W11－4N油田海底管道在線清垢技術(shù)研究

楊波 （長(zhǎng)江大學(xué)研究生院，湖北 荊州 434023）

王林海 （中海油能源發(fā)展股份有限公司采油技術(shù)服務(wù)分公司，廣東 湛江 524057）

劉華榮 （長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023）

沈靖 （中海油能源發(fā)展股份有限公司采油技術(shù)服務(wù)分公司，廣東 湛江 524057）

吳娟，梅平，尹先清，陳武 （長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023）

W11－4N油田位于南海北部灣海域內(nèi)，自從投產(chǎn)以來(lái)生產(chǎn)比較正常；W11－4N油田到 W11－1A油田的海底管道于2008年1月1日開(kāi)始使用，設(shè)計(jì)最大流量600m3/d，目前的實(shí)際流量約為1000～1200m3/d。但是近年發(fā)現(xiàn)W11－4N油田的SDV閥、A3井油嘴、多路閥出口管線、閥門(mén)內(nèi)部及下岸生產(chǎn)管線結(jié)垢比較嚴(yán)重，導(dǎo)致不能進(jìn)行發(fā)球作業(yè)，甚至出現(xiàn)下岸管線堵塞情況。為了清除設(shè)備和管道內(nèi)的垢物，保證輸送設(shè)備的正常運(yùn)行，達(dá)到減小輸油回壓、減小磨阻、降低輸油溫度的目的，筆者針對(duì)W11－4N油田海管結(jié)垢堵塞情況開(kāi)展了清垢技術(shù)研究，旨在為徹底清除管線內(nèi)部的凝油、蠟和垢提供科學(xué)依據(jù)。

1 W11－4N油田水樣分析

為了弄清W11－4N油田結(jié)垢情況，以便針對(duì)性地開(kāi)展清垢技術(shù)研究，參照文獻(xiàn) ［1］對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取水樣進(jìn)行了分析 （表1），并采用Stiff－Davis穩(wěn)定指數(shù)法［2～4］預(yù)測(cè)污水結(jié)垢傾向 （表2）。

表2理論預(yù)測(cè)表明，W11－4N油田單井A1井、A2井、A6井水都有結(jié)垢傾向；2種或3種單井水等體積混合也有結(jié)垢傾向；而W11－4N上岸取樣口分離水無(wú)結(jié)垢傾向，說(shuō)明上岸水是在管道中結(jié)過(guò)垢的水，與海底混輸管道實(shí)際結(jié)垢情況一致。

表1 W11－4N油田水樣分析

表2 W11－4N油田部分水樣結(jié)垢預(yù)測(cè)分析結(jié)果

2 W11－4N油田垢樣分析

為了弄清W11－4N油田結(jié)垢類型，以便針對(duì)性地開(kāi)展溶垢技術(shù)研究，對(duì)取自現(xiàn)場(chǎng)的垢樣進(jìn)行X射線衍射分析 （XRD）。結(jié)果表明，管道垢樣的主要成分是：Ca9MgNa（PO4）7質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為65%，CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為20%，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為8%，F(xiàn)eCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為7%。

3 清垢劑體系試驗(yàn)研究

3.1 清垢劑的篩選

在研缽中放入垢樣研細(xì)至140～170目 （顆粒直徑0.1mm左右），除油或不除油放入干燥器中待用，試驗(yàn)時(shí)稱取一定量垢樣用于下一步溶解試驗(yàn)。根據(jù)W11－4N油田A1井和A2井采出水 （見(jiàn)表1）離子平均值配制模擬地層水，由W11－4N油田的現(xiàn)場(chǎng)情況，確定試驗(yàn)溫度為65℃。然后分別在100ml一定質(zhì)量濃度的清垢劑QG－1、QG－2、QG－3水溶液中各加入1.0g垢樣 （除油、干燥恒重），在65℃、磁力攪拌器攪拌4h，濾出未溶物，烘干，冷卻，恒重稱量，求出清垢率，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 不同清垢劑清垢率對(duì)比

圖2 不同絡(luò)合劑對(duì)清垢率的影響

由圖1可知，在清垢劑QG－1、QG－2、QG－3中分別加1.0g垢樣后，在可比條件下，清垢劑QG－3清垢效率最高，因此以下試驗(yàn)選擇清垢劑QG－3。

3.2 絡(luò)合劑的篩選

為了增強(qiáng)清垢劑清垢能力，分別取絡(luò)合劑LH－1、LH－2、LH－3、LH－4，分別在100ml質(zhì)量濃度為5×104mg/L清垢劑QG－3中，加入不同質(zhì)量濃度的不同絡(luò)合劑，再加入1.0g垢樣，在65℃、磁力攪拌器攪拌4h，濾出未溶物，烘干，冷卻、恒重稱量，求出清垢率。不同絡(luò)合劑對(duì)清垢劑清垢率影響結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可知，在65℃、100ml的5×104mg/L清垢劑QG－3中加入5×104mg/L的絡(luò)合劑LH－1，清垢效果最好，清垢率達(dá)到88.66%，大于1×105mg/L清垢劑QG－3的清垢率86.07%。因此，可以確定清垢劑和絡(luò)合劑的較佳組合是5×104mg/L的清垢劑QG－3＋5×104mg/L的絡(luò)合劑LH－1。

