聚合物砂浆复合内衬结构技术研究及在江苏油田旧管道修复中的应用.pdf

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1、第 3 6卷第 3期 石油工程建设 5 7 聚合物砂浆复合内树鳙构技术研究爱 在江苏浦毒填管道修复申的应用 高 丽 ，胡建业2 ，华学平3 ( 1 江苏油田工程技术研究院，江苏扬州2 2 5 0 0 9 ；2 江苏油田试采二厂，江苏扬州2 2 5 0 1 8 3 江苏油田开发处，江苏扬州2 2 5 0 0 9 ) 摘 要 ：江 苏油 田投 入 开发 以来 已建成 总 长超过 2 5 0 0 k m 的各 类 管道 。 由于 油 田采 出液矿 化度 高 、 细菌含量高、腐蚀性 气体溶量高，管道结垢 、腐蚀 、穿孔严重，因此 ，旧管道的清洗与修复技 术 对油田管道 的安全运行具有重要意义 通过对江

2、苏油田管道 内腐蚀主要原 因的分析 开展 了对旧 管道修复技术 ，尤其是聚合物水泥砂 浆复合 内衬技术的研 究并应用该研 究成果对 油田部分在 用 管道进行 了清洗 ，对部分 因结垢 、腐蚀而废弃的旧管道 实施 了修复 取得 了良好 的经济效益和社 会 效 益 。 关 键词 ：旧管 道修 复 ；清 洗 ：聚合 物砂 浆 ； 管道 内衬 ；腐蚀 原 因 中图分类 号 ：T E 9 8 8 文献标 识码 ：B 文章编 号 ：1 0 0 1 2 2 0 6 ( 2 0 1 0 )0 3 0 0 5 7 0 4 江苏油 田是典型的复杂小断块油田为适应小 断块 油 田的滚 动开 发 管道 建设 方 面具

3、 有 十分 明显 的小 油 田特 色 如 ：油气 集 输 管 道 管 径 裕 量 比较 大 管 内介 质 流速 较慢( 流 速 1 m s ) ，输送 管 道 内油水易分层 另外 小断块油田油井产出液含水 率递增较快 ，不同区块 、不同层系的油井产出液混 输后 ，由于产 H j 水水型 、矿化度 、游离 c o ： 、细菌 等因素的影响 集输管道 内腐蚀具有普遍性 、典型 性 。 1 江苏 油 田管道 内腐蚀 的主 要 因素 1 1 油 田产 出水矿 化度 高 如 2 0 0 3年 8月 我们 和石 油 大学 合作 对 陈 堡 油 田产 出水 进 行 了全 面 分 析( 见 表 1 ) 可 以

4、 看 出 产 出水 呈 弱 碱 性 、矿 化 度 高 ，HC 0 及 硫 酸 盐 还原 菌 ( S RB) 、腐生 菌( T G B)等腐 蚀性物质 含 量 高 。 1 2 部 分油 田产 出液 富含 C O ， 如 2 0 0 6年 2月测得 的富 民、徐家庄油 田部分 油 井 C O ， 含量 为 1 0 013 1 g L左 右 1 3系统 含 茵量 高 油 田各 区块 产 出液 中 均 含 有 S R B、T G B等 物 质 ，且 含 量 高 硫 化 物 含 量 一 般 在 0 12 m g L 表 1 陈堡油 田含油污水水质分析 硫化物 含油 Mg + Na +K C a ( m

5、g L) (m g L) ( m L ) ( mjL ) ( mg L ) ( mg l ) 2 5 5 2 1 7 6 8 1 0 3 7 8 1 4l 7 7 3 27 2 旷化度 悬浮物 C 0 ； HC 0 C 1 一 S O ： ( m g L) ( in g L) ( mg L ) ( mg L ) ( mg L ) ( m g L ) O O 1 7 _ 3 7 3 5 0 1 6 3 O 7l 1 5 8 l l 8 3 2 2 3 5 4 8 C 0 ， T G B S R B 腐蚀率 ( m g L ) ， ( 个 mL ) ( 个 mL ) p H值 水 型 ( m m

