一种基于刺激响应水凝胶的油气管道热工作业用封堵及解堵的方法与流程

本发明涉及油气管道热工作业暂堵，尤其涉及一种基于刺激响应水凝胶的油气管道热工作业用封堵及解堵的方法。

背景技术：

1、随着石油天然气勘探开发技术的不断革新，尤其是海上深水超深水等非常规油气田领域的勘探开发取的了一系列重大突破，石油天然气产量也上升了新的高度。为了满足海上油气增产工艺需求，以及因腐蚀或工艺改造，需要对原有管线、接头或阀门等管道局部进行更换。目前的施工方式均为冷切割的方式，不仅对管线冲洗、吹扫、惰化过程要求高，而且程序繁琐，切割效率低，会导致较长的停产时间。

2、采用热工切割方法能够有效提高切割效率，降低因停产而造成的经济损失。为了保证热工作业的安全性，在热工作业过程中就需要隔离油气。现有技术提供了一种用于暂堵封堵输油管道的水凝胶及其制备方法，能够封堵管道保证了热工作业的安全性，然而该水凝胶难以彻底破胶解堵，仅采用提升压力来疏通管道时，残留的水凝胶极易堵塞管道精密仪表或阀门，给管道后续的工作带来极大的威胁。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种基于刺激响应水凝胶的油气管道热工作业用封堵及解堵的方法。该方法能够保证油气管道热工作用的安全性，并提高热工施工效率。施工完成后对管道中残留的水凝胶施加外界环境的刺激使得水凝胶转变为液体从而能够实现管道彻底解堵，保证管道后续工作的安全稳定性。

2、为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、本发明提供了一种基于刺激响应水凝胶的油气管道热工作业用封堵及解堵的方法，所述方法包括以下步骤：

4、得到刺激响应水凝胶；

5、将所述刺激响应水凝胶作为封堵材料注入管道，实现封堵；

6、管道封堵后进行热工切割和热工焊接，完成管道更换；

7、向更换后的管道内注入解堵材料，完成解堵；

8、其中，热工切割部位的封堵材料用量根据公式一：确定；

9、所述公式一中：q代表为热工切割部位的封堵材料用量，单位为升；d代表为管道外径，单位为毫米；h代表为管道壁厚，单位为毫米；l代表为封堵距离，单位为毫米；

10、所述封堵材料的注入总量为热工切割部位的所述封堵材料用量的3～5倍。

11、进一步地，所述刺激响应水凝胶的刺激响应方式包括温度刺激响应、氧化还原刺激响应和酸碱刺激响应中的至少一种。

12、进一步地，所述刺激响应水凝胶的成胶驱动力包括席夫碱键、硼酸酯键、二硫键、硫醇-硫酯交换作用、氢键、π-π共轭作用、疏水作用、离子作用、静电作用和主客体作用中的至少一种。

13、进一步地，采用亚胺键交联的酸碱刺激响应水凝胶作为封堵材料，亚胺键交联的所述酸碱刺激响应水凝胶的制备方法包括以下过程：

14、将多氨基化合物溶液和第一交联剂溶液进行搅拌混合，后静置，得到亚胺键交联的所述酸碱刺激响应水凝胶；

15、其中，所述多氨基化合物溶液的重量百分数浓度为1wt％～5wt％，所述第一交联剂溶液的重量百分数浓度为8wt％～12wt％，所述多氨基化合物溶液和所述第一交联剂溶液的重量比为(5～10):(1～5)；

16、所述多氨基化合物包括壳聚糖、聚乙烯亚胺和明胶中的至少一种；所述第一交联剂的结构式如式(i)所示；

17、所述式(i)：n为45～230，其制备方法包括以下过程：

18、将聚乙二醇(重复单元数n为45～230)完全溶解在无水乙腈中，再向其中加入4-二甲基氨基吡啶和n,n'-琥珀酰亚胺基碳酸酯，所述聚乙二醇的重量百分数浓度为5wt％～20wt％，聚乙二醇、4-二甲基氨基吡啶与n,n'-琥珀酰亚胺基碳酸酯的摩尔比始终为1:2:2，在室温下反应10～20h；向上述乙腈溶液中加入乙醚，其中乙腈溶液与乙醚的体积比为(1～3):(3～5)，析出白色产物即为所述第一交联剂。