3.3 滲透劑的篩選

垢物中含有的油污、烴類物質(zhì)使垢表面具有非水濕特性、妨礙了清垢劑溶液同垢的直接接觸。因此添加滲透劑可以降低油水界面張力，以使溶垢劑產(chǎn)生潤(rùn)濕、滲透和分散作用，提高溶垢效率。分別取滲透劑ST－1～ST－4，分別在100ml質(zhì)量濃度為5×104mg/L清垢劑QG－3水溶液中，加入不同質(zhì)量濃度的不同滲透劑，然后加入1.0g未除油垢樣，在65℃、磁力攪拌器攪拌4h，濾出未溶物，烘干冷卻、恒重稱量，求出清垢率。不同滲透劑對(duì)清垢劑清垢率影響結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可知，在65℃、100ml的清垢劑溶液中加入不同滲透劑及1.0g未除油干燥垢樣后，磁力攪拌器攪拌4h，滲透劑效果最好是150mg/L的ST－4，其次是ST－2。

圖3 不同滲透劑對(duì)清垢率的影響

圖4 不同緩蝕劑質(zhì)量濃度對(duì)腐蝕速率的影響

3.4 緩蝕劑的篩選

在125ml質(zhì)量濃度1×105mg/L清垢劑QG－3＋125ml地層水中，不加或加入一定量緩蝕劑，然后按照標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5405—1996［5］在65℃溫度下對(duì)N80鋼片進(jìn)行清垢劑腐蝕性試驗(yàn)，掛片時(shí)間24h。結(jié)果如圖4所示。由圖4通過(guò)初步篩選可知，清垢劑中不加緩蝕劑時(shí)，腐蝕速率為18.8142g/（m2·h）；加入質(zhì)量濃度為5000mg/L的緩蝕劑HS－2，腐蝕速率為0.4438g/（m2·h），緩蝕效果最好，緩蝕效率達(dá)到97.64%。對(duì)緩蝕劑 HS－2開(kāi)展了進(jìn)一步研究，試驗(yàn)條件同上，其濃度對(duì)緩蝕效率的影響如圖5所示。

圖5 緩蝕劑HS－2質(zhì)量濃度對(duì)腐蝕速率的影響

由圖5可知，緩蝕劑 HS－2質(zhì)量濃度為200mg/L時(shí)，緩蝕效率達(dá)到94.63%，腐蝕速率為1.1357g/ （m2·h），能滿足標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5405—1996［5］對(duì)腐蝕要求的 一 級(jí) 指 標(biāo) 要 求 （2.0 ～3.0g/ （m2·h））。

3.5 清垢劑體系確定

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，在65℃、恒溫24h的條件下，按照這些藥劑的加藥量開(kāi)展配伍性研究，結(jié)果表明清垢劑體系配方中，主清垢劑QG－3、絡(luò)合劑LH－1、滲透劑ST－4與緩蝕劑HS－2在有效使用量時(shí)混合，它們之間是配伍的，可以同時(shí)使用。因此確定在線清垢劑體系的組成為：質(zhì)量濃度為5×103mg/L主清垢劑QG－3＋5×104mg/L絡(luò)合劑LH－1＋150mg/L滲透劑ST－4＋200mg/L緩蝕劑 HS－2。

3.6 清垢劑體系配合使用清垢性能評(píng)價(jià)

在50ml清垢劑體系水溶液中加入一定量未除油垢樣 （干燥恒重），65℃下磁力攪拌器攪拌4h，濾出未溶物，烘干，冷卻，恒重稱量，求出清垢率，結(jié)果見(jiàn)圖6。

由圖6可知，清垢率隨所加垢樣量的增加而減少，說(shuō)明一定量的清垢劑的清垢能力是一定的。50ml清垢劑體系水溶液中加1.0g未除油垢樣，清垢率最高達(dá)到70.21%。

圖6 垢樣量對(duì)清垢率的影響

圖7 清垢劑用量對(duì)清垢率的影響

4 影響清垢劑效果的因素研究

4.1 清垢劑用量對(duì)清垢效果影響

在一定體積質(zhì)量濃度為1×105mg/L主清垢劑QG－3水溶液中加入不同量除油垢樣，65℃下磁力攪拌器攪拌4h，濾出未溶物，烘干，冷卻，恒重稱量，求出清垢率，結(jié)果見(jiàn)圖7。

