孤島油田污水管網清垢解堵工藝應用

高生偉 徐婧文 王恒強 初偉 許浩偉 張錫波

1中石化勝利油田分公司孤島采油廠

2中南大學材料學院

3勝利油田勝利化工有限責任公司

孤島油田在多年的注聚、熱采開發過程中，由于聚合物、硫化氫、二氧化碳、溶解氧及細菌等多種成分綜合作用，管線出現嚴重的腐蝕、結垢，造成污水管線堵塞，使聯合站處理后的污水在注水系統中水質不穩定。孤島采油廠污水支干線共269條，累計長度216 km，平均壓力損失0.74 MPa/km。結合采油廠水質化驗情況，30條檢測線水質合格率僅為43.3%，有17條檢測線水質檢測不合格。沿程水質污染是污水管線堵塞的主要因素之一，堵塞導致污水外輸管線壓力升高，壓降損失增大[1]，這些問題給油田的開發帶來困難。

目前常用的管線清垢解堵方法主要分為化學法和物理法兩大類。化學法常常是采用強酸對堵塞管線進行清洗，具有速度快、清洗效果好的優點[2]，但同時易造成管線穿孔，產生硫化氫等危害氣體。物理法一是采用高壓水射流，對管道內表面污垢進行高壓水射流剝離清洗，具有速度快、施工復雜的特點；物理法二是采用物理投球方法，具有清洗效果好，但操作繁瑣，需要多處開孔的特點。

1 污水管線堵塞物分析

將管線結垢進行人工分層，分為管芯結垢和管壁結垢（圖1）。垢樣烘干狀態如圖2所示，發現結垢物中有機成分較高，無機成分低（表1）。

從污水管線堵塞物組分分析可以看出：管壁堵塞物除去水分和油后，固體堵塞物以酸可溶物為主，堵塞物主要包括鐵銹、碳酸鹽類，堵塞物較松散；管芯堵塞物在除油烘干后呈黑色，且結垢酸溶過程中產生較大刺鼻的硫化氫氣味，表明結垢物中含有由SRB菌代謝產物反應產生的硫化亞鐵（表2、表3）。

圖1 管線結垢Fig.1 Pipeline scale

圖2 垢樣烘干狀態Fig.2 Over-dried state of scale samples

表1 堵塞物組分的質量分數Tab.1 Analysis of blockage composition %

表2 污水水質及結垢趨勢分析Tab.2 Analysis of sewage water quality and scaling trend

表3 各污水站外輸污水含油、懸浮物、聚合物含量Tab.3 Contents of oil，suspended solids and polymers in sewage stations

結垢原因分析：

（1）Ca2+、Mg2+對管線結垢堵塞影響分析（表2）。各污水站礦化度在6 000 mg/L左右，水樣有一定的結垢趨勢，但Mg2+、Ca2+濃度不高，因此碳酸鈣、碳酸鎂型垢不多。在水溫45℃左右時有輕微結垢趨勢[3]，結垢現象不明顯。

（2）外輸污水含油及懸浮物、含聚合物對管線結垢堵塞影響（表3）。外輸污水中含有懸浮物，在注水過程中受壓力、流速、管線損耗等因素影響[4]，懸浮物聚集沉降，易在管壁附著造成管線結垢堵塞，而外輸污水中含油更有利于懸浮物的聚集沉積，含油和懸浮物加重了堵塞物的聚集[5]。污水含聚合物促進油滴、懸浮物等吸附聚集堵塞，殘余聚合物會與水中的微小油滴、懸浮物、碳酸鹽（FeCO3、CaCO3）、結垢產物聚集，吸附沉積在管壁，形成堵塞[6]，而且殘余聚合物多為陰離子聚合物，易與部分陽離子型水處理劑反應，降低處理劑作用，產生絮凝沉淀物。

（3）外輸污水細菌含量及腐蝕速率影響分析（表4）。對各聯合站外輸污水中SRB菌、TGB菌及鐵細菌進行全檢測，發現細菌含量高，細菌在沿程代謝產生大量代謝產物，細菌代謝產物不僅加重了對金屬的腐蝕[7]，而且代謝產物硫化亞鐵還能導致管線及地層堵塞、水質變差等。

