線腐蝕及結垢原因分析及處理方法

張琦（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

1 原因分析

1.1 管線內(nèi)部結垢

由于管線內(nèi)部結垢嚴重，最直接的后果就是使管線流通不暢，進而導致管線堵塞，需停機處理，不僅影響機采井的生產(chǎn)時率，還增加了一線員工處理管線的工作量。

對管道中所存在的垢樣進行采集，并對采集來的垢樣進行處理和分析發(fā)現(xiàn)，垢樣成分包括瀝青等有機物，也包括雜質(zhì)等無機物，根據(jù)不同的成分構成可將垢樣分為不同種類，如泥沙垢、腐蝕垢、鹽類垢等[1]，對這些垢樣進行其成因的分析可知，結垢的過程是離子相互結合發(fā)生反應的過程，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。在此過程中，有些水垢會被水流沖刷掉，有些則會一直黏附著管線，最終將管線堵塞。

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

另外，當采出液流經(jīng)管線拐點如彎頭、閥門等裝置時，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，所以會產(chǎn)生渦流的現(xiàn)象，因為采出液存在一定的黏滯性，這種性質(zhì)會使質(zhì)點間發(fā)生劇烈的碰撞和摩擦以及動量交換，從而對流體產(chǎn)生阻力，在低流速、向心力及管線粗糙度3 個原因的作用下，采出液中的雜質(zhì)和泥沙會被大量甩出，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，會直接影響其使用壽命，而且管線腐蝕嚴重還會造成間斷生產(chǎn)，導致機采井運行時率的降低，直接增加了管線維護、處理等工作的難度。同時，管線腐蝕會造成采出液泄露，產(chǎn)生環(huán)境污染，進而造成不可估量的經(jīng)濟損失。管線腐蝕的原因主要為2個方面：

1）內(nèi)部原因。將腐蝕管線剖開后發(fā)現(xiàn)，管線底部有深淺不同、長度不一的腐蝕帶，因為管線內(nèi)流動的介質(zhì)基本上都是由油、氣、水組成，這三種物質(zhì)的物性導致它們在管線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，當水中含有一定量的二氧化碳，那么底部腐蝕程度會明顯的增強[3]。

2）外部原因。在施工過程中，容易造成管線保溫層的破損而露出金屬表面，泡沫夾克層會出現(xiàn)進水的情況，保溫層內(nèi)如果有水進入，則水就會在其內(nèi)部流動或者擴散，并且很難排除[4]，特別是雨季和季節(jié)更替時，地下水的含量會逐漸增加，這樣在管線的外壁上會形成薄水膜，這時候其中的金屬以及管線就會處于有水環(huán)境中，并且會在表面形成若干個陰陽極，進而使得管線或金屬受到所形成的微電池的化學腐蝕作用，在此過程中會產(chǎn)生氫氧化亞鐵，而氫氧化亞鐵又會進一步的氧化形成鐵銹，并且這種腐蝕的形成還會進一步的擴散，管線銹蝕情況還會不斷加劇，向四周擴散的同時還會增加銹蝕的程度，同時會逐漸的脫落，最終會在管底形成較大范圍的腐蝕區(qū)域。同時地下水中的二氧化碳會與薄水膜形成碳酸，使薄水膜的pH 值下降，管線與碳酸發(fā)生極化反應生成碳酸亞鐵和氫氣，二氧化碳常常造成坑點腐蝕、片狀腐蝕等局部腐蝕[5]。

2 處理方法

2.1 管線內(nèi)部除垢

針對管線內(nèi)部的垢進行有效去除主要有三種方法，首先，可以通過化學法進行除垢處理，其次是可以通過機械的動力進行除垢，第三則可以通過加熱進行高壓除垢，除此之外新型的除垢方法也在不斷的開始試用，比如超聲除垢技術的運用。

2.1.1 化學除垢

化學除垢法是針對所形成垢的成分進行分析，根據(jù)分析結果選擇適合的化學除垢劑，通常為酸類的除垢劑，酸類除垢劑通過相應的站系統(tǒng)被注入到所需除垢的管線當中，完成除垢過程。但由于垢的成分不同，除垢劑的適用范圍也有限，并且在施工過程中酸類化學劑易與金屬管道發(fā)生反應，導致管線腐蝕，因此還需進一步研究環(huán)保、高效、適用性強的化學藥劑。