由圖7可知，清垢率隨所加垢樣量的增加而減少，隨清垢劑體積的增加而增加。說(shuō)明一定量的清垢劑的清垢能力是一定的。100ml和200ml質(zhì)量濃度為1×105mg/L的主清垢劑QG－3水溶液中加1.0g除油垢樣，溶垢率最高分別為81.85%、91.4%。

4.2 滲透劑濃度的影響

在100ml質(zhì)量濃度為1×105mg/L的主清垢劑QG－3水溶液中加入100ml模擬地層水，再加一定量滲透劑，然后加入2.0g未除油垢樣，65℃下磁力攪拌器攪拌4h，濾出未溶物，烘干，冷卻，恒重稱量，清垢率結(jié)果見(jiàn)圖8。由圖8可知，在主清垢劑QG－3水溶液中加入一定量滲透劑ST－2時(shí)，隨ST－2加入，溶垢率略有下降；隨著ST－4的加入，溶垢率變化顯著，在ST－4質(zhì)量濃度為150mg/L時(shí)，溶垢率達(dá)到71.29%。

4.3 溫度對(duì)清垢率的影響

在100ml清垢劑水溶液中加入1.0g垢樣，在不同溫度下，磁力攪拌器攪拌4.0h，濾出未溶物，烘干，冷卻，恒重稱量，求出清垢率，結(jié)果見(jiàn)圖9。由圖9可知，在35～75℃范圍內(nèi)，隨著溫度升高，清垢率增加；但溫度高于75℃后，清垢率下降，這可能是由于在高溫下清垢劑中有些組分不穩(wěn)定，或者是清垢劑與成垢離子螯合形成的物質(zhì)不穩(wěn)定所致。

表3 清垢時(shí)間對(duì)清垢率的影響

圖8 滲透劑質(zhì)量濃度對(duì)清垢率的影響

圖9 清垢溫度對(duì)清垢率的影響

4.4 清垢時(shí)間對(duì)清垢率的影響

在100ml清垢劑水溶液中加入1.0g垢樣，65℃下磁力攪拌器攪拌不同時(shí)間，濾出未溶物，烘干，冷卻，恒重稱量，求出清垢率，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，隨著清垢時(shí)間的增加，清垢率增加顯著。

5 清垢劑體系在線性能評(píng)價(jià)

為了研究在線清垢劑體系在實(shí)際采出水中的清垢效果及腐蝕性，分別利用模擬地層水和W11－4N油田A5井采出水，配制在線清垢劑水溶液；然后分別取100ml清垢劑水溶液，分別加入1g的垢樣，在65℃下磁力攪拌器攪拌4.0h，濾出未溶物，烘干恒重，稱量，求出清垢率。另分別取250ml按照SY 5273—91［6］，對(duì)這2種清垢劑水溶液進(jìn)行腐蝕性試驗(yàn) （試驗(yàn)條件：N80鋼片，65℃，24h），結(jié)果見(jiàn)表4。表4表明，無(wú)論是在模擬地層水中還是在實(shí)際生產(chǎn)井A5井采出水中，在線清垢劑體系清垢效率幾乎相同，緩蝕效率相同，且在實(shí)際生產(chǎn)水A5井配制的體系中腐蝕速率更低。

表4 現(xiàn)場(chǎng)采出水中清垢劑體系性能評(píng)價(jià)

6 結(jié)語(yǔ)

上述試驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)研究得到的在線清垢劑，用量少，適宜溫度范圍寬，溶垢時(shí)間短、效率高，對(duì)輸油管道材料腐蝕速率低，對(duì)管線不造成損傷性危害，清垢具有安全、徹底、速度快、無(wú)污染等特點(diǎn)，基本能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)對(duì)不停產(chǎn)化學(xué)清垢的的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求，具有進(jìn)一步開(kāi)展在線清垢工藝技術(shù)及參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究?jī)r(jià)值，預(yù)期該在線清垢技術(shù)對(duì)油田集輸管線清垢有很好的推廣應(yīng)用前景及較好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］SY/T 5523—2000，油氣田水分析方法 ［S］.

［2］朱義吾 .油田開(kāi)發(fā)中的結(jié)垢機(jī)理及其防治技術(shù) ［M］.西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1995.

［3］Yuan M D，Todd A C.Prediction of sulfate scaling tendency in oilfield operations ［J］.SPE18484，1989.

［4］陸柱 .油田水處理技術(shù) ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1990.

［5］SY/T 5405—1996，酸化用緩蝕劑性能試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo) ［S］.

［6］SY 5273—1991，油田注水緩蝕劑評(píng)價(jià)方法 ［S］.

［編輯］ 蕭雨