巨萌1 王麗2 張俊濤3 牛振宇4

1.長(cháng)慶油田分公司第一輸油處； 2.長(cháng)慶油田分公司第二輸油處；

3.長(cháng)慶油田分公司第八采油廠(chǎng)； 4. 長(cháng)慶油田分公司長(cháng)慶工程設計有限公司

 

摘要：當油田開(kāi)發(fā)進(jìn)入高含水階段時(shí)，管道腐蝕結垢現象日益加重，通常3～6個(gè)月管道就因堵塞而無(wú)法正常運行，需停運清理。通過(guò)對油田管道結垢機理分析，探究防垢型非金屬復合管道的內層、加強層、外層材料的最優(yōu)選型，實(shí)踐證明在油田集輸、污水處理、注水、供水等油田地面工程具有廣泛用途，具備大規模推廣應用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：油品集輸；管道腐蝕；非金屬管道；防垢；材料選型

 

油田集輸油管道結蠟結垢，降低了管道輸送能力，嚴重時(shí)阻塞管道，導致管道停產(chǎn)，還會(huì )導致儀表或閥門(mén)靈敏度下降，存在安全風(fēng)險。管道結蠟處理相對比較簡(jiǎn)單，定期在輸送管道內通高溫熱水或投放橡膠球，利用熱水熔蠟或橡膠球的摩擦作用把管道內壁的結蠟層清除掉即可。而管道內壁的結垢層處理，至今沒(méi)有找到一個(gè)簡(jiǎn)便、高效的方法。防垢涂料[1]雖然有較好的防結垢效果，但在鋼管內均勻涂覆的工藝難度大、造價(jià)高，且涂料與鋼管的結合強度及輸送介質(zhì)對涂層的磨損均影響涂層使用壽命，綜合經(jīng)濟性不高。

非金屬管道[2]內壁光滑、不易結蠟結垢、防腐性能好、水力摩阻小，輸送能耗及安裝維護費用低，不需陰極保護，使用壽命長(cháng)，綜合經(jīng)濟效益好；對提高管道建設質(zhì)量和保障安全運行有重要作用。

1  非金屬管道的選型

1.1  防垢型內層材料選擇

通過(guò)對油田管道內壁結垢機理[3]的研究發(fā)現，降低管道材料的表面能可以減輕輸油管道內壁的結垢程度。通常極性金屬材料的表面能很高，非極性材料的表面能低。因此，具有低表面能的高分子聚烯烴材料成為首選（表 1）。

表 1 不同材料的表面能

研究表明，選用含有硅、氟等原子的有機化合物（改性劑）對高分子聚烯烴（LH-PE）進(jìn)行改性，將改性劑均勻的分散在聚烯烴中，與聚烯烴形成分子互穿網(wǎng)絡(luò )結構（圖 1），穩定性很好，材料的表面能也很低。這種改性聚烯烴材料管道即使表面被磨損，材料內部的結構與表面一致，性能不會(huì )改變，因此具有永久的抗結垢效果。

圖 1 分子互穿網(wǎng)絡(luò )結構示意圖

同時(shí)LH-PE分子量很高，材料的耐熱性好，長(cháng)期使用溫度可達到60 ℃以上。其耐腐蝕性、耐磨性超過(guò)了普通聚烯烴，耐氣體阻隔性也比聚烯烴有所提高。LH-PE的主要理化性能及與高密度聚乙烯性能對比見(jiàn)表 2。

表 2 低表面能高分子量聚烯烴LH-PE的主要性能表

1.2  加強層材料的選型

常見(jiàn)的增強材料有纖維增強材料和鋼絲增強材料[4]。從強度上看，玻璃纖維、碳纖維、鋼絲、芳綸都適合作為防垢型非金屬管道管的加強層材料，其性能比較見(jiàn)表 3。

