淺談非金屬管道在集油和注水系統(tǒng)中的應(yīng)用

韓國(guó)強(qiáng)

淺談非金屬管道在集油和注水系統(tǒng)中的應(yīng)用

韓國(guó)強(qiáng)*

（中國(guó)石油塔里木油田分公司）

在油田的集油、注水系統(tǒng)中，金屬管道常發(fā)生腐蝕穿孔，造成油水泄漏、環(huán)境污染。非金屬管道具有良好的抗腐蝕性能，越來(lái)越多地被應(yīng)用在石油天然氣行業(yè)中。介紹了非金屬管道的特點(diǎn)，對(duì)某油田集油、注水系統(tǒng)中非金屬管道的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的建議。

玻璃鋼柔性復(fù)合管集油注水非金屬管道滲漏斷裂

0　前言

西部某油田位于天山南麓、塔克拉瑪干沙漠北緣，區(qū)域內(nèi)混雜農(nóng)田、戈壁、沙丘等多種地貌，土壤多鹽堿。該油田2006年開(kāi)始分區(qū)塊零星試采，2012年正式投運(yùn)地面工藝裝置，設(shè)計(jì)產(chǎn)油45×104t/a。隨著油田的開(kāi)發(fā)，原油含水不斷上升，目前產(chǎn)水量已達(dá)105×104t/a。油田采出水pH值較低，礦化度在20.0×104mg/L以上，對(duì)金屬的腐蝕性很強(qiáng)。充分借鑒其它老油田地面工藝管道的選材經(jīng)驗(yàn)，該油田在設(shè)計(jì)之初就在集油、注水系統(tǒng)使用玻璃鋼管、柔性復(fù)合管等非金屬管道，以降低腐蝕，保證油田安全生產(chǎn)。

1　非金屬管道簡(jiǎn)介

1.1玻璃鋼管

玻璃鋼管，又稱(chēng)為玻璃纖維纏繞夾砂管，主要以高分子成分的不飽和聚酯和環(huán)氧樹(shù)脂等為基體材料，以玻璃纖維及其制品為增強(qiáng)材料，以碳酸鈣、石英砂等無(wú)機(jī)非金屬顆粒材料為填料制作而成。玻璃鋼管常用的連接方式為螺紋連接和法蘭連接。玻璃鋼管具有強(qiáng)耐腐蝕性能、內(nèi)表面光滑、輸送能耗低、使用壽命長(zhǎng)、綜合造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，在石油行業(yè)應(yīng)用較廣。圖1所示為玻璃鋼管的結(jié)構(gòu)。

圖1　玻璃鋼管

1.2柔性復(fù)合管

柔性復(fù)合管是柔性復(fù)合高壓輸送管的簡(jiǎn)稱(chēng)，具有多層結(jié)構(gòu)，主要由聚合物內(nèi)襯層、增強(qiáng)層、外護(hù)套構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。采用金屬接頭實(shí)現(xiàn)連接，連接形式多為絲扣連接。柔性復(fù)合管具有強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好、耐結(jié)垢、保溫性能好、柔性好的特點(diǎn)［1］，尤其是與同規(guī)格玻璃鋼管相比，柔性復(fù)合管單根長(zhǎng)度更大，接頭少，施工更快捷。由于上述優(yōu)點(diǎn)，柔性復(fù)合管在石油行業(yè)應(yīng)用越來(lái)越廣。

圖2　柔性復(fù)合管

2　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

該油田根據(jù)地理位置分為南、北兩個(gè)區(qū)塊，南部區(qū)塊為戈壁，北部區(qū)塊為農(nóng)業(yè)區(qū)，兩者均局部有沙丘。沙丘區(qū)域地勢(shì)起伏較大，其它區(qū)域地勢(shì)相對(duì)平坦。戈壁區(qū)地表多紅柳、胡楊，農(nóng)業(yè)區(qū)有農(nóng)田、林帶，所以管線(xiàn)多曲折繞行。

2.1原油集輸系統(tǒng)

南部區(qū)塊已建油井46口，設(shè)有1座轉(zhuǎn)油站、1座計(jì)量間，其原油特點(diǎn)是凝點(diǎn)低（＜-20℃），集輸溫度低（15～30℃）。原油集輸管線(xiàn)總長(zhǎng)86.1 km，2013年之前采用玻璃鋼管（40.1 km）。由于玻璃鋼管存在施工周期較長(zhǎng)、使用中接頭處容易滲漏、管道容易被外力破壞等問(wèn)題，因此于2013年開(kāi)始改用柔性復(fù)合管（46.0 km）。

