专利名称：一种海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法
技术领域：
本发明属于石油开采技术领域，尤其涉及一种海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法。
背景技术：
目前海上采油平台进行结垢处理时，通常采用单纯的添加阻垢剂或者进行酸洗换管等传统手段，部分平台采用机械除垢手段，目前已有的手段，或多或少都存在一些不足之处。在传统除垢方式中，最广泛使用的手段是酸洗，酸洗的过程主要是将管线设备停工，注入酸液溶解垢层，酸洗液主要成分为盐酸，浓度大约10%左右，其主要化学反映方程式为:CaC03+2HCl=CaC12+H20+C02 MgC03+2HCl=MgC12+H20+C02 FeS+2HCl=FeC12+H2S 酸洗除垢相对而言成本较低，操作简便，但是与此同时，酸洗对表面泥沙沉积层较厚的结垢部位效果较差，且残余酸液容易造成污染，它对结垢的控制仅仅是降低垢层厚度，没有从垢层成因上解决，故而需 要在管线使用期限内定期进行酸洗，比较耗费人力，且使用酸洗除垢，在垢层厚度降低后，易发生垢下腐蚀穿孔，本发明中采用电化学方法进行除垢，彻底避免了平台上管线酸洗的操作，不仅可以提高生产效率，还可以避免因酸洗造成的管线穿孔，大大提高了生产的安全性，添加阻垢剂也是平台常用阻垢手段之一，其机理通常有以下4点:1.分散作用低分子量的聚合物，一般有较高的电行密度，可产生离子间的斥力，共聚物还具有表面活性剂的特性，它们在溶液中把胶体颗粒包围起来呈稳定状态随水带走，胶体颗粒的核心也包括CaS04和CaC03等晶体，因此起到防垢作用，2.螯合和络合作用防垢剂把能产生沉淀的金属离子(阳离子)变成可溶性的螯合离子或络合离子，从而抑制阳离子(如Ca2+、Mg2+、Ba2+)和阴离子(C032-、S042-)结合产生沉淀，典型的有ATMP 和 EDTA，3.絮凝作用把水中含有CaC03及CaS04晶核的胶体颗粒吸附在高分子聚合物的链条上结成矾花悬浮在水中，起阻垢作用，典型的有聚丙烯酸胺和聚丙烯酸钠，4.晶格畸变作用在形成晶体垢的过程中，有高分子聚合物进入晶体结构，破坏了晶体正常增长，而使晶体发生畸变，改变了原来的规则结构，使晶体不再继续增大，从而防止或减轻结垢。单纯的添加阻垢剂进行除垢，往往很难达到较好的效果，原因有以下几点:其一，阻垢剂添加比例与剂量需要根据现场工况进行确定调整，此周期较长，当现场工况发生变化时，阻垢剂往往易失效，这时就需要重新确定添加比例及用量，在此过程中无法起到良好的阻垢效果，其二，阻垢剂的作用倾向于降低内部垢层形成趋势，延长结垢诱导期时间，无法从根源抑制结垢问题，并且随着时间累计，当垢层逐渐成型后，无法有效降低垢层厚度，导致阻垢结果大打折扣，同时，在添加阻垢剂的同时还要考虑其与常规缓蚀剂是否存在冲突，如果选取不当，不但不会达到理想的效果，反而有可能加速管线的腐蚀与结垢问题，而常用的缓蚀阻垢剂例如EDTMPS虽然可以同时达到减缓腐蚀和阻垢的效果，但是主要针对硫酸钙、硫酸钡垢，而海上平台结垢主要为碳酸钙垢，很难达到较好的效果。利用电化学方法有效降低已成型垢层厚度，从而避免阻垢剂效率下降的问题，同时，阻垢剂的存在对电化学手段除垢效率亦产生促进效果，并首创性的将缓蚀牺牲阳极保护手段与除垢手段相结合，在除垢的同时可以达到减缓管线设备腐蚀的目的，取代了通过添加缓蚀剂进行缓蚀的手段，从而避免了由于常规缓蚀剂与阻垢剂成分冲突导致的腐蚀与结垢情况加重问题，部分平台采用的机械除垢方式主要是利用强力清管器，有磁力清管器、钉轮清管器和刷轮清管器等，清管器除垢与其它除垢方式相比具有操作简便、价格低、施工周期短、施工人员少、施工设备简单、强度低、无污染等特点，但是清管器为直线运动，要清理干净管内垢层，一般需5 6遍，有时多达10遍，清管效率低，质量差，同时当管线设备内部结构复杂有拐角时，清管器无法正常运作，并且，在进行机械除垢时，容易对管线设备内部造成不同程度损伤与划痕，腐蚀易在损坏与划痕出现处发展加重。可见，每种除垢方法均有其不可避免的缺陷，当平台选取除垢方法时，往往选取单一方法或任几种方法进行随机混合，不能有效将不同阻垢手段结合到一起，互相弥补扬长避短，故而很难达到预计的处理效果，同时，不恰当的阻垢手段还会对管线设备造成一定的损坏，故而，现在尚无一种合理有效的对海上采油平台碳酸钙结垢问题进行处理解决的方法。
