地面管线腐蚀及结垢原因分析及处理方法

张琦（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

1 原因分析

1.1 管线内部结垢

由于管线内部结垢严重，最直接的后果就是使管线流通不畅，进而导致管线堵塞，需停机处理，不仅影响机采井的生产时率，还增加了一线员工处理管线的工作量。

对管道中所存在的垢样进行采集，并对采集来的垢样进行处理和分析发现，垢样成分包括沥青等有机物，也包括杂质等无机物，根据不同的成分构成可将垢样分为不同种类，如泥沙垢、腐蚀垢、盐类垢等[1]，对这些垢样进行其成因的分析可知，结垢的过程是离子相互结合发生反应的过程，所形成的垢是不溶于水的，并且具有一定的黏着性，能够相互聚集吸附堆积。在此过程中，有些水垢会被水流冲刷掉，有些则会一直黏附着管线，最终将管线堵塞。

热油管线的输送是一个时间较长的过程，在输送的过程中，其温度会逐渐下降，因此管线中的液体逐渐产生析出物，由于蜡这种物质的结晶温度较低，因此最先吸出，并会参与垢的形成。另外一些采出液中含有高分子有机物，这些有机物会和管线中的杂质或固体颗粒形成黏泥。这些垢聚集在管线内壁周围，其存在也会影响管线输送效率。

另外，当采出液流经管线拐点如弯头、阀门等装置时，突然变化的边界条件使流速的大小和方向都发生了改变，所以会产生涡流的现象，因为采出液存在一定的黏滞性，这种性质会使质点间发生剧烈的碰撞和摩擦以及动量交换，从而对流体产生阻力，在低流速、向心力及管线粗糙度3 个原因的作用下，采出液中的杂质和泥沙会被大量甩出，聚集在流速最低的地方产生水垢[2]。

1.2 管线腐蚀

管线出现腐蚀现象，会直接影响其使用寿命，而且管线腐蚀严重还会造成间断生产，导致机采井运行时率的降低，直接增加了管线维护、处理等工作的难度。同时，管线腐蚀会造成采出液泄露，产生环境污染，进而造成不可估量的经济损失。管线腐蚀的原因主要为2个方面：

1）内部原因。将腐蚀管线剖开后发现，管线底部有深浅不同、长度不一的腐蚀带，因为管线内流动的介质基本上都是由油、气、水组成，这三种物质的物性导致它们在管线中是以分层的形式存在的，管线底部是水，中部是油包水，而上部是伴生气，当水中含有一定量的二氧化碳，那么底部腐蚀程度会明显的增强[3]。

2）外部原因。在施工过程中，容易造成管线保温层的破损而露出金属表面，泡沫夹克层会出现进水的情况，保温层内如果有水进入，则水就会在其内部流动或者扩散，并且很难排除[4]，特别是雨季和季节更替时，地下水的含量会逐渐增加，这样在管线的外壁上会形成薄水膜，这时候其中的金属以及管线就会处于有水环境中，并且会在表面形成若干个阴阳极，进而使得管线或金属受到所形成的微电池的化学腐蚀作用，在此过程中会产生氢氧化亚铁，而氢氧化亚铁又会进一步的氧化形成铁锈，并且这种腐蚀的形成还会进一步的扩散，管线锈蚀情况还会不断加剧，向四周扩散的同时还会增加锈蚀的程度，同时会逐渐的脱落，最终会在管底形成较大范围的腐蚀区域。同时地下水中的二氧化碳会与薄水膜形成碳酸，使薄水膜的pH 值下降，管线与碳酸发生极化反应生成碳酸亚铁和氢气，二氧化碳常常造成坑点腐蚀、片状腐蚀等局部腐蚀[5]。

2 处理方法

2.1 管线内部除垢

针对管线内部的垢进行有效去除主要有三种方法，首先，可以通过化学法进行除垢处理，其次是可以通过机械的动力进行除垢，第三则可以通过加热进行高压除垢，除此之外新型的除垢方法也在不断的开始试用，比如超声除垢技术的运用。

2.1.1 化学除垢

化学除垢法是针对所形成垢的成分进行分析，根据分析结果选择适合的化学除垢剂，通常为酸类的除垢剂，酸类除垢剂通过相应的站系统被注入到所需除垢的管线当中，完成除垢过程。但由于垢的成分不同，除垢剂的适用范围也有限，并且在施工过程中酸类化学剂易与金属管道发生反应，导致管线腐蚀，因此还需进一步研究环保、高效、适用性强的化学药剂。

2.1.2 高温高压水除垢

高温高压水除垢是通过站系统将加热炉加热的热水通过热洗泵打到各个计量间中，再通过机采井井口倒流程将热水在单井管线内循环，从而起到冲洗管线及管线除垢的作用，这是目前油田最为常用的除垢方式。

