一種新型油氣管道解堵技術在文昌油田群的應用

張西迎

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057）

一種新型油氣管道解堵技術在文昌油田群的應用

張西迎

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057）

文昌油田群15-1油田至FPSO116油輪的海管出現了嚴重的結垢現象，給油田生產帶來了危害，同時也造成了較大的產量損失和經濟損失。通過對油田結垢現狀的調研，確定15-1油田的垢主要以碳酸鈣垢為主，對產生垢的影響因素進行了分析和研究。本文創新的提出利用清管球進行定點的“漢堡式”酸液解堵技術，成功的解決了文昌15-1油田海管結垢問題。

海管；結垢；酸液解堵

1 背景簡介

2008年7月，文昌油田群15-1油田建成投產，該油田出砂量較大，并且輸送的油氣等介質中含有有機物、CO2、多種離子、細菌以及泥砂等物質。2010年1月，15-1油田生產系統開始出現波動，排查時發現外輸海管結垢嚴重，注入防垢劑后，生產系統暫時穩定。2013年3月，進行通球疏通作業過程中出現刮板球不能通過的現象。加防垢劑和通球的常規方式，已經無法有效解決文昌15-1油田海管結垢的問題，管道結垢使得管道縮徑，流通面積變小，造成壓力損失、排量減小及管道堵塞，明顯降低輸送的流量和效率，造成能源浪費。同時，結垢還會誘發管道局部腐蝕，若因管道腐蝕造成管道油氣泄漏，后果將不堪設想。因此，迫切需要一種適用于文昌15-1油田的解堵技術，該技術對于解決海上油田管線堵塞問題具有重要意義。

2 結垢的影響因素

2.1 溫度對結垢的影響［1］

溫度的影響主要是改變易結垢鹽類的溶解度，各類常見垢在水中的溶解度隨溫度變化的曲線見圖1中所示。

從圖1中可以看出，除了CaSO4·2H2O溶解度有極大值外，其它均隨溫度的升高而降低。15-1油田的垢以碳酸鈣為主。分析結垢原因為：當溫度升高時，Ca（HC03）2分解，產生CaCO3結垢：該反應為吸熱反應，溫度升高，曲線平衡向右移動，有利于CaCO3的析出。此外，溫度也會影響細菌的繁殖速度和鋼鐵電化學反應速率。每種細菌都有適宜生長的溫度，各類細菌對溫度的要求不同。大部分細菌的最佳適宜溫度為20℃～40℃，故隨著管道輸送介質溫度的變化，細菌的繁殖率也會變化，對管道的腐蝕也就隨之而變，從而影響腐蝕垢的生成速率。同樣，隨著溫度的變化，鋼鐵電化學反應的速率也將發生變化，腐蝕速率的變化，生產腐蝕垢的速率也變化。

圖1 垢在水中的溶解度與溫度的關系

2.2 壓力對結垢的影響［2］

文昌15-1油田的垢主要為碳酸鈣垢，氣體參與碳酸鈣垢的形成，因此壓力對其影響相對較大。當壓力降低，式（l）向右進行，可以促進結垢。在管道輸送的過程中，壓力一般都是降低的，因此結垢趨勢是一直增大的。

2.3 流速對結垢的影響［3］

流速增大可以增加污垢沉積率，但與此同時，流速增大所引起的剝蝕率的增大更為顯著，因而造成總的增長率減小。流速降低時，介質中攜帶的固體顆粒和微生物排泄物沉積幾率增大，管道結垢的幾率也明顯加大，特別是在結構突變的部位。流速的突變也可以解釋為壓力的變化，如果流速突然加大，引起局部脫氣，使二氧化碳分壓降低，式（1）平衡向右移動，引起碳酸鈣垢的生成。

3 原有的解堵方法

3.1 加注除垢劑

3.2 海管通球

對海管進行定期發刮板球和泡沫球來實現對海管管壁垢物的清除，最近一次的通球作業造成15-1油田生產關停。

4 新型的解堵技術

文昌15-1油田到FPSO116油輪的海管長達36.6km，垢點在海管中是一段一段的，如果大面積的除垢會消耗大量人力和物力。因此，需要有針對性的對海管結垢嚴重的地方進行解堵，并且要解決如下幾個問題：

4.1 海管垢點的定位

海管清管球運行時間計算公式：

由（2）式，得知液流量和管道容積，我們就可以計算出清管球運行時間。同理，我們將海管視為嚴格的圓柱型管柱，記錄海管通球時壓力上升時所對應的時間T1，繼續讓球前進，當出現第二次海管壓力上升時，記錄對應的時間T2。通過T1和T2帶入式（2），我們便可以計算出從發球點到第一個垢點容積V1，和第二個垢點時間V2。由于海管橫截面積S是定值，因此所得便是垢點的位置區域。