发明内容
本发明的目的在于利用一种海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法，旨在解决现有的每种除垢方法均有其不可避免的缺陷，当平台选取除垢方法时，往往选取单一方法或任几种方法进行随机混合，不能有效将不同阻垢手段结合到一起，互相弥补扬长避短，故而很难达到预计的处理效果，同时，不恰当的阻垢手段还会对管线设备造成一定的损坏，现在尚无一种合理有效的对海上采油平台碳酸钙结垢问题进行处理解决的方法的问题。本发明的目的在于提供一种海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法，所述海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法包括:化学方法进行阻垢；电化学方法除垢；物理方法监测。进一步、所述海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法具体的步骤为:化学方法进行阻垢:根据平台工况与水型及结垢成因选取合适的缓蚀剂，通过设备与管线的加药口进行添加，通过分散作用、螯合和络合作用、絮凝作用以及晶格畸变作用，来缓解水质结垢趋势，延长结垢诱导期，降低水质结垢倾向，例如采用以过硫酸铵为引发剂，通过水溶液聚合的方法，合成了水溶性的马来酸酐/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸/次亚磷酸钠共聚物的药剂，先由共聚合物吸附在晶核上的活性生长点，使晶体不能严格按照晶格排列正常成长，使晶体发生畸变，同时其的链状结构可吸附多个相同电荷的微晶，它们之间的静电斥力可阻止微晶的相互碰撞，从而避免了大晶体的形成，使垢晶体更为均匀分散。反应时，先依次加入马来酸酐、次亚磷酸二氢钠和去离子水，在80度下溶解，随后依次加入丙烯酸、过硫酸铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸，加热至100摄氏度持续4小时；电化学方法除垢:镁合金防腐阻垢网的使用，利用超塑性模锻，将细晶粒合金在熔点开尔文温度的二分之一温度下进行拔长，以保证不产生缩颈导致使用中网线意外断裂，其规格为直径1mm，菱形网孔，网孔尺寸可根据平台水质结垢趋势自由调整，结垢趋势大则网孔尺寸小，在网线一侧网丝交叉处，适当加装同种材质簧片，保证网线可以和管内壁良好接触，将网按照管内周长裁剪卷曲，衬入管线内，贴紧内壁，簧片处于在网线与管壁紧贴一侧，在管端与设备内弯折处使用氩弧焊以保护阳极网在焊接过程中不受到损害‘物理方法监测:在防腐阻垢网安装完成后，将管线设备投入使用，并根绝现场工况确定阻垢剂添加用量，同时，在被保护的管线段与设备两端设置旁路，旁路两端安装可关段阀门，旁路上接一个可开闭式箱体，内置压电石英薄片，上覆一片载垢板，与水体流动方向平行，压电石英上下表面连接电极，接通外部灵敏电压计，通过测定电压变化率，推算单位时间内垢物堆积质量，从而根据测定的工况中提取的垢物样本密度，以及载垢板有效表面积，计算出该单位时间内，垢物堆积速度(mm/a )。进一步、所述化学方法进行阻垢利用晶格畸变作用和凝聚分散作用的原理。进一步、所述化学方法进行阻垢各成分摩尔比为马来酸酐:丙烯酸:2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸=19:8:1，质量比过硫酸铵:次亚磷酸二氢纳:总单体=3:4:20。