化学溶垢技术在注水海管通球解卡中的研究与应用*

曾浩见, 铁磊磊, 刘文辉, 李 翔

(中海油田服务股份有限公司，天津 300459)

海上油田平台之间的油气水输送主要靠海底管道，经过长期使用后海底管道因为输送介质结垢等会造成海管缩径或者堵塞的风险。为保证海底管道的输送效率，减少腐蚀结垢风险，海洋油气管道要定期进行清管作业，从而提高管道输送效率，确保管道安全。但是如果对海管内结垢情况不清楚，清管球选型不合理，便容易出现卡球事故;常规处理方式一般采取正推和反推等物理方式解卡，在特殊情况下，当正推反推无法解卡时，传统的方式只能采取割管取球，导致成本高，工期长；
容易造成环境污染。因此，有必要研究出一种新的化学溶垢方式，与传统解卡方式相配合的组合海管卡球解卡新技术[1-3]。

1.1 仪器与材料

仪器：X射线多晶线衍射仪(XRD)，X射线萤光分析仪(XRF)，岩心流动性驱替装置，恒温干燥箱，天平，金相显微镜等。

材料：溶垢药剂，X56钢片，现场垢样，石油醚，无水乙醇等。

1.2 试验方法与评价

XRD定性分析：将试样衍射得到一组d-I数据与标准的PDF卡片手册中的d-I数据进行比对，判定试样中存在的物相。

XRF半定量分析：将试样放入仪器测量位，进行全程扫描，根据扫描图谱对峰进行搜索和匹配，采用归一化进行半定量分析。

溶垢率测定：采用不同固液比对垢样进行溶解试验，静置24 h，温度为25 ℃，通过质量损失法测定溶垢率。

腐蚀速率测定：采用质量损失法，利用溶垢药剂对海管进行静态腐蚀速率测定，温度60 ℃，静置8 h。

金相显微分析：采用金相显微镜，放大200倍，进行腐蚀后钢片微观形貌分析，判断点蚀和表面状态。

岩心驱替试验分析：采用岩心流动模拟装置，研究溶垢药剂流动状态下的溶垢效率，从而分析药剂进入垢样内部的溶解情况。

2.1 垢样分析

现场垢样主要以无机固相为主，经测定垢样水相质量分数为16.13%，油相质量分数为3.94%，无机固相质量分数为79.93%。对无机固相成分进行XRF半定量分析，分析结果见表1。

表1 现场垢样XRF半定量分析数据

由表1可知,铁元素占69.12%，说明无机固相组分中，以铁元素组成的垢样占主要成分；
对现场垢样进行XRD定性分析见图1。由图1可知，结晶主体存在FeCO3和Fe3O4。

图1 现场垢样XRD定性分析

2.2 溶垢率测定

根据现场实际要求，溶垢体系在有效的溶解与分散垢样的同时不产生硫化氢，对海管腐蚀轻微，此次溶垢体系由有机清洗剂、络合剂、杀菌剂、互溶剂、分散剂、渗透剂、缓蚀剂复配而成，溶剂为蒸馏水[4-5]。

(1)垢样中含有部分有机质，加入了有机清洗剂，对有机垢能起到很好的溶解效果，其中互溶剂是用来将有机与无机充分乳化；

(2)溶垢能力的体现，主要由络合剂、分散剂和渗透剂组成，主要就铁垢进行深度络合分散，重点加入聚羧酸型化合物、羟基化合物、柠檬酸钠等物质，通过不同配比对铁垢进行充分溶解分散；

(3)因海管在停用状态下，细菌繁殖快，需要添加杀菌剂，对油田中常见的TGB，SRB和IB进行杀菌；

(4)为了减轻管道的腐蚀程度，加入缓蚀剂对金属本体起到有效保护作用。

由表2可知，随着温度的升高，溶垢体系对现场垢样的溶垢率越高，随着固液比的增大，溶垢体系对现场垢样的溶垢率越高，说明该溶垢体系对现场垢样有明显的溶垢作用，且反应过程中不产生硫化氢。

表2 不同温度、不同固液比下的溶垢率

2.3 腐蚀速率测定

采用质量损失法测定溶垢体系对海管用钢的静态腐蚀速率，温度60 ℃，静置8 h，结果见表3和图2。

表3 腐蚀速率

图2 腐蚀前后金属表面及微观形态情况

由表3可知，溶垢体系在60 ℃下，腐蚀速率低于1 mm/a，该溶垢体系耐腐蚀，腐蚀速率低，通过金相显微镜观察，腐蚀前后金属表面纹路基本没变化，无黑斑，无点蚀，能有效地减轻对金属本体的腐蚀。

2.4 动态效果试验

采用岩心流动模拟装置，研究溶垢药剂流动状态下溶垢效率，从而分析出药剂进入垢样内部的溶解情况。

由图3可知，两种试验流体分别进行驱替过程中，压力曲线呈现先上升后下降至平稳阶段，水驱时最高压力为0.43 MPa，平稳后压力为0.15 MPa，溶垢药剂驱时最高压力为0.13 MPa，平稳后压力为0.023 MPa，溶垢效果明显。

图3 注入压力变化曲线

绥中36-1J平台至A平台水海管，总长1.5 km，目前清管球卡堵在靠A平台一侧，从海管堵塞段位置推测在距离收球筒端39.2 m，J平台以1.0 MPa压力进行正推时，A平台返出量为0.064 m3/h，说明堵塞点存在一定液体通道，因此采用循环清洗和加压挤注相结合的方式进行溶垢解堵[6-7]，具体施工工艺见图4。

图4 现场施工工艺

现场施工工艺海管堵塞物主体部分为铁垢，伴随着有细菌的代谢产物，堵塞物强度致密且正推与反推都无法推动，采用溶垢药剂进行循环清洗和加压挤注后，测定压力降曲线，随着溶垢作业的进行，压力下降速率越来越快，溶垢效果明显，定期进行高压水反冲洗带出铁垢，后期采用正推方式成功推出清管球，同时推出大量垢样。

通过XRF和XRD分析得出堵塞主体为铁垢，研究出安全高效的溶垢体系，该溶垢体系在静态和动态溶垢效果明显，对钢本体的腐蚀速率低，在SZ36-1J平台至A平台水海管溶垢解堵应用期间，监测到压力降数据良好，溶垢效果显著，顺利完成水海管解堵，保证了油田的正常运行，为海上油田海管清洗和解堵提供了宝贵经验。此次作业方式相比于强力机械的解堵方式，成本仅为机械解堵费用的四分之一，提升了作业时效，简化了工艺流程，为现场提供了一条新的海管解堵创新思路。

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