塔一聯水處理及注水系統安全隱患及防治措施

王吉福 閻逸超 楊洋 曾路 唐強 胡晶 曹立軍

（中國石油塔里木油田分公司）

塔一聯水處理及注水系統安全隱患及防治措施

王吉福 閻逸超 楊洋 曾路 唐強 胡晶 曹立軍

（中國石油塔里木油田分公司）

塔一聯水處理及注水系統在運行操作中存在的主要安全隱患是注水泵憋壓和設備管道刺漏，分析造成注水泵憋壓，設備、管道刺漏穿孔的原因，通過注水泵減級改造避免泵的憋壓，優化藥劑加注降低污水的腐蝕性，在設備、管道噴涂防腐內涂層，根據管道使用地點及污水性質應用非金屬管道，輔助腐蝕掛片檢測、定點測厚等手段，有效降低了腐蝕穿孔刺漏次數，目前水處理及注水系統安全平穩運行。

塔一聯；水處理及注水系統；注水泵減級

油田開采進入中后期地層能量不斷下降，通過注水補充地層能量，注水開發是國內外油田二次采油的重要方式。在日常生產過程中，對安全生產運行的關注點大都集中在易燃易爆、含硫的油氣場所，由于水處理及注水系統輸送介質不具備易燃易爆、毒性小的特點，因此安全管理方面重視程度相對較低[1]。設備、管道腐蝕穿孔不僅影響系統的安全平穩運行，增加員工搶險工作量，大量泄漏的污水也對周邊的環境造成污染，不符合新環境保護法要求。

1 系統工藝流程

塔一聯是1座集油氣水電處理于一體的綜合性油氣處理場站，其中水處理系統主要處理油系統分離出的油田采出水，采用“大罐沉降+懸浮污泥過濾”處理工藝。處理合格后的油田采出水通過注水泵集中增壓站外配水間分水的方式進行注水，站內共有5臺高壓離心注水泵，其中有4臺泵額定排量120 m3/h、另1臺泵額定排量100 m3/h，揚程都為2160 m。站外注水干線2條，配水間5座，注水單井21口，注水系統干線設計壓力22 MPa。塔一聯水處理及注水工藝流程，見圖1。

2 系統安全隱患及原因分析

在油氣場站日常生產運行中，普遍存在著油氣中毒、火災爆炸、藥劑中毒等安全隱患，分析認為，在塔一聯水處理及注水系統中主要安全隱患是注水泵出口管線超壓運行，設備、管道刺漏穿孔導致污水量排放增加，環境污染和人員傷害。

2.1 注水泵出口管線超壓

塔一聯注水泵設計壓力21.6 MPa，電動機額定電流85 A、額定功率1250 kW。注水系統改造后，注水泵平均出口壓力增加到23 MPa，最高時可達到25 MPa，超過注水干線設計壓力。分析主要原因是日注水量由1700 m3增加到4000 m3，干線壓力升高，啟運1臺注水泵不能滿足要求，啟運2臺注水泵則注水量過多；另一方面為保證電動機不超負荷運行，需減小注水出口閥門開度控制排量，導致注水泵出口管線超壓運行。

圖1 塔一聯水處理及注水工藝流程示意圖

2.2 設備、管道刺漏穿孔

刺漏穿孔是水系統最大的風險，懸浮污泥過濾裝置、水罐等容器的罐體、高低壓水管道都有刺漏現象。水處理系統運行壓力低且在場站內部，設備管道刺漏穿孔一般不會引起嚴重的危害，但是通常會影響注水水質和整個水系統的正常平穩運行。注水系統運行壓力13～20 MPa，如果在配水間、注水泵房等人員巡檢頻繁的密閉部位出現管線刺漏易對員工造成傷害；如果站外埋地管線出現刺漏則導致污水大量排放，造成環境污染。由于塔一聯污水來源復雜，不同區塊、不同層位的油田采出水以及鉆試修井產生的廢液最終都進入塔一聯水處理系統。經檢測，塔一聯污水腐蝕速率高達0.346 mm/a，屬于極嚴重腐蝕，污水的強腐蝕性是導致設備、管道頻繁刺漏穿孔的主要原因，以內腐蝕為主。

3 防治措施

3.1 注水泵減級改造，降低泵出口壓力

離心注水泵降低出口壓力方法有多種，增加變頻裝置變頻控制注水泵，切削注水泵葉輪減小葉輪外徑以及減少注水泵葉輪級數等措施都可以實現。增加變頻裝置比較容易實現不同壓力需求的方案，容易調節出各種不同的性能，但投資很大。減少一級葉輪只能得到少一級葉輪的揚程，切削葉輪可以通過計算得到不同的揚程，但對泵造成不可逆的傷害。減少一級葉輪與切削葉輪投資成本相對較低，但都涉及到重新平衡的問題。切削葉輪對于多級離心泵很難把握平衡，因而多用在單級離心泵[2-3]。塔一聯注水泵是多級高壓離心泵，葉輪級數12級，通過綜合比較，最終采用葉輪減級方式降低注水泵出口壓力。改造后，注水泵葉輪降為11級，出口壓力下降到21 MPa左右，泵出口閥門全開，整體運行工況良好。