进一步、所述镁合金材质选用Mg-6Al-3Zn_Mn合金。进一步、所述物理方法监测还包括可开闭式箱体、压电石英薄片、灵敏电压计；所述箱体内安置所述压电石英，所述箱体外设置所述灵敏电压计。本发明提供的海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法，按照阻垢、除垢、结垢监测的思路有条理的处理海上采油平台设备管线结垢问题，当处理过程中出现了问题，也便于快速的寻根究源找到问题的症结所在，同时，在以往处理平台腐蚀与结垢问题时，腐蚀和结垢问题的解决往往是对立的，处理结垢问题通常难免造成管线设备的腐蚀加重，而本方法利用电化学手段有机的将防腐与除垢合二为一，以往单纯添加阻垢剂只能延长换管或酸洗的期限，无法彻底避免酸洗或换管，而本方法利用电化学手段克服了阻垢剂无法有效降低已成型垢层厚度的缺点，彻底避免了酸洗对管道造成的腐蚀与酸洗换管对生产的延误并减少了人力的支出，与此同时，阻垢剂的存在对电化学方式除垢效率亦产生促进效果，同时利用物理方法对结垢效果与水质结垢趋势进行监控，便于随时了解管线设备的结垢倾向于处理结果，在第一时间发现问题并解决问题，避免了由于耽搁造成的问题加剧，较好的解决了现有的海上采油平台管线设备内部结垢的处理方法存在的施工周期长，清理效率低的问题，此外，本发明操作方便，使用效果明显，有着很好的应用价值。
图1是本发明实施例提供的海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法的实现流程图。图2为结垢诱导期与Mg2+/Ca2+的关系散点图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明实施例提供了一种海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法，该海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法包括:化学方法进行阻垢；电化学方法除垢；物理方法监测。作为本发明实施例的一优化方案，海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法具体的步骤为:化学方法进行阻垢:根据平台工况与水型及结垢成因选取合适的缓蚀剂，通过设备与管线的加药口进行添加，通过分散作用、螯合和络合作用、絮凝作用以及晶格畸变作用，来缓解水质结垢趋势，延长结垢诱导期，降低水质结垢倾向，采用以过硫酸铵为引发剂，通过水溶液聚合的方法，合成了水溶性的马来酸酐/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸/次亚磷酸钠共聚物的药剂，先由共聚合物吸附在晶核上的活性生长点，使晶体不能严格按照晶格排列正常成长，使晶体发生畸变，同时其的链状结构可吸附多个相同电荷的微晶，它们之间的静电斥力可阻止微晶的相互碰撞，从而避免了大晶体的形成，使垢晶体更为均匀分散。反应时，先依次加入马来酸酐、次亚磷酸二氢钠和去离子水，在80度下溶解，随后依次加入丙烯酸、过硫酸铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸，加热至100摄氏度持续4小时；电化学方法除垢:镁合金防腐阻垢网的使用，利用超塑性模锻，将细晶粒合金在熔点开尔文温度的二分之一温度下进行拔长，以保证不产生缩颈导致使用中网线意外断裂，其规格为直径1mm，菱形网孔，网孔尺寸可根据平台水质结垢趋势自由调整，结垢趋势大则网孔尺寸小，在网线一侧网丝交叉处，适当加装同种材质簧片，保证网线可以和管内壁良好接触，将网按照管内周长裁剪卷曲，衬入管线内，贴紧内壁，簧片处于在网线与管壁紧贴一侧，在管端与设备内弯折处使用氩弧焊以保护阳极网在焊接过程中不受到损害‘物理方法监测:在防腐阻垢网安装完成后，将管线设备投入使用，并根绝现场工况确定阻垢剂添加用量，同时，在被保护的管线段与设备两端设置旁路，旁路两端安装可关段阀门，旁路上接一个可开闭式箱体，内置压电石英薄片，上覆一片载垢板，与水体流动方向平行，压电石英上下表面连接电极，接通外部灵敏电压计，通过测定电压变化率，推算单位时间内垢物堆积质量，从而根据测定的工况中提取的垢物样本密度，以及载垢板有效表面积，计算出该单位时间内，垢物堆积速度(mm/a)。