高生伟 徐婧文 王恒强 初伟 许浩伟 张锡波

1中石化胜利油田分公司孤岛采油厂

2中南大学材料学院

3胜利油田胜利化工有限责任公司

孤岛油田在多年的注聚、热采开发过程中，由于聚合物、硫化氢、二氧化碳、溶解氧及细菌等多种成分综合作用，管线出现严重的腐蚀、结垢，造成污水管线堵塞，使联合站处理后的污水在注水系统中水质不稳定。孤岛采油厂污水支干线共269条，累计长度216 km，平均压力损失0.74 MPa/km。结合采油厂水质化验情况，30条检测线水质合格率仅为43.3%，有17条检测线水质检测不合格。沿程水质污染是污水管线堵塞的主要因素之一，堵塞导致污水外输管线压力升高，压降损失增大[1]，这些问题给油田的开发带来困难。

目前常用的管线清垢解堵方法主要分为化学法和物理法两大类。化学法常常是采用强酸对堵塞管线进行清洗，具有速度快、清洗效果好的优点[2]，但同时易造成管线穿孔，产生硫化氢等危害气体。物理法一是采用高压水射流，对管道内表面污垢进行高压水射流剥离清洗，具有速度快、施工复杂的特点；物理法二是采用物理投球方法，具有清洗效果好，但操作繁琐，需要多处开孔的特点。

1 污水管线堵塞物分析

将管线结垢进行人工分层，分为管芯结垢和管壁结垢（图1）。垢样烘干状态如图2所示，发现结垢物中有机成分较高，无机成分低（表1）。

从污水管线堵塞物组分分析可以看出：管壁堵塞物除去水分和油后，固体堵塞物以酸可溶物为主，堵塞物主要包括铁锈、碳酸盐类，堵塞物较松散；管芯堵塞物在除油烘干后呈黑色，且结垢酸溶过程中产生较大刺鼻的硫化氢气味，表明结垢物中含有由SRB菌代谢产物反应产生的硫化亚铁（表2、表3）。

图1 管线结垢Fig.1 Pipeline scale

图2 垢样烘干状态Fig.2 Over-dried state of scale samples

表1 堵塞物组分的质量分数Tab.1 Analysis of blockage composition %

表2 污水水质及结垢趋势分析Tab.2 Analysis of sewage water quality and scaling trend

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

结垢原因分析：

（1）Ca2+、Mg2+对管线结垢堵塞影响分析（表2）。各污水站矿化度在6 000 mg/L左右，水样有一定的结垢趋势，但Mg2+、Ca2+浓度不高，因此碳酸钙、碳酸镁型垢不多。在水温45℃左右时有轻微结垢趋势[3]，结垢现象不明显。

（2）外输污水含油及悬浮物、含聚合物对管线结垢堵塞影响（表3）。外输污水中含有悬浮物，在注水过程中受压力、流速、管线损耗等因素影响[4]，悬浮物聚集沉降，易在管壁附着造成管线结垢堵塞，而外输污水中含油更有利于悬浮物的聚集沉积，含油和悬浮物加重了堵塞物的聚集[5]。污水含聚合物促进油滴、悬浮物等吸附聚集堵塞，残余聚合物会与水中的微小油滴、悬浮物、碳酸盐（FeCO3、CaCO3）、结垢产物聚集，吸附沉积在管壁，形成堵塞[6]，而且残余聚合物多为阴离子聚合物，易与部分阳离子型水处理剂反应，降低处理剂作用，产生絮凝沉淀物。

（3）外输污水细菌含量及腐蚀速率影响分析（表4）。对各联合站外输污水中SRB菌、TGB菌及铁细菌进行全检测，发现细菌含量高，细菌在沿程代谢产生大量代谢产物，细菌代谢产物不仅加重了对金属的腐蚀[7]，而且代谢产物硫化亚铁还能导致管线及地层堵塞、水质变差等。

