非金屬管在油田的應(yīng)用及探討

郭 強(qiáng) 孫陽(yáng)洋 劉興茂 羅琪琳

中國(guó)石油塔里木油田開(kāi)發(fā)事業(yè)部輪南作業(yè)區(qū)，新疆 庫(kù)爾勒 841000

0 前言

某油田是塔里木盆地開(kāi)發(fā)最早的油田，位于塔里木盆地北部，主要地貌為戈壁、沼澤和鹽沼，地表多為鹽浸土，地下水比較豐富，腐蝕性較強(qiáng)。地下水和油田采出水的水質(zhì)較差，采出水的礦化度達(dá)234 698mg/L，水中離子復(fù)雜，對(duì)金屬的腐蝕性很強(qiáng)。目前油田已經(jīng)進(jìn)入高含水期，金屬集油管線(xiàn)的腐蝕問(wèn)題日益突出，個(gè)別管線(xiàn)使用1年就出現(xiàn)腐蝕穿孔。2000年開(kāi)始，該油田對(duì)集油、注水系統(tǒng)逐步采用了玻璃鋼管、鋼骨架復(fù)合管和柔性復(fù)合管（高壓、低壓）三種非金屬管替代金屬管，以滿(mǎn)足油田生產(chǎn)需要。

1 非金屬管特性

1.1 耐腐蝕性強(qiáng)

能耐酸、堿、鹽等絕大多數(shù)介質(zhì)的浸蝕，在電解質(zhì)溶液中不產(chǎn)生離子溶解現(xiàn)象，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不受油田污水和土壤的腐蝕［1］。

1.2 隔熱效果好

導(dǎo)熱系數(shù)為 0.20～0.30W/m·℃，為金屬材料的1/100～1/1 000，材質(zhì)的隔熱效果比鋼材好，管道內(nèi)部介質(zhì)溫降小，一般距離小于10 km的單井集輸管線(xiàn)不需要進(jìn)行保溫［2］。

1.3 水力性能好

管道內(nèi)壁光滑度高，摩阻系數(shù)小，絕對(duì)粗糙度為0.001 5～0.01mm，為新無(wú)縫鋼管的 1/10～1/100，輸送流體時(shí)，阻力損失小，不易結(jié)垢，非常適用于污水礦化度較高的油氣田［3～4］。

1.4 可操作性強(qiáng)

重量是鋼管的1/3，搬運(yùn)、施工方便，運(yùn)輸費(fèi)用低（柔性管的單根長(zhǎng)度可達(dá)1 000m，彎曲半徑小于1m，整盤(pán)裝運(yùn)）?，F(xiàn)場(chǎng)使用不銹鋼卡扣、絲扣、承插等方式連接，方便快捷，省去焊接工序，縮短工期，減少施工費(fèi)用。

1.5 適應(yīng)性強(qiáng)

非金屬管的使用壽命一般在30～50年，不僅可應(yīng)用油田集輸管線(xiàn)，而且可應(yīng)用于油田注水管線(xiàn)（其壓力可以達(dá)到 32MPa）［5］。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況及效果評(píng)價(jià)

2.1 集輸系統(tǒng)

該油田目前集輸系統(tǒng)建有計(jì)量間7座，油井111口，集輸管線(xiàn)總長(zhǎng)約150 km（不含復(fù)線(xiàn)），其中應(yīng)用鋼骨架復(fù)合管21.9 km，玻璃鋼管18.2 km，柔性復(fù)合管10 km，非金屬管應(yīng)用達(dá)到33.4%。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用情況，該油田集輸系統(tǒng)中最早采用鋼骨架復(fù)合管（LN2-23-3至4#計(jì)量間）的單井集輸管道使用了11年，最早使用的玻璃鋼管（LN2-3-H1至6#計(jì)量間）的單井集輸管道使用了10年，未出現(xiàn)問(wèn)題。相對(duì)于同期更換的金屬管抗腐蝕效果非常顯著，杜絕了投產(chǎn)后因腐蝕引起的管線(xiàn)穿孔現(xiàn)象，簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)施工工藝，減少了環(huán)境污染和人體傷害。非金屬管防垢效果顯著，以L(fǎng)N3-10井的集輸管道為例，LN3-10井產(chǎn)液在金屬管道上結(jié)垢非常嚴(yán)重，在該管道更換為非金屬管之前，基本上每月井口回壓就達(dá)到1.5MPa，需要通過(guò)酸洗來(lái)解決問(wèn)題。2005年該管道由DN 100的鋼管更換為DN 100玻璃鋼管，設(shè)計(jì)壓力1.6MPa，采用承插式連接方式，更換后該井一直運(yùn)行正常，降低了運(yùn)行成本，減輕了工作強(qiáng)度。2008年油田首次使用柔性復(fù)合管，由于單管長(zhǎng)度長(zhǎng)，連接方式簡(jiǎn)便，在11口井的管線(xiàn)更換中相對(duì)于金屬管更換節(jié)省工期70 d，對(duì)產(chǎn)量無(wú)較大影響，至今未發(fā)生腐蝕穿孔現(xiàn)象。

2.2 注水系統(tǒng)

