巨萌1 王麗2 張俊濤3 牛振宇4

1.長慶油田分公司第一輸油處； 2.長慶油田分公司第二輸油處；

3.長慶油田分公司第八采油廠； 4. 長慶油田分公司長慶工程設計有限公司

 

摘要：當油田開發進入高含水階段時，管道腐蝕結垢現象日益加重，通常3～6個月管道就因堵塞而無法正常運行，需停運清理。通過對油田管道結垢機理分析，探究防垢型非金屬復合管道的內層、加強層、外層材料的最優選型，實踐證明在油田集輸、污水處理、注水、供水等油田地面工程具有廣泛用途，具備大規模推廣應用價值。

關鍵詞：油品集輸；管道腐蝕；非金屬管道；防垢；材料選型

 

油田集輸油管道結蠟結垢，降低了管道輸送能力，嚴重時阻塞管道，導致管道停產，還會導致儀表或閥門靈敏度下降，存在安全風險。管道結蠟處理相對比較簡單，定期在輸送管道內通高溫熱水或投放橡膠球，利用熱水熔蠟或橡膠球的摩擦作用把管道內壁的結蠟層清除掉即可。而管道內壁的結垢層處理，至今沒有找到一個簡便、高效的方法。防垢涂料[1]雖然有較好的防結垢效果，但在鋼管內均勻涂覆的工藝難度大、造價高，且涂料與鋼管的結合強度及輸送介質對涂層的磨損均影響涂層使用壽命，綜合經濟性不高。

非金屬管道[2]內壁光滑、不易結蠟結垢、防腐性能好、水力摩阻小，輸送能耗及安裝維護費用低，不需陰極保護，使用壽命長，綜合經濟效益好；對提高管道建設質量和保障安全運行有重要作用。

1  非金屬管道的選型

1.1  防垢型內層材料選擇

通過對油田管道內壁結垢機理[3]的研究發現，降低管道材料的表面能可以減輕輸油管道內壁的結垢程度。通常極性金屬材料的表面能很高，非極性材料的表面能低。因此，具有低表面能的高分子聚烯烴材料成為首選（表 1）。

表 1 不同材料的表面能

研究表明，選用含有硅、氟等原子的有機化合物（改性劑）對高分子聚烯烴（LH-PE）進行改性，將改性劑均勻的分散在聚烯烴中，與聚烯烴形成分子互穿網絡結構（圖 1），穩定性很好，材料的表面能也很低。這種改性聚烯烴材料管道即使表面被磨損，材料內部的結構與表面一致，性能不會改變，因此具有永久的抗結垢效果。

圖 1 分子互穿網絡結構示意圖

同時LH-PE分子量很高，材料的耐熱性好，長期使用溫度可達到60 ℃以上。其耐腐蝕性、耐磨性超過了普通聚烯烴，耐氣體阻隔性也比聚烯烴有所提高。LH-PE的主要理化性能及與高密度聚乙烯性能對比見表 2。

表 2 低表面能高分子量聚烯烴LH-PE的主要性能表

1.2  加強層材料的選型

常見的增強材料有纖維增強材料和鋼絲增強材料[4]。從強度上看，玻璃纖維、碳纖維、鋼絲、芳綸都適合作為防垢型非金屬管道管的加強層材料，其性能比較見表 3。

表 3 增強材料多方案對比表

綜合對比，鋼絲性價比高、芳綸次之、玻纖和碳纖維差。因此，本文重點研究鋼絲增強復合管。

1.3  外層材料選用

外層材料軟管可以選擇硫化橡膠或熱塑性彈性體，硬管可以選擇熱固性塑料或熱塑性塑料。聚乙烯是高度結晶型、飽和脂肪烴長鏈聚合物（―CH2―CH2―CH2―CH2―CH2―CH2―CH2―CH2―CH2―），無極性、熱塑性好決定了它對水和各種化學試劑具惰性，有優異的耐酸、堿、鹽特性。綜合考慮管材柔韌性、可盤卷性以及耐溫等要求，防垢型非金屬管外層選用耐溫聚乙烯，結合長期運行的工作溫度以及設計安全系數要求，優選耐溫聚乙烯樹脂，以及具有同等性能的改性樹脂。

2  防垢型非金屬管道技術方案

2.1  管道結構

根據長慶油田集輸油管道工況，采用鋼絲纏繞增強LH-PE非金屬復合管。該復合管為三層結構，內層為低表面能高分子聚乙烯（LH-PE）復合芯管，起到防結垢、防結蠟、防腐蝕以及流體密封作用；中間增強層由高強度鍍層鋼絲與特殊黏結劑組成，是內壓載荷及軸向載荷的主要承擔者，同時能夠承擔一定的外壓載荷；外保護層為高密度耐溫聚乙烯，在一定范圍內具有抗劃傷、抗磨損能力，對增強層及整個復合管起到保護作用。管體結構如圖 2所示。

圖 2 復合管結構示意圖

2.2  試驗管道規格參數

選擇某采油廠結垢嚴重的集油管段進行實地試驗，先期試驗用防垢復合管設計參數見表 4。

表 4 復合管主要設計參數

2.3  復合管優點

（1）耐結垢性好，芯管采用LH-PE，具有優良的耐結垢性能。

（2）管材輕便，比同等使用條件相同規格鋼管重量輕3/5。

（3）安裝便捷，管接頭形式多樣化，不需要大型起重設備。

（4）管材柔性高，不受地形條件限制和地質沉降等外部因素影響。

（5）防腐性能高，由于采用聚烯烴為基料制作內外層，具有較高的防腐性能。

（6）管材輸送阻力小，比鋼管小30%以上，流量增加16%。

3  結論

在長慶油田某采油廠選取10 km集輸油管段作為試點，防垢型非金屬復合管道防腐防垢性能表現優異。此外其承壓能力強，工作壓力可達6.3 MPa；具備優越的耐沖擊性能；同時管道的耐溫性能強，可以在﹣41℃至70℃的溫度下長期工作，低溫脆化溫度極低，在冬季安裝施工不會發生管道脆裂。在油田集輸、污水處理、注水、供水等油田地面工程具備大規模推廣應用價值。建議進一步探究非金屬管材剩余壽命評價方法，以消除長期服役條件下可能產生的安全隱患。

 

參考文獻：

[1]王瑞英.防垢耐蝕耐磨涂層的制備與性能研究[D].青島：中國石油大學（華東），2010.

[2]穆劍，徐兆明，張麗，等.非金屬管道在石油工業中的應用[M].北京：石油工業出版社，2011.

[3]馬尚余.玻璃鋼油套管結垢結蠟機理研究[D].成都：西南石油大學，2016.

[4]孫紅鐿，馬文琦，趙慧春，等.油田非金屬壓力管道技術[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2014.

  

作者簡介：巨萌，1990年生，工程師，2013年畢業于常州大學油氣儲運專業，現從事輸油站場工藝及管道完整性管理工作。聯系方式：13679124854，1065744032@qq.com。