曾浩見, 鐵磊磊, 劉文輝, 李 翔

(中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300459)

海上油田平臺之間的油氣水輸送主要靠海底管道，經(jīng)過長期使用后海底管道因為輸送介質(zhì)結(jié)垢等會造成海管縮徑或者堵塞的風(fēng)險。為保證海底管道的輸送效率，減少腐蝕結(jié)垢風(fēng)險，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)正推反推無法解卡時，傳統(tǒng)的方式只能采取割管取球，導(dǎo)致成本高，工期長；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]。

1 試驗部分

1.1 儀器與材料

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)場垢樣，石油醚，無水乙醇等。

1.2 試驗方法與評價

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卡片手冊中的d-I數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，判定試樣中存在的物相。

XRF半定量分析：將試樣放入儀器測量位，進(jìn)行全程掃描，根據(jù)掃描圖譜對峰進(jìn)行搜索和匹配，采用歸一化進(jìn)行半定量分析。

溶垢率測定：采用不同固液比對垢樣進(jìn)行溶解試驗，靜置24 h，溫度為25 ℃，通過質(zhì)量損失法測定溶垢率。

腐蝕速率測定：采用質(zhì)量損失法，利用溶垢藥劑對海管進(jìn)行靜態(tài)腐蝕速率測定，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，判斷點蝕和表面狀態(tài)。

巖心驅(qū)替試驗分析：采用巖心流動模擬裝置，研究溶垢藥劑流動狀態(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。

2 結(jié)果與討論

2.1 垢樣分析

現(xiàn)場垢樣主要以無機固相為主，經(jīng)測定垢樣水相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.13%，油相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.94%，無機固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為79.93%。對無機固相成分進(jìn)行XRF半定量分析，分析結(jié)果見表1。

表1 現(xiàn)場垢樣XRF半定量分析數(shù)據(jù)

由表1可知,鐵元素占69.12%，說明無機固相組分中，以鐵元素組成的垢樣占主要成分；對現(xiàn)場垢樣進(jìn)行XRD定性分析見圖1。由圖1可知，結(jié)晶主體存在FeCO3和Fe3O4。

圖1 現(xiàn)場垢樣XRD定性分析

2.2 溶垢率測定

根據(jù)現(xiàn)場實際要求，溶垢體系在有效的溶解與分散垢樣的同時不產(chǎn)生硫化氫，對海管腐蝕輕微，此次溶垢體系由有機清洗劑、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質(zhì)，加入了有機清洗劑，對有機垢能起到很好的溶解效果，其中互溶劑是用來將有機與無機充分乳化；

(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，重點加入聚羧酸型化合物、羥基化合物、檸檬酸鈉等物質(zhì)，通過不同配比對鐵垢進(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，對油田中常見的TGB，SRB和IB進(jìn)行殺菌；

(4)為了減輕管道的腐蝕程度，加入緩蝕劑對金屬本體起到有效保護作用。

由表2可知，隨著溫度的升高，溶垢體系對現(xiàn)場垢樣的溶垢率越高，隨著固液比的增大，溶垢體系對現(xiàn)場垢樣的溶垢率越高，說明該溶垢體系對現(xiàn)場垢樣有明顯的溶垢作用，且反應(yīng)過程中不產(chǎn)生硫化氫。

表2 不同溫度、不同固液比下的溶垢率

2.3 腐蝕速率測定

采用質(zhì)量損失法測定溶垢體系對海管用鋼的靜態(tài)腐蝕速率，溫度60 ℃，靜置8 h，結(jié)果見表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，通過金相顯微鏡觀察，腐蝕前后金屬表面紋路基本沒變化，無黑斑，無點蝕，能有效地減輕對金屬本體的腐蝕。

2.4 動態(tài)效果試驗

采用巖心流動模擬裝置，研究溶垢藥劑流動狀態(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，兩種試驗流體分別進(jìn)行驅(qū)替過程中，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

3 現(xiàn)場施工情況

綏中36-1J平臺至A平臺水海管，總長1.5 km，目前清管球卡堵在靠A平臺一側(cè)，從海管堵塞段位置推測在距離收球筒端39.2 m，J平臺以1.0 MPa壓力進(jìn)行正推時，A平臺返出量為0.064 m3/h，說明堵塞點存在一定液體通道，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]，具體施工工藝見圖4。

圖4 現(xiàn)場施工工藝

現(xiàn)場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，堵塞物強度致密且正推與反推都無法推動，采用溶垢藥劑進(jìn)行循環(huán)清洗和加壓擠注后，測定壓力降曲線，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，同時推出大量垢樣。

4 結(jié)束語

通過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)和動態(tài)溶垢效果明顯，對鋼本體的腐蝕速率低，在SZ36-1J平臺至A平臺水海管溶垢解堵應(yīng)用期間，監(jiān)測到壓力降數(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行，為海上油田海管清洗和解堵提供了寶貴經(jīng)驗。此次作業(yè)方式相比于強力機械的解堵方式，成本僅為機械解堵費用的四分之一，提升了作業(yè)時效，簡化了工藝流程，為現(xiàn)場提供了一條新的海管解堵創(chuàng)新思路。