近年來(lái)，注水開(kāi)發(fā)成為油田開(kāi)發(fā)的主要方式，“注好水、注夠水、有效注水、精細(xì)注水”是注水開(kāi)發(fā)的核心，注水水質(zhì)達(dá)標(biāo)又是注水開(kāi)發(fā)最基本的要求。為保證注水水質(zhì)，克服長(zhǎng)距離輸送給回注水帶來(lái)二次污染，減少金屬管頻繁穿孔對(duì)油田地質(zhì)注水的影響，作業(yè)區(qū)從2000年開(kāi)始引進(jìn)非金屬管，并應(yīng)用在油田的單井注水井管線(xiàn)上，最早在LN2-2-2井使用DN 100的玻璃鋼管，管線(xiàn)設(shè)計(jì)壓力為16 MPa，采用承插式連接方式；2008年油田首次在LG7-5井使用高壓柔性管，該管直徑為DN 50，采用絲扣連接方式，相對(duì)于玻璃鋼管，高壓柔性復(fù)合管在連接質(zhì)量和施工進(jìn)度上優(yōu)勢(shì)更明顯。目前非金屬管已在油田單井注水管線(xiàn)中占主導(dǎo)地位，作業(yè)區(qū)目前32口注水井中有17口采用玻璃鋼管，4口采用高壓柔性復(fù)合管，總長(zhǎng)度達(dá)25 km。

圖1為聯(lián)合站出站水水質(zhì)、配水間水質(zhì)和注水井井口水質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)化驗(yàn)實(shí)際數(shù)據(jù)，通過(guò)圖1中各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出：配水間水質(zhì)明顯差于出站水水質(zhì)，主要原因是注水干線(xiàn)采用鋼管，鋼管長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行結(jié)垢及腐蝕對(duì)水質(zhì)造成二次污染。但是配水間至單井井口的水質(zhì)基本上沒(méi)有變化，說(shuō)明單井注水管線(xiàn)采用非金屬管后基本上消除了回注水二次污染?？梢?jiàn)非金屬管的應(yīng)用有效解決了污水輸送過(guò)程中金屬管對(duì)回注水的二次污染問(wèn)題。

圖1 不同節(jié)點(diǎn)水質(zhì)對(duì)比

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出，該油田采用非金屬管后單井注水管線(xiàn)未發(fā)生穿孔事故，而同期新建的鋼制注水管線(xiàn)平均穿孔5次/a以上，非金屬管的使用提高了油田注水時(shí)率，減少了維護(hù)工作量。但管道由于人為原因造成破壞后的修復(fù)需要依托廠(chǎng)家，修復(fù)周期在3 d左右，效率較低。

3 結(jié)語(yǔ)

a）非金屬管不僅克服了鋼質(zhì)管不耐腐蝕易結(jié)垢的缺陷，而且技術(shù)可靠，在節(jié)省管道施工、保溫、維護(hù)、維修等費(fèi)用方面比鋼質(zhì)管有明顯優(yōu)勢(shì)，綜合性能好，性?xún)r(jià)比高，具有推廣價(jià)值。

b）國(guó)內(nèi)油氣田應(yīng)用的非金屬管種類(lèi)較多，包括玻璃鋼管、鋼骨架復(fù)合管、塑料合金復(fù)合管和柔性復(fù)合管等多種產(chǎn)品類(lèi)型，不同的非金屬管具有的優(yōu)缺點(diǎn)各不相同，因此非金屬管道的設(shè)計(jì)和施工應(yīng)充分考慮現(xiàn)場(chǎng)工況和施工條件［6～7］。

c）非金屬管的抗破壞性能較差，現(xiàn)場(chǎng)施工工程中尤其是道路穿越和管線(xiàn)穿越時(shí)，一定要做好相應(yīng)的防護(hù)措施。對(duì)雨水較多的地方，穿越處的回填土應(yīng)按要求進(jìn)行夯實(shí)，防止因雨水導(dǎo)致地表下陷使管線(xiàn)受到外力破壞。

d）非金屬管的接頭連接方式多，相比較而言金屬卡箍連接方式在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中較方便，但是管道非金屬和金屬轉(zhuǎn)換處的質(zhì)量以及連接處防腐的質(zhì)量直接影響管道的使用壽命，承插式和螺紋等不需要金屬構(gòu)件的連接方式，質(zhì)量可靠，管道使用壽命長(zhǎng)，但現(xiàn)場(chǎng)施工較麻煩。

e）非金屬管維修是制約其發(fā)展的環(huán)節(jié)，目前現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)問(wèn)題需要依靠廠(chǎng)家進(jìn)行修復(fù)，不僅費(fèi)用高，而且降低了搶險(xiǎn)效率，影響油田的生產(chǎn)。建議對(duì)油田搶險(xiǎn)隊(duì)伍進(jìn)行專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，掌握各種非金屬管的搶維修技術(shù)，配套相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)工具，保證非金屬管出現(xiàn)事故時(shí)能及時(shí)處理。

［1］葉 帆.凝析氣田集輸管道腐蝕原因分析 ［J］.天然氣與石油，2010，28（1）：10-13.

［2］謝 飛.玻璃內(nèi)襯管道在低溫集油中的應(yīng)用［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2009，28（12）：65-67.

［3］王麗娟，田 軍，薛群基.油氣田管道防蠟、減阻、防腐技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀［J］.天然氣與石油，2000，18（4）：11-12.

［4］趙小兵.非金屬管材在油田集輸系統(tǒng)的應(yīng)用探討 ［J］.油氣田地面工程，2010，29（8）：55-56.

［5］李發(fā)根，魏 斌，邵曉東，等.高腐蝕性油氣田用雙金屬?gòu)?fù)合管［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2010，29（5）：359-362.

［6］龍媛媛.非金屬防腐管道的中試應(yīng)用及性能評(píng)價(jià)［J］.石油工程建設(shè)，2007，33（1）：58-59.

［7］張超逸，黃 坤，趙孟卿，等.LNG海底低溫管道探討［J］.天然氣與石油，2011，29（4）：6-8.