作为本发明实施例的一优化方案，化学方法进行阻垢利用晶格畸变作用和凝聚分散作用的原理。作为本发明实施例的一优化方案，化学方法进行阻垢各成分摩尔比为马来酸酐:丙烯酸:2_丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸=19:8:1，质量比过硫酸铵:次亚磷酸二氢纳:总单体=3:4:20。作为本发明实施例的一优化方案，镁合金材质选用Mg-6Al-3Zn_Mn合金。作为本发明实施例的一优化方案，物理方法监测还包括可开闭式箱体、压电石英薄片、灵敏电压计；箱体内安置压电石英，箱体外设置灵敏电压计。以下参照附图1，对本发明实施例海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法作进一步详细描述。如图1所示，本发明实施案例提供的一种海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法，该方法包括:在步骤SlOl中，利用化学方法进行阻垢；根据平台工况与水型及结垢成因选取合适的缓蚀剂，通过设备与管线的加药口进行添加，通过分散作用、螯合和络合作用、絮凝作用以及晶格畸变作用，来缓解水质结垢趋势，延长结垢诱导期，降低水质结垢倾向。目前推荐渤海区域混注方式注水的平台采用以过硫酸铵为引发剂，通过水溶液聚合的方法，合成了水溶性的马来酸酐/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸/次亚磷酸钠共聚物的药剂，利用晶格畸变作用和凝聚分散作用两种原理，先由共聚合物吸附在晶核上的活性生长点，使晶体不能严格按照晶格排列正常成长，使晶体发生畸变，同时其的链状结构可吸附多个相同电荷的微晶，它们之间的静电斥力可阻止微晶的相互碰撞，从而避免了大晶体的形成，使垢晶体更为均匀分散。其中各成分摩尔比为马来酸酐:丙烯酸:2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸=19:8:1，质量比过硫酸铵:次亚磷酸二氢纳:总单体=3:4:20，反应时，先依次加入马来酸酐、次亚磷酸二氢钠和去离子水，在80度下溶解，随后依次加入丙烯酸、过硫酸铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸，加热至100摄氏度持续4小时。在步骤S102中，利用电化学方法除垢；镁合金防腐阻垢网的使用，材质选用Mg-6Al-3Zn_Mn合金，利用超塑性模锻，将细晶粒合金在熔点开尔文温度的二分之一温度下进行拔长，以保证不产生缩颈导致使用中网线意外断裂，其规格为直径1_，菱形网孔，网孔尺寸可根据平台水质结垢趋势自由调整，结垢趋势大则网孔尺寸小，在网线一侧网丝交叉处，适当加装同种材质簧片，保证网线可以和管内壁良好接触，将网按照管内周长裁剪卷曲，衬入管线内，贴紧内壁，簧片处于在网线与管壁紧贴一侧，在管端与设备内弯折处使用氩弧焊以保护阳极网在焊接过程中不受到损害。在步骤S103中，利用物理方法监测。在防腐阻垢网安装完成后，将管线设备投入使用，并根绝现场工况确定阻垢剂添加用量。同时，在被保护的管线段与设备两端设置旁路，旁路两端安装可关段阀门，旁路上接一个可开闭式箱体，箱体内安置一片压电石英薄片，其上下表面与介质流动方向平行，在上下表面各贴一片电极，用导线引出箱体，箱体外置一灵敏电压计，可测定记录石英片上下表面电位差值，根据单位时间内，上面表面电位差值的变化量，根据石英片表面积推算出堆积垢物质量，可得出单位时间内石英片表面受到应力变化量，从而根据测定的工况中提取的垢物样本密度，计算出该单位时间内，垢物堆积速度(mm/a)。