集輸干線在線清洗工藝研究與應(yīng)用

李慶彤，李凡磊，康玉陽，李 興，潘國輝，馮貴賓

（1.江蘇徐州中石化管道儲運有限公司，江蘇徐州 221008；2.江蘇油田分公司采油一廠，江蘇揚州 225265）

瓦陳干線經(jīng)一年半的運行后，因內(nèi)壁結(jié)垢、結(jié)蠟、使運行壓力上升，影響瓦莊油田的正常生產(chǎn)，因此必須要求掃線清洗。目前本廠常用的管線清洗技術(shù)有熱水大排量沖洗、P球清洗和高壓水射流清洗法，都屬于物理清洗法，基本要求停輸清洗，但從瓦莊油田生產(chǎn)情況角度出發(fā)，不容許停輸。因此為降低干線運行壓力，保證瓦莊油田的正常生產(chǎn)，特開展集輸干線在線清洗工藝研究工作，也為本廠化學(xué)清洗集輸干線尋找新的方法[1，2]。

1 現(xiàn)狀問題調(diào)查分析

圖1 瓦陳干線示意圖

瓦陳干線于2007年8月投產(chǎn)，全長21 km，是江蘇油田最長的集輸干線，分瓦3、瓦6、陳堡三段，呈Y型分布（見圖1）。

瓦3、瓦6段干線規(guī)格為φ133 mm×5 m，陳堡段干線規(guī)格為φ159 mm×5 m，其擔負著瓦莊油田向陳堡油田原油的集輸任務(wù)。整條干線無伴熱系統(tǒng)和中間加熱系統(tǒng)，內(nèi)部均做厚漿型涂料、玻璃鱗片內(nèi)防（耐溫80℃）。干線運行一年半后系統(tǒng)壓力逐步上升，截至2009年6月時瓦3站的外輸壓力達到1.95 MPa左右，瓦6站的外輸壓力上升至2.70 MPa，生產(chǎn)情況（見表1）。

從表1中可以看出，投產(chǎn)初期瓦6、瓦3段壓差為0.20 MPa～0.30 MPa，陳堡段壓差約為 0.20 MPa。2009年6月瓦3站壓差僅上升至0.35 MPa，而瓦6站的壓差上升至1.10 MPa，陳堡段的壓差上升至1.22 MPa，上升幅度較大。因此瓦6段和陳堡段的干線存在較大的流動阻力。

1.1 陳堡段干線壓力上升原因分析

陳堡段干線流動阻力增大的原因主要有兩方面：一方面由于整條干線無伴熱系統(tǒng)和中間加熱系統(tǒng)，溫度隨沿程逐漸降低。起輸點為72℃，中間點為58℃，陳堡末端的溫度為50℃左右，隨著溫度的降低，原油黏度增大，流動阻力增大，不同溫度下原油黏度測試結(jié)果（見表2）。另一方面隨溫度的降低，原油中的重質(zhì)成分及蠟質(zhì)逐漸析出，沉積于管壁，造成管線縮徑，增加原油的流動阻力。2009年4月中旬，拆開中間碰頭點的三通閘門時發(fā)現(xiàn)，干線存在明顯的沉積物縮徑現(xiàn)象。經(jīng)化驗分析，沉積物主要成分為原油重質(zhì)成分及蠟質(zhì)有機物。

表1 瓦陳干線生產(chǎn)情況

表2 外輸油黏度測試結(jié)果

陳堡段干線壓力上升的主要原因由于溫度隨沿程降低，原油黏度增大，膠質(zhì)、蠟質(zhì)沉積管壁，致使原油的流動阻力增大。

1.2 瓦6段干線壓力上升原因分析

瓦6集油站承擔著瓦7和瓦6區(qū)塊原油的外輸任務(wù)。瓦6塊屬于k2t1，水型為氯化鈣型，瓦7塊屬于E1f1，水型是碳酸氫鈉型。

瓦6區(qū)塊油井產(chǎn)出液中Ca2+含量平均在2 000 mg/L左右，瓦7區(qū)塊油井產(chǎn)出液中HCO3-含量在1 300 mg/L左右，當這兩水型混合加熱后出現(xiàn)碳酸鈣沉淀。其原理為：

尤其是在2009年3月底增加瓦6-9、瓦6平3、瓦6平5三口瓦6斷塊的新井，加重了碳酸鈣的沉淀。2009年4月至6月瓦6段的壓差從0.5 MPa陡然上升至1.1 MPa。2009年6月更換干線加熱爐進出口管線時發(fā)現(xiàn)，進口無結(jié)垢現(xiàn)象，出口結(jié)垢嚴重，管線內(nèi)徑堵塞了2/3。