19、进一步地，采用硼酸酯键交联的酸碱刺激响应水凝胶作为封堵材料，硼酸酯键交联的所述酸碱刺激响应水凝胶的制备方法包括以下过程：

20、将多羟基化合物溶液和第二交联剂溶液进行搅拌混合，后静置，得到硼酸酯键交联的所述酸碱刺激响应水凝胶；

21、其中，所述多羟基化合物溶液的重量百分数浓度为2wt％～10wt％，所述第二交联剂溶液的重量百分数浓度为0.5wt％～5wt％，所述多羟基化合物溶液和所述第二交联剂溶液的重量比为(1～5):(1～5)；

22、所述多羟基化合物包括瓜胶、聚乙烯醇和单宁酸中的至少一种；所述第二交联剂为含有硼酸结构的化合物，含有硼酸结构的所述化合物包括硼砂、3-羧基苯硼酸和4-羧基苯硼酸中的至少一种。

23、进一步地，采用氢键交联的温度刺激响应水凝胶作为封堵材料，氢键交联的所述温度刺激响应水凝胶的制备方法包括以下过程：

24、将功能单体、丙烯酰胺和光引发剂配制成重量分数为0.5％～5％的溶液，后于紫外灯进行光引发聚合，得到氢键交联的所述温度刺激响应水凝胶；

25、其中，光引发剂的重量分数为功能单体和丙烯酰胺总质量的2％；

26、所述功能单体和所述丙烯酰胺的重量比为(5～10):(1～5)；

27、所述功能单体的结构式如式(ii)所示；

28、所述式(ii)：其制备方法包括以下过程：

29、将无水碳酸钾溶解在水中，再向其中加入甘氨酰胺盐酸盐，使其完全溶解。将丙烯酰氯溶解在乙腈中，并逐滴加入到上述水溶液中，在5～10℃下反应2～6h。反应完成后，旋蒸除去其中的水和乙腈，将所得固体加入无水乙醇中，搅拌后过滤，将所得滤液旋蒸后得到白色固体即为上述功能单体；所述无水碳酸钾的重量百分数浓度为5wt％～30wt％，无水碳酸钾与甘氨酰胺盐酸盐的摩尔比为(2～4)：(1～2)，所述丙烯酰氯的重量百分数浓度为5wt％～20wt％，甘氨酰胺盐酸盐与丙烯酰氯的摩尔比始终为1:1.2，所述无水乙醇加量约为无水碳酸钾质量的10～50倍。

30、进一步地，采用配位交联的氧化还原刺激响应水凝胶作为封堵材料，配位交联的所述氧化还原刺激响应水凝胶的制备方法包括以下过程：

31、将多羧基聚合物溶液和三氯化铁溶液进行搅拌混合，后静置，得到配位交联的所述氧化还原刺激响应水凝胶；

32、其中，所述多羧基聚合物溶液的重量百分数浓度为3wt％～10wt％，所述三氯化铁溶液的重量百分数浓度为1wt％～5wt％，所述多羧基聚合物溶液和所述三氯化铁溶液的重量比为(50～100):(1～5)；

33、所述多羧基聚合物包括明胶、羧甲基纤维素和聚丙烯酸中的至少一种。

34、进一步地，所述解堵材料包括酸碱性溶液、氧化还原性溶液、60～90℃温度的溶液和高盐浓度的溶液中的至少一种。

35、进一步地，封堵材料注入管道前，将封堵区域管线进行施工准备工作；所述施工准备工作包括将封堵区域管线进行泄压和清洗。

36、进一步地，注入解堵材料完成管道解堵后，通过超声诊断仪或者xrd仪器对管道焊缝进行检测与诊断，判断管道维修效果。

37、本发明实施例提供的上述技术方案与现有技术相比至少具有如下优点：

38、1)本发明提供一种基于刺激响应水凝胶的油气管道热工作业用封堵及解堵的方法，该封堵技术方法能够保证油气管道热工作用的安全性，并提高热工施工效率。施工完成后对管道中残留的水凝胶施加外界环境的刺激使得水凝胶转变为液体从而能够实现管道彻底解堵，保证管道后续工作的安全稳定性。

39、2)本发明提供的基于刺激响应水凝胶的油气管道热工作业用封堵及解堵的方法，可快速破胶的刺激响应水凝胶作为封堵材料代替了传统的物理封堵设备及不可降解封堵材料，使用热切割代替传统的冷切割，简化了油气管线更换工艺，弱化了设备和人员需求、没有操作空间限制，适用于任何尺寸的管线及管网，相比于传统的物理封堵工艺，整个施工周期缩短了60％以上。本发明方法所使用的化学材料具有优异的水溶性及刺激响应性，解堵时只需将生产平台的地层水注入管道或在地层水中加入适量的解堵材料后注入管道，解堵液无残留，与原油配伍性好，不会影响原油的后续处理。