表 3 增強材料多方案對比表

綜合對比，鋼絲性?xún)r(jià)比高、芳綸次之、玻纖和碳纖維差。因此，本文重點(diǎn)研究鋼絲增強復合管。

1.3  外層材料選用

外層材料軟管可以選擇硫化橡膠或熱塑性彈性體，硬管可以選擇熱固性塑料或熱塑性塑料。聚乙烯是高度結晶型、飽和脂肪烴長(cháng)鏈聚合物（―CH2―CH2―CH2―CH2―CH2―CH2―CH2―CH2―CH2―），無(wú)極性、熱塑性好決定了它對水和各種化學(xué)試劑具惰性，有優(yōu)異的耐酸、堿、鹽特性。綜合考慮管材柔韌性、可盤(pán)卷性以及耐溫等要求，防垢型非金屬管外層選用耐溫聚乙烯，結合長(cháng)期運行的工作溫度以及設計安全系數要求，優(yōu)選耐溫聚乙烯樹(shù)脂，以及具有同等性能的改性樹(shù)脂。

2  防垢型非金屬管道技術(shù)方案

2.1  管道結構

根據長(cháng)慶油田集輸油管道工況，采用鋼絲纏繞增強LH-PE非金屬復合管。該復合管為三層結構，內層為低表面能高分子聚乙烯（LH-PE）復合芯管，起到防結垢、防結蠟、防腐蝕以及流體密封作用；中間增強層由高強度鍍層鋼絲與特殊黏結劑組成，是內壓載荷及軸向載荷的主要承擔者，同時(shí)能夠承擔一定的外壓載荷；外保護層為高密度耐溫聚乙烯，在一定范圍內具有抗劃傷、抗磨損能力，對增強層及整個(gè)復合管起到保護作用。管體結構如圖 2所示。

圖 2 復合管結構示意圖

2.2  試驗管道規格參數

選擇某采油廠(chǎng)結垢嚴重的集油管段進(jìn)行實(shí)地試驗，先期試驗用防垢復合管設計參數見(jiàn)表 4。

表 4 復合管主要設計參數

2.3  復合管優(yōu)點(diǎn)

（1）耐結垢性好，芯管采用LH-PE，具有優(yōu)良的耐結垢性能。

（2）管材輕便，比同等使用條件相同規格鋼管重量輕3/5。

（3）安裝便捷，管接頭形式多樣化，不需要大型起重設備。

（4）管材柔性高，不受地形條件限制和地質(zhì)沉降等外部因素影響。

（5）防腐性能高，由于采用聚烯烴為基料制作內外層，具有較高的防腐性能。

（6）管材輸送阻力小，比鋼管小30%以上，流量增加16%。

3  結論

在長(cháng)慶油田某采油廠(chǎng)選取10 km集輸油管段作為試點(diǎn)，防垢型非金屬復合管道防腐防垢性能表現優(yōu)異。此外其承壓能力強，工作壓力可達6.3 MPa；具備優(yōu)越的耐沖擊性能；同時(shí)管道的耐溫性能強，可以在﹣41℃至70℃的溫度下長(cháng)期工作，低溫脆化溫度極低，在冬季安裝施工不會(huì )發(fā)生管道脆裂。在油田集輸、污水處理、注水、供水等油田地面工程具備大規模推廣應用價(jià)值。建議進(jìn)一步探究非金屬管材剩余壽命評價(jià)方法，以消除長(cháng)期服役條件下可能產(chǎn)生的安全隱患。

 

參考文獻：

[1]王瑞英.防垢耐蝕耐磨涂層的制備與性能研究[D].青島：中國石油大學(xué)（華東），2010.

[2]穆劍，徐兆明，張麗，等.非金屬管道在石油工業(yè)中的應用[M].北京：石油工業(yè)出版社，2011.

[3]馬尚余.玻璃鋼油套管結垢結蠟機理研究[D].成都：西南石油大學(xué)，2016.

[4]孫紅鐿，馬文琦，趙慧春，等.油田非金屬壓力管道技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2014.

  

作者簡(jiǎn)介：巨萌，1990年生，工程師，2013年畢業(yè)于常州大學(xué)油氣儲運專(zhuān)業(yè)，現從事輸油站場(chǎng)工藝及管道完整性管理工作。聯(lián)系方式：13679124854，1065744032@qq.com。