經(jīng)化驗分析垢樣溶于稀HCl，并有大量CO2氣體產(chǎn)生，其主要成分為CaCO3。因此瓦6段干線壓力上升的主要原因由于瓦6、瓦7塊水型不配伍，其混合加熱后產(chǎn)生CaCO3沉淀造成的，使管線縮徑，外輸壓力上升。

瓦陳干線是瓦莊油田的集輸動脈，每天總輸液量達600 m3之多。根據(jù)干線的自身特點和油田生產(chǎn)任務(wù)的要求，必須在不停產(chǎn)和低于80℃的狀態(tài)下進行清洗掃線，清除管線內(nèi)壁沉積的蠟質(zhì)等沉積物，降低干線運行壓力。

2 陳堡段干線室內(nèi)清洗試驗研究

2.1 中間碰頭點沉積物分析

中間碰頭點沉積物經(jīng)室內(nèi)化驗分析，其主要為原油重質(zhì)成分及蠟，溶解于汽油和清蠟劑，在水中的熔化溫度為90℃。具體試驗結(jié)果（見表3）。

2.2 堿性清洗劑清洗試驗

化學(xué)清洗法中的堿性清洗劑適合于油脂、膠質(zhì)等的清洗。KD-45清洗劑是一種堿性清洗劑，無色透明液體，密度>1.15 g/mL，其主要成分是堿性物質(zhì)和表面活性劑等[2]。中間碰頭點的沉積物屬于油性蠟質(zhì)，可以使用KD-45堿性清洗液對陳堡段干線內(nèi)沉積物進行滲透、浸潤和分散，并隨原油排出管線，從而達到在線清洗管線的目的。

2.2.1 評價KD-45堿性清洗劑對蠟質(zhì)沉積物的分散能力 試驗條件：水浴鍋溫度70℃，100 mL 10%KD-45堿性清洗劑水溶液+5 g蠟狀沉積物，清水+5 g蠟狀沉積物。試驗結(jié)果（見表4、圖2）。

從試驗結(jié)果來看，在70℃的環(huán)境下KD-45堿性清洗劑在60 min左右將蠟狀沉積物分散開來，分散效果良好，但蠟狀物未熔化。而蠟狀沉積物在清水中無任何明顯變化。

表3 中間碰頭點沉積物分析

表4 堿性清洗劑定性分散試驗

圖2 堿性清洗劑定性分散試驗（左：KD-45水溶液，右：清水）

表5 溫度對KD-45堿性清洗劑分散能力的影響

2.2.2 評價溫度對KD-45堿性清洗劑分散能力的影響 試驗條件：水浴鍋溫度分別為40℃、50℃、60℃、70℃、80℃，100 mL 10%KD-45堿性清洗劑水溶液＋5 g蠟狀沉積物。試驗結(jié)果（見表5）。

從分散試驗結(jié)果來看：KD-45堿性清洗劑在40℃下對蠟質(zhì)沉積物分散能力較差，常溫下無分散能力。在50℃以上對蠟質(zhì)沉積物有良好的分散能力，在60℃～70℃下60 min左右將蠟質(zhì)沉積物完全分散開。

2.2.3 評價濃度對KD-45堿性清洗劑分散能力的影響 試驗條件：水浴鍋溫度70℃、100 mL KD-45堿性清洗劑水溶液（濃度分別為2.5%、5%、7.5%、10%、12.5%、15%、25%、40%）＋5 g蠟狀沉積物。試驗結(jié)果（見表6）。

從分散試驗結(jié)果來看，KD-45堿性清洗劑的濃度在7.5%～15%對蠟質(zhì)沉積物有較好的分散能力，濃度過高或過低其分散能力變?nèi)酢?/p>

表6 濃度對KD-45堿性清洗劑分散能力的影響

表7 介質(zhì)對KD-45堿性清洗劑分散能力的影響

表8 KD-45堿性清洗劑定量分散試驗

2.2.4 評價配液介質(zhì)對KD-45堿性清洗劑分散能力的影響 試驗條件：水浴鍋溫度70℃，100 mL 10%KD-45堿性清洗劑水溶液（配液介質(zhì)分別為清水、陳堡污水）+5 g蠟狀沉積物，試驗結(jié)果（見表7）。從試驗結(jié)果來看，陳堡污水和清水配制的KD-45堿性清洗劑水溶液對蠟質(zhì)沉積物分散能力無明顯區(qū)別。

2.2.5 定量評價KD-45堿性清洗劑分散能力 試驗條件：水浴鍋溫度70℃，50 mL 10%KD-45堿性清洗劑水溶液+12 g蠟狀沉積物。試驗結(jié)果（見表8）。