6、a ) 9 0 2 5 X 1 0 4 2 5 X 1 0 4 8 1 8 碳酸 氢钠 1 2 7 3 9 也 有 高达 61 0 m g L 在这样 的内环境中油 田管道的内腐蚀主要表 现 为 两种 形式 ：一 种是 管 道 内部 结垢 严重 在垢 下 厌氧条件下 硫酸盐还原 菌和腐生菌等共 同作用 形 成垢 下细 菌腐 蚀 ；另 一 种是 C O 、C 1 一 、疏松 的垢 共 同作 用产 生 的 闭塞效 应 形 成腐 蚀微 电池 引起 局 部酸 化 导 致局 部穿 孔 2管道 清洗 与 修 复技 术研 究 作为管道修复技术的前置技术 目前 江苏油田 管道清洗主要应用 P I G清洗技术

7、超声波清洗技术 尚处 于起 步 阶段 内衬 防腐 及 修 复技 术起 步 于 2 0 0 0年 ，主 要 着 重 引 进 、应 用 和 改 进 聚 合 物 砂 浆 内衬技术 取得了较好的效果 ￥ ￥ ￥ 羊 ￥ ￥ 5 8 石油_丁程建设 2 0 1 0年 6月 2 1 管道清洗技术研 究 2 1 1 垢样 静 态溶蚀 实验 步骤 ( 1 )称 取 垢 样 5 0 0 0 g ，加 1 0 0 m L有 机 溶 剂 ， 浸 泡 3 0m i n后过 滤垢 样 晾干称 重 ( 2 )将 垢 样 移 至 烧杯 加 8 H C I 2 0 0 m L浸 泡 。收 集上层 浮油 称重 ，下层 垢样 过

8、滤称 重 。 ( 3 ) 重复步骤 2( 酸液每次 5 0 mL ) 。直至反 应结束 。过滤垢样 ，称重晾干。 2 1 2 管道流动模拟试验 步骤 ( 1 )取结垢 管段 3 0 c m称重 ，用橡胶皮 、法 兰 、螺 杆 、耐酸管 路与 清洗 液容器 连接 ，组成 一个 流动模拟溶垢试验装置 ( 2 ) 分别用有机溶剂 、2 表面活性剂溶液各 1 6 0 0 mL进行 流 动清洗 收集 浮油 ( 3 ) 分 别用 8 HC 1 1 6 0 0 m L进 行流 动 清洗 4 次 ，每 次 3 0 mi n 收集 浮油 ( 4 )取出试验管段观察清洗效果 晾干后称重。 2 1 3试验 结果分

9、析 2 1 3 1 静 态溶垢 试验 结果 分析 垢 样 静 态 溶 垢 试 验 结 果 见 表 2 。 由 表 可 知 ： 静 态 条 件 下 的 酸 液 溶 蚀 效 率 为 平 均 每 1 0 m L质 量 分数 8 的盐酸溶液能溶解无机垢样0 9 3 g 每 l g HC 1 能溶解垢样 1 1 6 g 理论计算值为每 l g HC 1 能溶解 1 3 9 g C a C O 其溶垢机理如下 ： Ca CO3 +2HCI Ca C1 3+CO2 + H2 0 表 2 静态溶垢效果 垢样 可溶物 酸液溶垢 效率 理论溶垢 质量 体积 视密 不溶 溶垢 效率 度 油溶 酸溶 物g ( g 1

10、 0 mL 溶N ( g (g Ca CO3 信 m L g gHC 1 ) g H C I ) (g c m ) 酸液 ) 4 7 5 2 5 1 9 9 0 2 8 5 1 0 O 9 3 1 1 6 1 l 3 9 溶垢率 1 9 6 0 2 1 2 1 3 2模 拟流动 试验 结果 分析 模 拟 流动试 验 结果 见表 3 。 由表 可知 ：动 态条 件下溶垢效率 比静态情况下提高 3 5 5 比理论计 算提高 1 3 6 。原因是流动试验时 ，部分无机垢被 流体冲散带走。 表 3模 拟 流 动 试 验 溶垢 效 果 试样总 有机溶 表面活 酸液 清洗后 清洗后垢质量 溶垢 效率 性剂