表4 外輸污水細菌含量檢測Tab.4 Detection of bacterial content in sewage transportation

從以上分析可知，一方面污水中聚合物含量高，陰離子HPAM與加入藥劑反應生成分子聚集體，與水相中油滴、懸浮物及細菌代謝產物聚成絮團，在管壁不斷沉積堵塞污水管網；另一方面腐蝕、細菌造成水中不穩定物質鐵離子、硫化物等含量增加，不穩定物質生成沉淀進一步影響水質穩定性，同時管道及構筑物中的腐蝕產物和結垢也造成了系統堵塞。

2 清垢解堵劑配方優化

部分管線堵塞物中硫化物含量偏高，常規清垢解堵劑易產生硫化氫氣體，現場施工存在安全隱患[8]。針對現場污水管線中的堵塞物，優選反應溫和的有機酸復配滲透劑、清洗劑、緩蝕劑、起泡劑形成新型化學清垢解堵劑配方（表5）。

表5 新型化學清垢解堵劑配方Tab.5 New formulation of chemical scale removal and plugging agent

清垢解堵劑配方主要是針對以油泥、聚合物堵塞為主的堵塞物，以軟化剝離、攜帶結垢堵塞物為主，除垢反應溫和，能夠快速清洗油泥，軟化硬垢。室內選取堵塞嚴重的孤五聯—孤南注污水管線結垢堵塞物進行清垢解堵評價。

實驗條件：室溫，100 g藥劑+100 g垢，反應時間2 h。

室內對結垢進行溶垢實驗，反應溫和，處理2 h后油污基本溶解，殘留物為少量無機垢，可分散軟化排出[9]，溶垢率達93%。

為驗證清垢解堵劑對管線的腐蝕性，按照石油天然氣行業標準SY/T 5405—1996《酸化作用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標》，采用試片矢量法，在常壓和60℃時將A3試片放入按照質量比1∶3稀釋的清垢解堵劑溶液中，至預定反應時間后取出，清洗、干燥后稱重，測得其腐蝕速率為0.015g/(m2·h)，遠小于指標要求8 g/(m2·h)。新型清垢解堵劑清洗過程中未產生硫化氫等有毒有害氣體，符合管線安全施工作業條件，可以實施在線清洗，不影響現場平穩生產。

3 污水管線清垢解堵試驗

針對部分聯合站的污水外輸管線堵塞嚴重、壓力高、外輸量下降，嚴重影響注水系統平穩生產的問題，選取堵塞嚴重的孤五聯—孤南注污水外輸管線開展清垢解堵試驗。試驗中通過離心泵將新型清垢解堵劑分段泵入處理管線，藥劑充分反應后恢復污水外輸去除管線堵塞物，反應物回收至廢液罐沉降處理[10]。

孤五聯—孤南注污水外輸管線規格為0.35 m×2.0 km，其外輸污水量為16 000 m3/d，污水外輸管線采用“一用一備”模式運行，根據現場需求配備新型清垢解堵劑18 t，用污水稀釋至100 m3，利用離心泵分三段塞將80 m3清垢解堵劑泵入污水管線，反應3 h后再注入20 m3清垢解堵劑，后恢復污水外輸。

孤五聯—孤南注污水管線恢復污水外輸后，在外輸污水壓力0.42 MPa的條件下，外輸水流量從360 m3/h增加到550 m3/h，增加53%，恢復至投產初期流量的90%以上，達到了施工設計要求。

4 結束語

（1）通過對管線結垢堵塞物組分和管線結垢堵塞原因進行分析，一方面污水中聚合物含量高，與油滴、懸浮物及細菌代謝產物在管壁不斷沉積沉淀堵塞污水管線；另一方面腐蝕、細菌造成不穩定物質生成，同時管道及構筑物中的腐蝕產物和結垢也造成系統堵塞。

（2）通過結垢成分分析，優選反應溫和的有機酸進行復配，優化配方形成一套新型化學清垢解堵劑體系，能夠快速清洗油泥，軟化硬垢，清洗效率達到90%以上。選取堵塞嚴重的孤五聯—孤南注污水外輸管線開展現場試驗，解堵效果顯著，有廣闊的推廣應用價值。