4.2 海管除垢酸液的選擇

針對15-1油田的特點，采用固體緩速酸清垢劑體系，其配方為：10.0%固體緩速酸HS-1+2.0%緩蝕劑HS-6+0.05%滲透劑ST-4。

4.3 海管垢點定量

為計算海管垢量，做如下假設：垢的厚度符合局部正態分布；垢沉積達到80%的周長（含水在80%以下），且垢界面不是規則圓環，真實垢約占環形界面的90%（受重力影響）。此外，現場的相關數據：垢層厚度d按4mm計算；海管直徑為33.33cm。

因此，每公里的海管垢量公式為：M=S×L×d×ρ× 80%×90%

4.4“漢堡式”酸液除垢

通過對垢點定位，酸液定量后，采取先將軟質泡沫球置入海管中，之后注入酸液，所配酸液注入完后，再加入軟質泡沫球作為隔離，從而形成兩軟質泡沫球夾酸液的“漢堡式”體系，再利用海水泵加壓將“漢堡式”體系推至垢點，停止打壓，使酸液與垢點進行反應，之后再加壓推至FPSO116油輪進行接收和檢驗。

5 現場應用效果

2013年，15-1油田分別進行了四次海管通球作業，以便確定垢點的位置。

5.1 2013年3月，進行酸化除垢作業，殘液隨生產液進入海管，軟質泡沫球不能通過，堵塞點距離球入口處約1km左右。

5.2 2013年6月，進行第一次海管清垢作業，軟質泡沫球可通過，但表面損毀嚴重，硬質和中質泡沫球均未能通過，堵塞點距離球入口處約2km。

5.3 2013年11，進行第二次海管清垢作業，中質泡沫球能順利通過，但在3.2～4km壓力從1.1MPa上升至1.78MPa。

5.4 2013年12月，進行第三次海管清垢作業，中質泡沫球能順利通過，但在4～4.5km處壓力從1.1MPa上升至2.05MPa。

對垢點進行定位后，分別配置所需要的酸液量，之后油田相應的進行了四次酸化解堵。配藥設備為文昌15-1油田的泥漿池，加藥設備為增產作業酸化泵，藥劑加注在15-1油田外輸海管。

通過四次“漢堡式”定點除垢，實現對文昌15-1油田至FPSO116油輪海管的除垢，最后一段垢點的除垢施工方案如表1：

表1 “漢堡式”體系發球程序

圖2為酸液到達除垢點后，海管的前后壓力變化曲線，其中黃色曲線表示海管壓力。

圖3是實現定點酸化的兩個軟質泡沫球，從圖中可以看出，一個泡沫球損壞嚴重，是酸液前端的泡沫球；另一個泡沫球輕微損壞，是酸液后端的泡沫球。圖中的損壞情況對比，反映出酸液與垢反應后，垢減少，對后端的泡沫球磨損較小。以前，每次通球時海管壓力波動劇烈，甚至由于堵球導致海管壓力升高導致生產關停。通過海管定點定量酸液解堵技術的實施，現在通球時海管壓力平穩，海管通球壓力及流量變化曲線如圖4：

圖2 酸化解堵海管壓力變化曲線

圖3 “漢堡式”體系中的兩個軟質泡沫球

圖4 海管通球壓力及流量變化曲線

6 總結

海管定點定量酸液解堵技術在文昌油田群的成功應用，有效的解決了文昌15-1油田至FPSO116油輪海管的結垢問題，每年降低油田作業費近500萬元，產生了巨大的經濟和社會效益。同時，這種定點定量的解堵技術不僅是海上油氣管道解堵技術的突破和發展，也為陸地油氣管道除垢、除蠟解堵提供了指導依據。

［1］王兵，李長俊，朱偉，等.結垢及除垢技術在管道中的應用研究［J］.石油化工腐蝕與防護.2008，25（1）.

［2］邢曉凱，馬重芳，陳永昌.溶液pH值對碳酸鈣結垢的影響［J］.石油化工設備，2004，33（5）.

［3］萬里平，唐酞峰，孟英峰.長慶油田油井井筒腐蝕機理與防護措施［J］.石油與天然氣化工，2006，35（4）.

［4］孫海虹，鄧皓，張欣.油氣田除垢機理與應用技術探討［J］.石油與天然氣化工，1999，6（5）.

A new blocking technique of oil and gas pipelines in wenchang oilfields

ZHANG Xi-ying
（CNOOC Ltd.Zhanjiang Branch Company，Zhanjiang，524057，China）

A series of serious fouling was found in this sea pipe from 15-1 oilfield to FPSO 116 in Wenchang oilfields，bringing harm to the production，it also brings greater yield and economic losses.Determine the scale mainly by the presence of calcium carbonate scale in the form of research，analysis and study of the factors that influence scale.In this paper，the use of pigging ball sentinel"Hamburg style"acid blocking technology，the successful solution of Wenchang 15-1 sea oilfield pipe fouling problems.

sea pipe；scaling；acid blocking technology

10.3969/j.issn.1008-1267.2016.05.007

TE822.3+6

B

1008-1267（2016）05-0017-04

2016-04-29

張西迎（1978～），大本，工程師，從事海上油氣田開采工作。