11、 试样总 油垢 l无机 ( g垢， 】 0 n i L 质量g 剂 mL m L m L 质量 g g 1 n g 酸液) 7 5 0 0 l 6 o 0 l 6 0 0 4 8 0 0 6 7 5 0 1 4 2 I 6 08 1 - 2 6 2 1 4试验 现 象及 结论 ( 1 )有 机溶 剂与垢 样 接触后 溶 解有 机质基 本 是 瞬 时完成 ，清洗 速度 较快 。 ( 2 )酸液与垢样接触后约 1 5 m i n ，气量减少 ， 3 0 mi n后无气泡，反应基本完成 ，p H值 23 ；清 洗效率为动态优于静态 2 2 聚合 物砂 浆复 合 内衬 结 构管道 修复技 术研 究 聚

12、合物水 泥砂 浆能 在管 道不 十分 干燥 、清洗 达 不 到 S t 2标 准 的条 件下 与 钢管 有 良好 的粘 结效 果 并且由于其本身具有一定的厚度 可形成一个高强 度壳体 内衬 能有效地修补封堵 原钢管的腐蚀 穿 孔 ，加之水泥固化时需吸收水分并显碱性 能有效 地抑制 S R B的繁殖 同时砂浆本体 与钢管膨胀 系 数接近因此加固层同钢管能形成一个整体 ：环氧 胶泥加强层有效地将加 固层与主防腐层粘接起来 形成一个既与钢管紧密粘结 又耐各种介质腐蚀的 整体复合衬里结构 2 2 1 聚合物 砂 浆 2 2 1 1 性 能指 标 根据管道修复的具体情况 我们确定聚合物水 泥砂 浆必 须

13、达 到下 述指标 ： ( 1 )初凝 时间 1 0 h ， 终 凝 时 间 2 0 h ；2 8 d 抗 压强 度 3 0 MP a ( 2 )粘结强度 经 7 d养护与不带油钢板的粘 结强 度 0 2 MP a( 普通 水 泥砂浆 为 0 1 6 MP a ) ： 与 带 油 面 积 为 2 0 4 0 的 钢 板 的 粘 结 强 度 0 1 6 MPa。 ( 3 )耐压( 钢 管开孔 D 1 0 m m) 1 6 MP a 。 ( 4 )耐腐蚀性能 ：7 0 条件下 ，在原油和污 水混合物 中浸泡 7 d 试件无明显腐蚀现象 2 2 1 2聚合物 对水 泥砂浆 性 能的影 响 ( 1 )

14、聚合物对水泥凝结时间的影响见图 l 。从 图 1 可以看出聚合物质量分数对水泥砂浆的缓凝 有明显作用 4 0 3 5 3 O 童 2 5 冀 z o 1 5 1 O 聚合物质量分数 -o -初凝 时间一终凝时间 图 1 聚 合物质量分数与凝结时间的关系 第 3 6卷第 3期 高 等 ：聚 合物砂浆复合 内衬结构技术研究及在江苏油 田旧管道修 复中的应用 5 9 ( 2 )聚合 物 对 砂浆 流 动 度 的影 响 如 图 2所 示 。 随着砂浆流动性能的变化 砂浆的沉人度亦将发生 相应 变化 因此 可 以用砂 浆沉 人 度来 表示 砂浆 流 动 性能 的变 化 。 由于 聚合物 的稠 度较 大

15、，随着 聚合 物 掺量 的增 大 ，砂 浆 的流动 性将 变差 。 8 O 5 O 2 O 9 O 6 0 3 0 O 图 2聚合物与砂浆沉入度的关 系 ( 3 )聚合物对砂浆与钢板粘结强度的影响如图 3所 示( 采 用 4 0 mm 4 0 m m 的 钢板 制 取试 件 。养 护 7 d后 进行 测定 ) 。 由图 3可以看：在水泥砂浆中加入聚合物将 增强砂浆和钢板问的结合力。 皤 地 聚 合 物 质 量 分 数 图3聚合物对砂浆与钢板粘结强度 的影 响 2 2 1 3砂 浆 的耐 腐蚀 性 能 试 验介 质 为 原 油 和 污水 温 度 7 08 0 时 间 7 d 试件采用 4 0 m