2.1.3 管内移动除垢机具

管内移动除垢机具按照驱动方式可分为电驱动、液力驱动和压缩空气驱动等模式，油田使用的多为液力驱动，即高温热洗车连接热水罐车，将移动除垢机具通过高压热水从管线起始段打到管线终点段。新型管内移动除垢机具具有效率高、效果好、质量好等优点，适用于油气集输管线以及机采井单井的油、水管线的除垢。

2.1.4 机械除垢

机械除垢采用的是强力清管装置，包括磁力清管装置、钉轮清管装置和刷轮清管装置等。清管装置除垢在实际操作过程中具有一定的优势，比如除垢的成本较低，操作维护简便，耗用的人工少，周期相对较短，并且除垢过程不会产生其他的污染物。但是清管装置多为直线运动，要将管线内部的垢层清理干净，一般需要5～6 遍，有时会需要更多遍，清管效率较低。

2.1.5 超声波除垢

这种除垢方式的原理是运用超声波所发出的声场进行除垢，在除垢的过程中能够将垢进行分散、松散、脱落，最后使得原本黏附在管壁上的垢被清理掉，除垢效果比较好。这种除垢方式的特点是除垢效果较明显，除垢成本较低，不会形成二次污染物，并且能够连续工作，整体来讲工作效率较高，因此对该除垢方式进行深入研究具有一定的实践性意义[6]。

2.2 管线防腐

对于已发现的腐蚀严重的地面管线进行更换并对新换管线进行防腐处理。

2.2.1 埋地管线的内防腐

由于采出液成分复杂，原油中会有一些杂质、有机物、微生物，因为这些物质的存在，管线内壁也会形成原电池，从而造成腐蚀。地下管线埋设过程中，通常会进行防腐设置，所选涂料为036 耐油防腐涂料，其优点是使用较为方便，防腐效果较好，化学性质稳定，在实际施工过程中，需要对埋线进行处理，通常选用国标Sa2.5 级以上的喷丸除锈，在防腐处理中需要刷两次底漆，刷一次面漆，分别为036-1 和036-2 耐油防腐涂料，并且在涂刷的时候要控制涂刷的厚度[7]。

2.2.2 埋地管线的外防腐绝缘

对管线进行外防腐处理通常涂刷底漆，常用的为红丹醇酸防锈漆、红丹油性防锈漆，这两种物质具有较好的防腐性以及附着性。施工时用樟丹和清油按如下比例进行现场调配：樟丹56.6%、清油37.8%，5.6%的煤油或者汽油，每次进行涂刷必须保证上一次涂刷的漆已经干透，面漆多为铝粉漆，铝粉漆漆膜平滑、坚韧、附着力强，并有金属光泽。施工现场配制基本为铝粉和清油或清漆和溶剂汽油[8]。

表1 某小队管线措施实施情况统计

防腐埋地管线根据其性质参数的不同可分为3 个级别，土壤电阻率为小于20、20～50 Ω、大于50 Ω，分别采用特加强绝缘、加强绝缘、普通绝缘。施工过程中按国标除锈，采用环氧煤沥青和玻璃丝布进行防腐绝缘，其耐油性、耐细菌性和优秀的抗阴极剥离性适用于各种环境[9]。

2.2.3 牺牲阳极保护

对埋地的管线进行保护，一方面要对其进行绝缘保护处理，另一方面可对其进行牺牲阳极处理，在实际处理过程中，可以通过牺牲阳极的方法来实现管线的保护，阳极为低电位，阴极为高电位，离子会从高电位流向低电位，当低电位聚集了较多的离子或带电粒子团的时候，则阳极会逐渐的被氧化，即阳极能够代替原本会被腐蚀的管线而氧化，进而保护了地下管线，这种方法在油田中较多使用，通常选用镁或者锌作为阳极主要的材料[10]。在实际操作过程中遵循《埋地刚质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》。

3 现场应用及效果

通过对某小队所管辖区域内管线结垢和管线腐蚀严重的井进行统计，筛选出77 口井按照上述措施进行现场试验，见表1。

通过一年的观察，使用措施后的管线均未出现结垢严重和腐蚀严重的现象，全年共减少因地面管线问题导致停井77井次，每次停井处理问题需要2 h，按每小时影响1.4 t 原油计算，吨油效益按500 元计算，全年因地面管线问题少影响产量215.6 t，少影响产量创造经济效益10.78万元。

4 结论

1）影响机采井时率的主要地面管线原因为管线内部结垢和管线腐蚀，只要有效控制这两点因素，就可以保证机采井的运行时率，从而提高产量，创造经济效益。

2）对不同除垢方法进行利弊分析，继续深入研究更优的除垢工艺。

3）埋地管线的内防腐和外防腐绝缘按照国家标准进行涂刷，配合牺牲阳极保护对埋地管线的保护效果更好。

4）现场应用研究成果取得较好的应用效果，达到了预期研究的目标，解决生产中棘手的问题，创造了良好的经济效益。