2.1.2 高溫高壓水除垢

高溫高壓水除垢是通過站系統(tǒng)將加熱爐加熱的熱水通過熱洗泵打到各個計量間中，再通過機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)移動除垢機具

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

2.1.4 機械除垢

機械除垢采用的是強力清管裝置，包括磁力清管裝置、釘輪清管裝置和刷輪清管裝置等。清管裝置除垢在實際操作過程中具有一定的優(yōu)勢，比如除垢的成本較低，操作維護簡便，耗用的人工少，周期相對較短，并且除垢過程不會產(chǎn)生其他的污染物。但是清管裝置多為直線運動，要將管線內(nèi)部的垢層清理干凈，一般需要5～6 遍，有時會需要更多遍，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用超聲波所發(fā)出的聲場進行除垢，在除垢的過程中能夠?qū)⒐高M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是除垢效果較明顯，除垢成本較低，不會形成二次污染物，并且能夠連續(xù)工作，整體來講工作效率較高，因此對該除垢方式進行深入研究具有一定的實踐性意義[6]。

2.2 管線防腐

對于已發(fā)現(xiàn)的腐蝕嚴重的地面管線進行更換并對新?lián)Q管線進行防腐處理。

2.2.1 埋地管線的內(nèi)防腐

由于采出液成分復雜，原油中會有一些雜質(zhì)、有機物、微生物，因為這些物質(zhì)的存在，管線內(nèi)壁也會形成原電池，從而造成腐蝕。地下管線埋設過程中，通常會進行防腐設置，所選涂料為036 耐油防腐涂料，其優(yōu)點是使用較為方便，防腐效果較好，化學性質(zhì)穩(wěn)定，在實際施工過程中，需要對埋線進行處理，通常選用國標Sa2.5 級以上的噴丸除銹，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，并且在涂刷的時候要控制涂刷的厚度[7]。

2.2.2 埋地管線的外防腐絕緣

對管線進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。施工時用樟丹和清油按如下比例進行現(xiàn)場調(diào)配：樟丹56.6%、清油37.8%，5.6%的煤油或者汽油，每次進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、堅韌、附著力強，并有金屬光澤。施工現(xiàn)場配制基本為鋁粉和清油或清漆和溶劑汽油[8]。

表1 某小隊管線措施實施情況統(tǒng)計

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

2.2.3 犧牲陽極保護

對埋地的管線進行保護，一方面要對其進行絕緣保護處理，另一方面可對其進行犧牲陽極處理，在實際處理過程中，可以通過犧牲陽極的方法來實現(xiàn)管線的保護，陽極為低電位，陰極為高電位，離子會從高電位流向低電位，當?shù)碗娢痪奂溯^多的離子或帶電粒子團的時候，則陽極會逐漸的被氧化，即陽極能夠代替原本會被腐蝕的管線而氧化，進而保護了地下管線，這種方法在油田中較多使用，通常選用鎂或者鋅作為陽極主要的材料[10]。在實際操作過程中遵循《埋地剛質(zhì)管道犧牲陽極陰極保護設計規(guī)范》。

3 現(xiàn)場應用及效果

通過對某小隊所管轄區(qū)域內(nèi)管線結垢和管線腐蝕嚴重的井進行統(tǒng)計，篩選出77 口井按照上述措施進行現(xiàn)場試驗，見表1。

通過一年的觀察，使用措施后的管線均未出現(xiàn)結垢嚴重和腐蝕嚴重的現(xiàn)象，全年共減少因地面管線問題導致停井77井次，每次停井處理問題需要2 h，按每小時影響1.4 t 原油計算，噸油效益按500 元計算，全年因地面管線問題少影響產(chǎn)量215.6 t，少影響產(chǎn)量創(chuàng)造經(jīng)濟效益10.78萬元。

4 結論

1）影響機采井時率的主要地面管線原因為管線內(nèi)部結垢和管線腐蝕，只要有效控制這兩點因素，就可以保證機采井的運行時率，從而提高產(chǎn)量，創(chuàng)造經(jīng)濟效益。

2）對不同除垢方法進行利弊分析，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家標準進行涂刷，配合犧牲陽極保護對埋地管線的保護效果更好。

4）現(xiàn)場應用研究成果取得較好的應用效果，達到了預期研究的目標，解決生產(chǎn)中棘手的問題，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。