油田集輸管道結(jié)垢腐蝕機(jī)理及防護(hù)措施研究

張廣輝

摘要：管道腐蝕是由油氣輸送介質(zhì)引起的，包括采出地層水和采出氣。因此，了解采出水和天然氣的成分是了解內(nèi)部腐蝕機(jī)理的前提。為了找出腐蝕的主要影響因素，掛片法是一種非常有效的研究方法。本文通過室內(nèi)掛片腐蝕實(shí)驗(yàn)研究油田集輸管道的腐蝕機(jī)理，通過室內(nèi)掛片實(shí)驗(yàn)篩選出適用于油田集輸管道的緩蝕劑。

關(guān)鍵詞：積垢腐蝕 ?油田集輸管道 ?地質(zhì)

一、引言

隨著油井采出液的增加，含水量越來越高，采出水礦化度高，高濃度油田污水鹽分或酸性氣體含量甚至?xí)?dǎo)致管道出現(xiàn)“穿孔”現(xiàn)象[1]。同時(shí)，由于水的熱力學(xué)不穩(wěn)定性和化學(xué)不相容性，大量成垢鹽類在采出液中的溶解度隨溫度和壓力而變化，管道采出液混合會(huì)造成集輸管道結(jié)垢、堵塞嚴(yán)重影響油田正常運(yùn)輸。因此，有必要研究油田集輸管道結(jié)垢的原因和機(jī)理，確定有效的防垢措施，保障管道運(yùn)輸[2]。

二、結(jié)垢腐蝕現(xiàn)狀

（1）結(jié)垢現(xiàn)狀分析

油田結(jié)垢就是油田中無機(jī)物固體的積累過程，這些無機(jī)物降低了流量并在油田管道壁、采油設(shè)備表面不斷堆積[3]。油田水垢的形成會(huì)增加油田輸出流體流動(dòng)的阻力，最終導(dǎo)致設(shè)備和管道局部腐蝕，給油田造成較大經(jīng)濟(jì)損失[4]。

（2）腐蝕現(xiàn)狀分析

三、油田集輸管道結(jié)垢規(guī)律預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)研究

（1）油田集輸管道流體分析

根據(jù)油田集輸管線運(yùn)行情況，回收了油田結(jié)垢腐蝕嚴(yán)重的2個(gè)不同油井采出液，進(jìn)行油水分離，并對(duì)離子成分分析[5]。

從聯(lián)合站2條管道Z153、Z184中取回的2個(gè)產(chǎn)出液進(jìn)行油水分離后，對(duì)產(chǎn)出水進(jìn)行離子成分分析，其水分析結(jié)果如下所示。

從采出液離子成分分析結(jié)果可以看出，油田集輸管道采出水中含有大量垢離子，在集輸管道中極易形成硫酸鹽垢或碳酸鹽垢，不僅會(huì)堵塞輸送管道，也會(huì)造成腐蝕。

（2）單管線結(jié)垢預(yù)測(cè)研究

在管道輸送過程中，由于外界環(huán)境和流體離子成分的變化，極有可能發(fā)生在管道內(nèi)壁上，影響采出液的輸送，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成管道報(bào)廢。因此，在實(shí)驗(yàn)中，單條管道的出水規(guī)模預(yù)測(cè)為50℃。預(yù)測(cè)結(jié)果如下表所示。

從預(yù)測(cè)結(jié)果中可知，Z184管線產(chǎn)出水的結(jié)垢最為嚴(yán)重，在50℃、常壓下，其結(jié)垢量達(dá)到750.3mg/L，結(jié)垢類型為碳酸鈣垢;其次為Z204管線，其結(jié)垢量達(dá)到743.5mg/L，結(jié)垢類型主要為碳酸鈣垢，還有少量硫酸鋇垢。

（3）集輸管線混合結(jié)垢預(yù)測(cè)研究

根據(jù)單管線結(jié)垢的預(yù)測(cè)結(jié)果可知，集輸管線會(huì)出現(xiàn)不同程度的結(jié)垢現(xiàn)象，為研究各管線混合后的結(jié)垢情況，實(shí)驗(yàn)中根據(jù)Z153管線、Z184管線、Z83管線以及Z204管線的實(shí)際流量情況，選取Z153：Z184：Z83：Z204=1.7：2.9：3.8：1.6、2.1：2.5：3.5：1.9、1.3：3.3：4.1：1.3這3個(gè)比例進(jìn)行混合，在50℃下分別預(yù)測(cè)垢型及其結(jié)垢量。

根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，2.1：2.5：3.5：1.9的比例混合時(shí)結(jié)垢最嚴(yán)重，其結(jié)垢量達(dá)到632mg/L，結(jié)垢類型主要為碳酸鈣垢，還有少量硫酸鋇垢。

（4）油田集輸管道結(jié)垢實(shí)驗(yàn)