從試驗結(jié)果來看，50 mL 10%KD-45堿性清洗劑水溶液最終分散約8.5 g的蠟質(zhì)沉積物，KD-45原液與蠟質(zhì)沉積物的比例是1：1.7。

3 瓦6段干線結(jié)垢趨勢及阻垢研究

3.1 瓦6段干線失鈣趨勢分析

為分析瓦6段管線結(jié)垢情況，對瓦6站的外輸泵出口和中間點進行取水樣分析，分析結(jié)果（見表9），干線失鈣率為52.5%。

為摸清瓦6段干線的結(jié)垢趨勢，實驗室模擬現(xiàn)場的溫降條件，對瓦6站外輸水樣進行失鈣測試。失鈣趨勢曲線（見圖3）。水樣取樣點為外輸泵出口，水樣的Ca2+含量為 472 mg/L。

從降溫失鈣趨勢曲線來看，水樣從室溫升至73℃再降至68℃的過程中，失鈣曲線較陡，Ca2+從472 mg/L降至248 mg/L，失鈣量占原水樣Ca2+含量的47%。68℃后失鈣曲線較為平緩，48℃時水樣中的Ca2+濃度基本保持在168 mg/L。因此干線68℃之前的溫降段為失鈣重點段。

目前瓦6站的外輸溫度為73℃左右，中間點的溫度為59℃，瓦6段干線總長為6.2 km，估算每2 km溫降5℃，因此瓦6站出口2 km內(nèi)的干線結(jié)垢比較嚴重，是導(dǎo)致干線壓力升高的主要原因。

表9 瓦6段干線失鈣分析

圖3 失鈣趨勢曲線

表10 室內(nèi)阻垢試驗

3.2 瓦6段干線阻垢試驗分析

為有效預(yù)防瓦6段干線結(jié)垢，用瓦6站的外輸水樣進行阻垢試驗。具體試驗數(shù)據(jù)（見表10）。

從室內(nèi)試驗來看，在75℃下的瓦6站外輸水樣中添加25 mg/L的FA505阻垢劑，其阻垢率為91%，添加40 mg/L的FA505阻垢劑，其阻垢率為97%，能有效的預(yù)防鈣質(zhì)的沉積。

4 陳堡段干線清洗工藝方案設(shè)計

（1）清洗施工點：陳堡段干線因蠟質(zhì)沉積存在明顯的縮徑現(xiàn)象，清洗施工點確定在碰頭點閥組間，對碰頭點向后的陳堡段干線實施在線清洗。

（2）清洗溫度：根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果，KD-45在50℃以上對蠟質(zhì)沉積物有良好的分散能力，溫度越高分散能力越好。由于干線內(nèi)防層耐溫為80℃，因此清洗溫度確定為70℃～75℃，防止內(nèi)防層脫落。

（3）清洗濃度：根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果，7.5%～15%KD-45的水溶液對蠟質(zhì)沉積物有良好的分散能力。因此KD-45進入干線之后的濃度確定在10%～12%。

（4）配液介質(zhì)：防止其他地區(qū)水型與陳堡水型不匹配，所以用陳3站的污水作為配液介質(zhì)。

（5）KD-45用量：反映了管線內(nèi)有大量的蠟狀沉積物，從現(xiàn)場看陳堡段干線內(nèi)徑由150 mm縮徑為120 mm左右，該段干線長6 940 m，縮徑部分的體積為44 m3，按照KD-45與蠟質(zhì)沉積物的比例為1：1.7，理論上大約需要25 tKD-45堿性清洗劑，可分量進行多次清洗。

（6）施工壓力與排量：瓦6段、瓦3段干線額定壓力為4.0 MPa，陳堡段干線額定壓力為2.5 MPa，為確保施工安全及KD-45進入干線之后的濃度在10%～12%，各站庫及施工點的排量與壓力確定（見表11）。

5 瓦6段干線阻垢方案設(shè)計

（1）現(xiàn)場加藥點確定：瓦6區(qū)塊油井的生產(chǎn)情況（見表12）。從表12看出，70%的CaCl2水型的油井屬于瓦7-1井組，因此加藥點選定在瓦7-1井組總出油管線的源頭，對Ca2＋進行絡(luò)合。

（2）現(xiàn)場阻垢劑添加量：2010年1月瓦6集油站的外輸液量平均為385 m3/d，含水為69%，外輸水量為270 m3/d，添加濃度為25 mg/L，添加量為7 kg/d。并根據(jù)液量及時進行調(diào)整。