北部區(qū)塊已建油井36口，設(shè)有1座聯(lián)合站、1座計(jì)量間，其原油特點(diǎn)是凝點(diǎn)高（18～28℃），集輸溫度高（40～80℃）。集輸管線(xiàn)總長(zhǎng)46.9 km，主要采用玻璃鋼管（44.3 km）。借鑒了南部區(qū)塊柔性復(fù)合管的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，2014年后開(kāi)始在北部區(qū)塊試用柔性復(fù)合管（2.6 km）。

玻璃鋼管選用的規(guī)格：DN80、DN100、DN150，PN4.0 MPa，設(shè)計(jì)溫度70℃。柔性復(fù)合管選用的規(guī)格：DN80、DN100，PN2.5 MPa，設(shè)計(jì)溫度70℃。

2.2注水系統(tǒng)

南部區(qū)塊在轉(zhuǎn)油站旁設(shè)有注水站，2014年開(kāi)始進(jìn)行注水工作。其污水為CaCl2型，溫度較低（15～25℃），pH值較低（5.44～6.71），總礦化度較高（24.8×104mg/L）。注水管線(xiàn)總長(zhǎng)9.5 km。為了對(duì)比非金屬管材在高壓注水系統(tǒng)的使用效果，玻璃鋼管與柔性復(fù)合管均有應(yīng)用，其中玻璃鋼管1.2 km，柔性復(fù)合管8.3 km。

北部區(qū)塊在聯(lián)合站內(nèi)設(shè)有注水站，2012年開(kāi)始進(jìn)行注水工作。其污水為CaCl2型，溫度較高（45～55℃），pH值較低（4.59～6.21），總礦化度較高（22.4×104mg/L）。注水管線(xiàn)總長(zhǎng)40.8 km，玻璃鋼管、柔性復(fù)合管均有應(yīng)用，其中玻璃鋼管25.5 km，柔性復(fù)合管15.3 km。

玻璃鋼管選用的規(guī)格：DN80，PN25.0 MPa。柔性復(fù)合管選用的規(guī)格：DN65、DN75、DN80，PN25.0 MPa。

2.3應(yīng)用中的問(wèn)題

非金屬管材在該油田應(yīng)用8年來(lái)，總體運(yùn)行情況較好，與其它未采用非金屬管材的油田相比，管線(xiàn)腐蝕情況得到了較好的控制，但也存在一些問(wèn)題。

（1）玻璃鋼管接頭處滲漏。該油田現(xiàn)場(chǎng)玻璃鋼管之間采用的是螺紋連接，使用中累計(jì)發(fā)生14次接頭連接處滲漏事件：3次發(fā)生在注水管線(xiàn)，11次發(fā)生在集油管線(xiàn)；2次發(fā)生在戈壁區(qū)域，2次發(fā)生在農(nóng)田，10次發(fā)生在沙丘等地勢(shì)起伏較大的區(qū)域。

（2）玻璃鋼管被外力破壞。該油田累計(jì)發(fā)生9次外力破壞玻璃鋼管事件，其中5次為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民農(nóng)耕作業(yè)時(shí)造成，4次為油田施工單位施工時(shí)造成。

（3）柔性復(fù)合管穿孔泄漏。2013年10月，北部區(qū)塊某注水井的柔性復(fù)合管注水管線(xiàn)發(fā)生穿孔泄漏。該段管線(xiàn)總長(zhǎng)6.6 km，1/3長(zhǎng)度位于沙丘區(qū)域，2/3長(zhǎng)度位于農(nóng)田區(qū)域。柔性復(fù)合管規(guī)格參數(shù)：DN65，PN25 MPa，實(shí)際最高注水壓力22 MPa；設(shè)計(jì)注水規(guī)模500 m3/d，實(shí)際注水規(guī)模365 m3/d；設(shè)計(jì)中默認(rèn)水溫為常溫（20℃），實(shí)際水溫為＞50℃。