16、 m4 0 mn l 钢板 ，砂浆厚度 45 mm耐蚀试 验 结果 见表 4 。 表 4 砂浆的耐腐蚀性能 腐蚀介质和观察结果 涂层 原油 污水 油 、水混合 表面颜 色变黄 表面颜色稍变 白 表面颜色变黄 聚合物砂浆 其 他无 变化 其他无变化。 其他均无变化 2 2 2环 氧胶 泥 的研 究 环氧胶泥的作用是保证砂浆层在存在微量水分 情 况 下与胶 泥 中的硅质 活性 填料 反 应 生 成胶 凝物 质 使胶泥与砂浆层之 间不产生水膜间隙 从而达 到提高层间粘结强度的效果 2 2 3 玻 璃鳞 片涂 料 的研 究 主 防腐 蚀层 采用 玻 璃鳞 片涂 料 该 材料 形成 涂 层后具有非常好的

17、耐磨 、耐温 、抗渗、耐腐蚀性能 2 2 4聚合 物砂 浆 复合 衬 里 结构研 究 2 2 4 1层 间粘 结 强度试 验 试件采用 4 0 r n m x 4 0 m m 的钢板 分别涂抹水 泥 砂浆 、环 氧胶 泥 、玻 璃鳞 片 涂料 ，按 一定 条 件养 护后 在万 能试 验 机上 进行 粘 结力 测试 试 验结 果 见 表 5 表 5复合 衬里 层间粘结强度 从试验结果看 掺聚合物的水泥砂浆粘结强度 为 0 2 2 MP a 普 通 水 泥 砂 浆 约 为 0 1 6 MP a 砂 浆 与胶 泥 、胶 泥与 鳞 片的粘 结 强度 均能 满 足要求 。 2 2 4 2复 合 结构衬

18、里 的 耐腐蚀 性 能 试件采用 4 0 m m X 4 0 mm钢板 按设计厚度分 层涂敷 待材料 固化后按 S Y J 4 0 1 5 1 9 8 7标准进行 耐腐蚀 试 验 结果 列 于表 6 ， 表 6 复合衬里耐化学腐蚀性能 试验项 目 腐蚀介质 现象 强化腐蚀( 8 O o C、5 0 0 0 h ) 油 田污水 涂层无变化 1 0 Na OH 常温浸泡腐蚀f 2 0 0 0 h ) 1 0 N a C l 涂层无变化 1 0 HCl 2 2 4 3复合 衬 里 结构 的耐 压性 能 用 D 1 5 9m mX5 m m、长 1 0 m 的旧管进行 试验 ， 在涂 敷前 将钢 管

19、打 D 1 0 mil l 的排 孔 衬 里各 层 按 设 计 厚度 涂敷 好 ，进 行耐 压试 验 ，结 果列 于表 7 。 表 7 复合衬里结构耐压( 钢管 开 D 1 0mm 孔 )试验结果 试 验压力 MP a 稳压时间 h 现象 养护时 间， d 1 6 4 无 渗 漏 7 2 5 4 渗漏 未破裂 7 4 O 4 无 渗漏 2 8 3 聚合 物砂浆复合 衬里结构修 复真武油 田集输干线 3 1管道 概 况 真 武 集 输 干 线 始 建 于 1 9 9 0年 管 道 规 格 为 D 2 7 3 mm X 7 m m全 长 1 6 8 4 m 日输 液 量 4 5 0 0 5 2 0 0 m 3 d 该 管道使用 2年后 因管 内结垢 腐蚀 穿 孔 最 严 重 管段 垢 层 厚 约 81 0 c m，垢 样 分 析 结果为 ：有机垢( 原油 +胶质沥青 )1 5 2 ，无机 垢( 碳 酸盐 类 +腐 蚀产 物 )5 8 3 ，杂 质( 砂 + 泥 )2 6 5 。 3 2管道 清洗 管道清洗首先采用高压水射流击碎硬垢 再用