3.2 優化藥劑加注，加強腐蝕監測

加注緩蝕劑是降低介質腐蝕速率的有效方法，最初塔一聯緩蝕劑只在進站總閥組上加注，由于站內油水處理系統流程長、節點多，而水系統又在站內總流程的最下游，僅在源頭加注緩蝕劑對下游的水處理及注水系統幾乎沒有保護作用。2015年3月改造緩蝕劑加注，在水處理系統懸浮污泥過濾裝置出口匯管新增1個緩蝕劑加注點，藥劑加注濃度60×10-6。

為預防管道腐蝕刺漏，需對污水的腐蝕速率及管道的腐蝕情況進行監測，根據“區域性、代表性、系統性”原則，在整個生產流程設計腐蝕監測點，監測生產現場腐蝕環境苛刻、可能產生嚴重腐蝕的部位，反映生產系統的腐蝕狀況、腐蝕嚴重區域，起到預警作用，并可對投加緩蝕劑等防腐措施進行評價[4]。目前塔一聯水處理及注水系統主要監測方法是腐蝕掛片、電阻探針和管道定點測厚[5-6]，共設置腐蝕掛片監測點7處，電阻探針監測4處，定點測厚監測點15處。腐蝕掛片與電阻探針每兩月監測一次，定點測厚監測點每月監測一次，通過監測數據分析管道運行的安全性和可靠性，對腐蝕嚴重的管段及時組織更換。

3.3 內涂層防腐技術

內涂層防腐技術是用涂料均勻致密地涂敷在經除銹的金屬表面上，使其與各種腐蝕性介質隔絕的防腐工藝技術。2012年在塔一聯注水系統改造項目中應用該技術，使用100%固含量無溶劑雙組份液體環氧樹脂涂料噴涂，采用彩色CCD管道內焊口識別系統和焊縫聲光報警系統的補口車進行管道補口，內涂層干膜厚度大于500 μm，用電火花檢測涂層質量[7]，在水處理系統設備、容器內壁也推廣應用內涂層防腐技術，應用效果良好[8]。

3.4 應用非金屬管道

非金屬管道種類眾多性能價格各異，在塔一聯水處理及注水系統中主要應用了玻璃鋼管、鋼骨架塑料復合管和柔性復合管3種類型，以柔性復合管為主。非金屬管道長度34.14 km，占注水系統管道長度的52.4%，其中柔性復合管長度16.54 km，占非金屬管道長度的48.4%。玻璃鋼管主要應用在洗井回水管線，鋼骨架管應用在水處理系統，柔性復合管應用在洗井回水管線和單井高壓注水管線。通過試驗探索，根據管線使用位置、輸送介質性質優化出非金屬管線在現場的使用規律，見表1。

表1 非金屬管道應用范圍

3.5 優化設計，嚴把施工質量

在設計方面，結合生產實際，按照風險等級劃分管道的安全防護等級，對人員密集的室內管網提升一檔安全等級。鋼管、非金屬管道的金屬接頭部位做內涂層防腐，鋼管無法做內涂層的通過增加壁厚提高管道安全性。

在施工方面，嚴格把控管道補口施工質量和避免出現無法做內涂層防腐的死口以防管道發生集中腐蝕。施工過程注重管道保護，防止由于外力作用導致管道受損而降低管道的安全性能。

4 結論

1）注水泵減級對降低泵出口壓力作用效果良好。減級改造后泵出口壓力下降到21 MPa，注水系統運行壓力低于設計壓力且再未出現超壓現象。

2）注水系統腐蝕刺漏穿孔次數逐年降低，最近兩年全年刺漏次數低于20次/a，較2012年全年刺漏67次下降70.15%。截至2017年8月，注水系統刺漏次數僅6次，系統安全隱患在可控范圍。

3）水處理及注水系統污水腐蝕性極強，通過加注緩蝕劑、內涂層技術及應用非金屬管道等措施有效降低了系統的腐蝕穿孔次數，提高系統的安全性。

4）在污水系統中根據管道的使用地點、管徑、壓力等級、介質溫度和應用功能選擇適合的非金屬管道可減少污水對系統的腐蝕。

5）按照風險等級劃確定系統安全防護等級，通過在風險高的位置提升安全防護等級措施提高系統的安全性能。

[1]張文沛.油田注水系統風險分析及安全措施[J].安全．健康和環境，2016（5）：14-15.

[2]胡志偉.杏北油田注水系統降壓運行方案與效果分析[J].石油石化節能，2015（3）：39-40.

[3]楊洋，唐強，陳勇，等.離心泵降級改造技術的應用及研究[J].石油工程建設，2015（1）：83-85.

[4]于海濤.哈拉哈塘油田哈6聯合站腐蝕監測[J].油氣田地面工程，2014（5）：88.

[5]胡洋，畢延進，劉凱.運行中管道的定點測厚技術[J].石油化工腐蝕與防護，2003（2）：51-53.

[6]謝偉，鄭然，別記平，等.含CO2天然氣集輸系統腐蝕監測技術[J].腐蝕與防護，2012（1）：82-84.

[7]李振祿，卓世虎，唐強，等.塔中油田地面集輸處理系統腐蝕原因及防治[J].油氣田地面工程，2014（3）：63-64.

[8]王吉福，鞠成才，閻逸超，等.核桃殼過濾強腐蝕含油污水工藝優化[J].油氣田地面工程，2015（7）：46-47.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.11.013

王吉福，工程師，2011年畢業于中國石油大學（華東），從事油田注水管理工作，E-mail：iamuping@163.com，地址：新疆庫爾勒市塔指小區塔中油氣開發部，841000。

2017-04-13

（編輯 沙力妮）

克拉瑪依油田風城采油作業區