（3）外輸溫度的調(diào)整：從圖3可以看出，68℃以上瓦6站的水樣失鈣率47%，68℃～58℃失鈣率為10%，58℃之下失鈣率僅為6%。2007年8月投產(chǎn)初期時瓦6站的外輸液量為240 m3/d，含水30%，外輸溫度定為70℃～75℃。2010年1月瓦6站的外輸液量達385 m3/d，含水達69%，因此在保證外輸?shù)那疤嵯驴蓪⑼廨敎囟冉抵?5℃左右，以緩解結(jié)垢形勢。

表11 各站庫、施工點的運行參數(shù)

表12 瓦6區(qū)塊油井生產(chǎn)情況表

圖4 中間碰頭點壓力變化曲線圖

6 現(xiàn)場工藝實施情況

6.1 陳堡段干線在線清洗效果分析

2009年和2010年三次用6 t～7 t KD-45堿性清洗劑配成33%的水溶液對陳堡段干線實施了在線清洗。為防止堿性清洗劑在分散蠟質(zhì)沉積物后壓力上升較大，清洗液分兩次泵入干線進行清洗（見圖4）。

由圖4可以看出：當KD-45堿性清洗劑水溶液泵入干線后，中間碰頭點的壓力開始持續(xù)上升，一小時后藥劑結(jié)束，再過約一小時后壓力上升至最高點，然后緩慢下降。這兩小時的壓力持續(xù)上升過程是KD-45對蠟質(zhì)沉積物的分散過程，分散過程的時間與室內(nèi)試驗基本吻合。隨后的壓力下降過程是KD-45無分散能力之后，之前分散下來的蠟質(zhì)沉積物隨油水混合物向前推進，最后排出管線的過程。在清洗過程中，對陳3站進站原油進行取樣并過濾，發(fā)現(xiàn)有大量的細小蠟質(zhì)顆粒，說明KD-45清洗劑對管線內(nèi)壁的蠟質(zhì)起到了良好的分散作用，與實驗室分散效果相吻合，具體施工效果（見表13）。

經(jīng)過三次的在線清洗之后，在瓦6、瓦3站保持正常外輸?shù)臓顟B(tài)下，中間碰頭點的壓力由1.65 MPa降至1.1 MPa，降幅達34%，取得了良好的降壓效果。

6.2 瓦6段干線阻垢效果分析

2010年1月在瓦7-1井組出油管線源頭開始添加FA505緩蝕阻垢劑，濃度為25 mg/L，7 kg/d。同時將瓦6站的外輸溫度降至63℃～65℃，以緩解結(jié)垢趨勢。2010年2月分別在瓦6站的外輸泵出口，干線爐出口和中間點取水樣，分析加藥后的失鈣率，分析結(jié)果為21%，與加藥前表7中的失鈣率52%相比有明顯的降低但仍然比較高，加藥阻垢率僅為80%，與室內(nèi)試驗91%的阻垢率相比相差較大，說明現(xiàn)場的干擾因素較多，阻垢效果降低。2010年3月將加藥濃度提高至40 mg/L，12 kg/d，4月在同一點取樣分析水樣失鈣率，分析結(jié)果為7.38%，阻垢率＞90%。自2009年12月對該段干線實施大排量反沖洗排出碳酸鹽沉積物后，到目前為止該段干線的壓差一直穩(wěn)定在0.3 MPa～0.4 MPa，現(xiàn)場阻垢效果良好，失鈣分析（見表14）。

表13 施工前后效果對比

表14 加藥后瓦6干線失鈣分析

7 結(jié)論

（1）KD-45堿性清洗劑在50℃以上，濃度為10%～12%時，對原油蠟質(zhì)沉積物具有良好的分散能力，分散時間約為1 h，可分散1.7倍質(zhì)量的蠟質(zhì)沉積物。

（2）瓦陳干線由于沒有保溫，隨著溫度的降低原油中的蠟質(zhì)組份逐漸沉積，造成管線縮徑，使干線壓力上升。用KD-45堿性清洗劑對陳堡段干線實施在線清洗后，取得了良好的降壓效果，降幅達34%。

（3）由于瓦6、瓦7區(qū)塊水型不配伍，造成瓦6段干線碳酸鹽結(jié)垢嚴重。在投加40 mg/L FA505阻垢劑后，干線失鈣率由50%降低至7%，阻垢效果顯著。

（4）建議在中間碰頭點增加加熱裝置，提高輸液溫度，減小原油黏度，延緩原油中蠟質(zhì)及重質(zhì)組分的沉積，以降低干線系統(tǒng)運行壓力。

［1］溫維眾，等.國內(nèi)外輸油（氣）管道清洗技術(shù)綜述［J］.管道技術(shù)與設(shè)備，2000，（1）：34-37＋38.

［2］KD-45堿性清洗性能簡介及使用說明［R］.揚州潤達油田化學(xué)劑廠，2009.