表4 外输污水细菌含量检测Tab.4 Detection of bacterial content in sewage transportation

从以上分析可知，一方面污水中聚合物含量高，阴离子HPAM与加入药剂反应生成分子聚集体，与水相中油滴、悬浮物及细菌代谢产物聚成絮团，在管壁不断沉积堵塞污水管网；另一方面腐蚀、细菌造成水中不稳定物质铁离子、硫化物等含量增加，不稳定物质生成沉淀进一步影响水质稳定性，同时管道及构筑物中的腐蚀产物和结垢也造成了系统堵塞。

2 清垢解堵剂配方优化

部分管线堵塞物中硫化物含量偏高，常规清垢解堵剂易产生硫化氢气体，现场施工存在安全隐患[8]。针对现场污水管线中的堵塞物，优选反应温和的有机酸复配渗透剂、清洗剂、缓蚀剂、起泡剂形成新型化学清垢解堵剂配方（表5）。

表5 新型化学清垢解堵剂配方Tab.5 New formulation of chemical scale removal and plugging agent

清垢解堵剂配方主要是针对以油泥、聚合物堵塞为主的堵塞物，以软化剥离、携带结垢堵塞物为主，除垢反应温和，能够快速清洗油泥，软化硬垢。室内选取堵塞严重的孤五联—孤南注污水管线结垢堵塞物进行清垢解堵评价。

实验条件：室温，100 g药剂+100 g垢，反应时间2 h。

室内对结垢进行溶垢实验，反应温和，处理2 h后油污基本溶解，残留物为少量无机垢，可分散软化排出[9]，溶垢率达93%。

为验证清垢解堵剂对管线的腐蚀性，按照石油天然气行业标准SY/T 5405—1996《酸化作用缓蚀剂性能试验方法及评价指标》，采用试片矢量法，在常压和60℃时将A3试片放入按照质量比1∶3稀释的清垢解堵剂溶液中，至预定反应时间后取出，清洗、干燥后称重，测得其腐蚀速率为0.015g/(m2·h)，远小于指标要求8 g/(m2·h)。新型清垢解堵剂清洗过程中未产生硫化氢等有毒有害气体，符合管线安全施工作业条件，可以实施在线清洗，不影响现场平稳生产。

3 污水管线清垢解堵试验

针对部分联合站的污水外输管线堵塞严重、压力高、外输量下降，严重影响注水系统平稳生产的问题，选取堵塞严重的孤五联—孤南注污水外输管线开展清垢解堵试验。试验中通过离心泵将新型清垢解堵剂分段泵入处理管线，药剂充分反应后恢复污水外输去除管线堵塞物，反应物回收至废液罐沉降处理[10]。

孤五联—孤南注污水外输管线规格为0.35 m×2.0 km，其外输污水量为16 000 m3/d，污水外输管线采用“一用一备”模式运行，根据现场需求配备新型清垢解堵剂18 t，用污水稀释至100 m3，利用离心泵分三段塞将80 m3清垢解堵剂泵入污水管线，反应3 h后再注入20 m3清垢解堵剂，后恢复污水外输。

孤五联—孤南注污水管线恢复污水外输后，在外输污水压力0.42 MPa的条件下，外输水流量从360 m3/h增加到550 m3/h，增加53%，恢复至投产初期流量的90%以上，达到了施工设计要求。

4 结束语

（1）通过对管线结垢堵塞物组分和管线结垢堵塞原因进行分析，一方面污水中聚合物含量高，与油滴、悬浮物及细菌代谢产物在管壁不断沉积沉淀堵塞污水管线；另一方面腐蚀、细菌造成不稳定物质生成，同时管道及构筑物中的腐蚀产物和结垢也造成系统堵塞。

（2）通过结垢成分分析，优选反应温和的有机酸进行复配，优化配方形成一套新型化学清垢解堵剂体系，能够快速清洗油泥，软化硬垢，清洗效率达到90%以上。选取堵塞严重的孤五联—孤南注污水外输管线开展现场试验，解堵效果显著，有广阔的推广应用价值。