本发明的工作原理为:1、化学方法阻垢根据平台工况与水型及结垢成因选取合适的缓蚀剂，通过设备与管线的加药口进行添加，通过分散作用、螯合和络合作用、絮凝作用以及晶格畸变作用，来缓解水质结垢趋势，延长结垢诱导期，降低水质结垢倾向。进行阻垢剂甄选的方式可选取静态沉淀法与鼓泡法，若该平台工况压力变化不大，钙离子含量较高的则选取静态沉淀法，若该平台工况压力变化较大则采取鼓泡法。目前推荐渤海区域混注方式注水的平台采用以过硫酸铵为引发剂，通过水溶液聚合的方法，合成了水溶性的马来酸酐/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸/次亚磷酸钠共聚物的药剂，利用晶格畸变作用和凝聚分散作用两种原理，先由共聚合物吸附在晶核上的活性生长点，使晶体不能严格按照晶格排列正常成长，使晶体发生畸变，同时其的链状结构可吸附多个相同电荷的微晶，它们之间的静电斥力可阻止微晶的相互碰撞，从而避免了大晶体的形成，使垢晶体更为均匀分散。其中各成分摩尔比为马来酸酐:丙烯酸:2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸=19:8:1，质量比过硫酸铵:次亚磷酸二氢纳:总单体=3:4:20，反应时，先依次加入马来酸酐、次亚磷酸二氢钠和去离子水，在80度下溶解，随后依次加入丙烯酸、过硫酸铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸，加热至100摄氏度持续4小时。2、电化学方法除垢利用电化学原理，将阴极保护缓蚀手段与除垢技术结合，采用牺牲阳极方式，结垢严重的设备或者管线内部铺设一层Mg-6Al-3Zn-Mn合金制成的金属网，在管线两端或设备内部转折弯曲等关键部位进行焊接加固，当设备管线处于腐蚀性介质中时，由于镁合金在水中的电偶序较碳钢更负，故而优先作为阳极失去电子被腐蚀，管道设备作为阴极得电子被保护，起到缓蚀作用。同时，这种镁合金阳极网还可以起到较好的除垢效果，作用机制有以下3点:( I)当管道设备内部表面被垢物覆盖时，由于酸性自催化作用，垢下介质呈酸性，Ph值可达2-3，镁合金与设备管道内壁被垢掩埋，处于酸性缺氧环境下，在作为阴极得管道内表面(即镁合金网网孔处)发生析氢腐蚀，Mg-2e-=Mg2+;2H++2e-=H2丨。在管道设备内壁上产生氢泡，氢泡聚集在垢物下表面上与碳酸钙垢中，使垢层与管道设备内壁结合力变弱，同时使垢层结构疏松，在介质流动作用下，可以较易被介质冲刷走，达到降低垢层厚度的目的。(2)镁合金溶解后可以调节介质中镁离子与钙离子的浓度比率，根据实验结果，虽然Mg2+也属于结垢离子，但是当Mg2+与Ca2+同时存在时，会抑制垢层的堆积，图2为结垢诱导期与Mg2+/Ca2+的关系散点图，提供了 Mg2+与Ca2+浓度比。由散点图可见，镁离子与钙离子浓度比越高，结垢诱导期越长，其因素有二，第一，溶解的盐效应，当含盐量增加时，相应提高了水中的离子浓度，由于离子间的相互静电作用，使成垢离子的活动性减弱，降低了结垢速度；第二，在含有Mg2+的溶液中，Mg2+会被吸收进入方解石晶格里和Ca2+结合在一起，因为Mg2+的水分子结合力比Ca2+强，所以其溶解度要比单纯的方解石溶解度大，结垢诱导期会被延长。(3) Mg2+会促使结垢的方解石结构CaC03晶体向不结垢的文石结构转变。
权利要求
1.一种海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法，其特征在于，所述海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法包括以下步骤:化学方法进行阻垢；电化学方法除垢；物理方法监测。