1、單管線結(jié)垢實(shí)驗(yàn)研究

根據(jù)油田集輸管道水分析資料配制模擬產(chǎn)出水，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

根據(jù)實(shí)際測(cè)定的結(jié)果，在50℃、常壓下，Z184管線產(chǎn)出水結(jié)垢最嚴(yán)重，Z83管線產(chǎn)出水結(jié)垢相對(duì)最少，與結(jié)垢預(yù)測(cè)結(jié)果基本一致。

2、集輸管線混合結(jié)垢實(shí)驗(yàn)研究

根據(jù)油田集輸管道水分析資料配制模擬產(chǎn)出水，在50℃下分別測(cè)定不同比例下，輸送管道產(chǎn)出水的結(jié)垢量。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，以2.1：2.5：3.5：1.9的比例混合時(shí)結(jié)垢最嚴(yán)重，與預(yù)測(cè)結(jié)果基本一致。

四、油田集輸管道防垢實(shí)驗(yàn)研究

（一）正滴定法基本原理及步驟

正滴定主要用于滴定溶液中Ca2+、Mg2+等成垢陽離子的濃度。其步驟如下：

（1）取若干廣水瓶，加入規(guī)定比例的負(fù)離子或注入水，然后加入一定濃度的阻垢劑，以不含阻垢劑的水樣為空白樣，置于規(guī)定溫度的水浴中，預(yù)熱半小時(shí)，加入指定比例的陽離子或地層水，放入指定溫度的水浴中24小時(shí)。

（2）取出廣口瓶，分別取10ml上層清液加入錐形瓶中，加入約10ml的NH3-NH4緩沖溶液及適量的鉻黑T指示劑，搖勻，用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至由紅色變?yōu)樗{(lán)色即為終點(diǎn)。

（3）計(jì)算公式

——加阻垢劑后混合溶液中Ca2+的濃度，mol/L;

——未加阻垢劑混合溶液中Ca2+的濃度，mol/L;

——混合前溶液中Ca2+的濃度，mol/L;

（二）反滴定法基本原理及步驟

反滴定主要用于滴定溶液中Ba2+、Sr2+等成垢陽離子的濃度。其步驟如下：

（1）取出廣口瓶，取上清液10ml放入錐形瓶中，加入20ml EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液、約10ml NH3-NH4緩沖溶液和適量鉻黑T指示劑，用Mg2+標(biāo)準(zhǔn)溶液滴到結(jié)束。

（2）取出廣口瓶，取上清液10ml分別放入錐形瓶中，加入20ml EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液、約10ml NH3-NH4緩沖溶液和適量鉻黑T指示劑，用Mg2+標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至結(jié)束。

（3）計(jì)算公式

——加阻垢劑后混合溶液中Ba2+或Sr2+的濃度，mol/L;

——未加阻垢劑混合溶液中Ba2+或Sr2+的濃度，mol/L;

——混合前溶液中Ba2+或Sr2+的濃度，mol/L;

——溶液混合時(shí)Ba2+或Sr2+濃度的體積分?jǐn)?shù)，

五、結(jié)論

通過分析油田產(chǎn)出水的水質(zhì)情況，找出了油田集輸管線的結(jié)垢、腐蝕原因，并通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)篩選出了適合油田的阻垢劑和緩蝕劑，主要有以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）油田集輸管道產(chǎn)出水中含有大量的成垢離子，且從產(chǎn)出水離子成分分析表中可以看出，該區(qū)塊的礦化度較高，產(chǎn)出水中的Cl-含量較高，可達(dá)到58715.61mg/L，集輸管線面臨較嚴(yán)重的內(nèi)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

（2）根據(jù)結(jié)垢預(yù)測(cè)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在50℃、常壓下，在單管線中，Z184管線產(chǎn)出水結(jié)垢最嚴(yán)重;在混合管線中，Z153管線、Z184管線、Z83管線、Z204管線產(chǎn)出水以2.1：2.5：3.5：1.9的比例混合時(shí)結(jié)垢最嚴(yán)重，油田集輸管線結(jié)垢問題非常嚴(yán)重。

參考文獻(xiàn)

[1]金廣軍，謝仕洪.油氣集輸管道腐蝕結(jié)垢與防護(hù)措施[J].化學(xué)工程與裝備，2021（06）：66+75.

[2]張國龍，謝國慶，柳彥平.采油集輸管線結(jié)垢腐蝕的機(jī)理分析與保護(hù)[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2021，41（04）：46-48.

[3]馬哲文.油氣集輸管道腐蝕結(jié)垢防護(hù)技術(shù)[J].化學(xué)工程與裝備，2020（03）：131+117.

[4]賴俊西，劉一存，謝明.管道結(jié)垢因素機(jī)理分析及計(jì)算[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2017（03）：50-51.

[5]李敏，趙銳，邱忠平，王小倩.滲濾液對(duì)不同管材的結(jié)垢性腐蝕研究[J].環(huán)境工程，2020，38（08）：76-81.