（4）柔性復(fù)合管金屬接頭腐蝕。2014年前，該油田現(xiàn)場(chǎng)采用的柔性復(fù)合管金屬接頭材質(zhì)均為20鋼，絲扣連接。由于輸送的油水介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)，碳鋼材質(zhì)的接頭連接處就會(huì)成為腐蝕重點(diǎn)部位［2］。由于該油田柔性復(fù)合管應(yīng)用時(shí)間較短，且金屬接頭部位多為埋地敷設(shè)，截至目前尚未發(fā)生金屬接頭腐蝕穿孔泄漏事件，但已經(jīng)成為腐蝕隱患部位。

上述四種常見(jiàn)的管道問(wèn)題如圖3～圖6所示。

圖3　玻璃鋼管接頭處滲漏

圖4　玻璃鋼管被外力破壞斷裂

圖5　柔性復(fù)合管穿孔泄漏

3　應(yīng)用分析

與金屬管道相比，非金屬管道抗腐蝕性能好、耐結(jié)垢、保溫性能好，很適合應(yīng)用在油田集油、注水系統(tǒng)。與玻璃鋼管相比，柔性復(fù)合管具有下述特點(diǎn)：對(duì)地貌的適應(yīng)性更強(qiáng)，適合應(yīng)用在地勢(shì)起伏較大的場(chǎng)合；單根管線(xiàn)長(zhǎng)，接頭數(shù)量少，可節(jié)約2/3以上的管道安裝時(shí)間。

圖6　柔性復(fù)合管金屬接頭腐蝕

3.1玻璃鋼管

（1）柔韌性極差，不建議應(yīng)用在地勢(shì)起伏較大的區(qū)域，尤其是沙丘區(qū)域；在接頭處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，對(duì)接頭處的施工質(zhì)量造成較大影響。

（2）不建議應(yīng)用在管線(xiàn)拐角過(guò)多的場(chǎng)合，接頭太多容易形成漏點(diǎn)。

（3）材質(zhì)脆性大，抗外力打擊性能差［3］，不建議應(yīng)用在農(nóng)田中，或已建管線(xiàn)密集的部位。

3.2柔性復(fù)合管

（1）在輸送非20℃的介質(zhì)時(shí)，其公稱(chēng)壓力需進(jìn)行修正。以該油田發(fā)生穿孔的柔性復(fù)合管為例，設(shè)計(jì)公稱(chēng)壓力25 MPa，以介質(zhì)溫度＞50℃時(shí)的修正系數(shù)（0.81）修正之后的管線(xiàn)公稱(chēng)壓力為20.25 MPa，已經(jīng)低于最高注水壓力（22 MPa），這應(yīng)是發(fā)生穿孔的主要原因。因此，柔性復(fù)合管選擇壓力等級(jí)時(shí)應(yīng)根據(jù)介質(zhì)溫度保留相應(yīng)的裕量。

（2）金屬接頭是整條管路的重要腐蝕部位，建議做好內(nèi)防腐，或者采用抗腐蝕性能較好的不銹鋼管材。

［1］張永強(qiáng)，劉立，王成達(dá)，等.柔性復(fù)合高壓輸送管在油田的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2013，25（6）：26-27.

［2］劉冬梅，張志宏，孫海礁，等.塔河油田非金屬管材應(yīng)用與認(rèn)識(shí)［J］.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2013（9）：77-80.

［3］王冬林，曹峰，李昱坤，等.高壓玻璃鋼管在油田應(yīng)用的現(xiàn)狀及展望［J］.新技術(shù)新工藝，2014（12）：133-136.

Application of Non-metallic Pipes in Oil Gathering and Water Injection System

Han Guoqiang

In the oil gathering and water injection system，the corrosion perforation of the metal pipe occurs frequently，leading to the leakage of the oil and water as well as the environmental contamination.On the other hand，the non-metallic pipe has excellent corrosion resistance which is widely used in the oil gas industry.Thus，the characteristics of the non-metallic pipe are introduced followed by the analysis and suggestions of its practical use in a certain oil gathering and water injection system.

Glass fiber reinforced plastics；Flexible composite pipe；Oil gathering；Water injection；Nonmetallic pipe；Leakage；Fracture

TQ 055.8

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.10.006

2016-03-15）

*韓國(guó)強(qiáng)，男，1984年生，工程師。庫(kù)爾勒市，841000。