2.如权利要求1所述的海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法，其特征在于，所述海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法具体的步骤为: 化学方法进行阻垢:根据平台工况与水型及结垢成因选取合适的缓蚀剂，通过设备与管线的加药口进行添加，通过分散作用、螯合和络合作用、絮凝作用以及晶格畸变作用，来缓解水质结垢趋势，延长结垢诱导期，降低水质结垢倾向； 电化学方法除垢:镁合金防腐阻垢网的使用，利用超塑性模锻，将细晶粒合金在熔点开尔文温度的二分之一温度下进行拔长，其规格为直径1_，菱形网孔，网孔尺寸可根据平台水质结垢趋势自由调整，结垢趋势大则网孔尺寸小，在网线一侧网丝交叉处，适当加装同种材质簧片，保证网线可以和管内壁良好接触，将网按照管内周长裁剪卷曲，衬入管线内，贴紧内壁，簧片处于在网线与管壁紧贴一侧，在管端与设备内弯折处使用氩弧焊以保护阳极网在焊接过程中不受到损害； 物理方法监测:在防腐阻垢网安装完成后，将管线设备投入使用，并根绝现场工况确定阻垢剂添加用量，同时，在被保护的管线段与设备两端设置旁路，旁路两端安装可关段阀门，旁路上接一个可开闭式箱体，内置压电石英薄片，上覆一片载垢板，与水体流动方向平行，压电石英上下表面连接电极，接通外部灵敏电压计，通过测定电压变化率，推算单位时间内垢物堆积质量，从而根据测定的工况中提取的垢物样本密度，以及载垢板有效表面积，计算出该单位时间内，垢物堆积速度。
3.如权利要求2所述的海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法，其特征在于，所述化学方法进行阻垢利用晶格畸变作用和凝聚分散作用的原理。
4.如权利要求2所述的海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法，其特征在于，所述化学方法进行阻垢各成分摩尔比为:马来酸酐:丙烯酸:2_丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸=19:8:1,质量比为:过硫酸铵:次亚磷酸二氢纳:总单体=3:4:20。
5.如权利要求2所述的海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法，其特征在于，所述镁合金材质选用Mg-6Al-3Zn-Mn合金。
6.如权利要求2所述的海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法，其特征在于，所述物理方法监测还包括可开闭式箱体、压电石英薄片、灵敏电压计； 所述箱体内安置所述压电石英薄片，所述箱体外设置所述灵敏电压计。
全文摘要
本发明公开了一种海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法，该海上采油平台管线设备内部结垢问题的处理方法包括化学方法进行阻垢；电化学方法除垢；物理方法监测。本发明按照阻垢、除垢、结垢监测的思路有条理的处理海上采油平台设备管线结垢问题，利用电化学手段有机的将防腐与除垢合二为一，克服了阻垢剂无法有效降低已成型垢层厚度的缺点，避免了酸洗对管道造成的腐蚀与酸洗换管对生产的延误并减少了人力的支出，同时利用物理方法对结垢效果与水质结垢趋势进行监控，较好的解决了现有的海上采油平台管线设备内部结垢的处理方法存在的施工周期长，清理效率低的问题，此外，本发明操作方便，使用效果明显，有着很好的应用价值。
文档编号B08B9/027GK103111446SQ20131007318
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月7日 优先权日2013年3月7日
发明者王鸿轩 申请人:天津亿利科能源科技发展股份有限公司