浅谈非金属管道在集油和注水系统中的应用

韩国强

浅谈非金属管道在集油和注水系统中的应用

韩国强*

（中国石油塔里木油田分公司）

在油田的集油、注水系统中，金属管道常发生腐蚀穿孔，造成油水泄漏、环境污染。非金属管道具有良好的抗腐蚀性能，越来越多地被应用在石油天然气行业中。介绍了非金属管道的特点，对某油田集油、注水系统中非金属管道的应用情况进行了分析，并提出了相应的建议。

玻璃钢柔性复合管集油注水非金属管道渗漏断裂

0　前言

西部某油田位于天山南麓、塔克拉玛干沙漠北缘，区域内混杂农田、戈壁、沙丘等多种地貌，土壤多盐碱。该油田2006年开始分区块零星试采，2012年正式投运地面工艺装置，设计产油45×104t/a。随着油田的开发，原油含水不断上升，目前产水量已达105×104t/a。油田采出水pH值较低，矿化度在20.0×104mg/L以上，对金属的腐蚀性很强。充分借鉴其它老油田地面工艺管道的选材经验，该油田在设计之初就在集油、注水系统使用玻璃钢管、柔性复合管等非金属管道，以降低腐蚀，保证油田安全生产。

1　非金属管道简介

1.1玻璃钢管

玻璃钢管，又称为玻璃纤维缠绕夹砂管，主要以高分子成分的不饱和聚酯和环氧树脂等为基体材料，以玻璃纤维及其制品为增强材料，以碳酸钙、石英砂等无机非金属颗粒材料为填料制作而成。玻璃钢管常用的连接方式为螺纹连接和法兰连接。玻璃钢管具有强耐腐蚀性能、内表面光滑、输送能耗低、使用寿命长、综合造价低等优点，在石油行业应用较广。图1所示为玻璃钢管的结构。

图1　玻璃钢管

1.2柔性复合管

柔性复合管是柔性复合高压输送管的简称，具有多层结构，主要由聚合物内衬层、增强层、外护套构成，其结构如图2所示。采用金属接头实现连接，连接形式多为丝扣连接。柔性复合管具有强度高、耐腐蚀性能好、耐结垢、保温性能好、柔性好的特点［1］，尤其是与同规格玻璃钢管相比，柔性复合管单根长度更大，接头少，施工更快捷。由于上述优点，柔性复合管在石油行业应用越来越广。

图2　柔性复合管

2　现场应用情况

该油田根据地理位置分为南、北两个区块，南部区块为戈壁，北部区块为农业区，两者均局部有沙丘。沙丘区域地势起伏较大，其它区域地势相对平坦。戈壁区地表多红柳、胡杨，农业区有农田、林带，所以管线多曲折绕行。

2.1原油集输系统

南部区块已建油井46口，设有1座转油站、1座计量间，其原油特点是凝点低（＜-20℃），集输温度低（15～30℃）。原油集输管线总长86.1 km，2013年之前采用玻璃钢管（40.1 km）。由于玻璃钢管存在施工周期较长、使用中接头处容易渗漏、管道容易被外力破坏等问题，因此于2013年开始改用柔性复合管（46.0 km）。

北部区块已建油井36口，设有1座联合站、1座计量间，其原油特点是凝点高（18～28℃），集输温度高（40～80℃）。集输管线总长46.9 km，主要采用玻璃钢管（44.3 km）。借鉴了南部区块柔性复合管的应用经验，2014年后开始在北部区块试用柔性复合管（2.6 km）。

玻璃钢管选用的规格：DN80、DN100、DN150，PN4.0 MPa，设计温度70℃。柔性复合管选用的规格：DN80、DN100，PN2.5 MPa，设计温度70℃。

2.2注水系统

南部区块在转油站旁设有注水站，2014年开始进行注水工作。其污水为CaCl2型，温度较低（15～25℃），pH值较低（5.44～6.71），总矿化度较高（24.8×104mg/L）。注水管线总长9.5 km。为了对比非金属管材在高压注水系统的使用效果，玻璃钢管与柔性复合管均有应用，其中玻璃钢管1.2 km，柔性复合管8.3 km。

北部区块在联合站内设有注水站，2012年开始进行注水工作。其污水为CaCl2型，温度较高（45～55℃），pH值较低（4.59～6.21），总矿化度较高（22.4×104mg/L）。注水管线总长40.8 km，玻璃钢管、柔性复合管均有应用，其中玻璃钢管25.5 km，柔性复合管15.3 km。

玻璃钢管选用的规格：DN80，PN25.0 MPa。柔性复合管选用的规格：DN65、DN75、DN80，PN25.0 MPa。

2.3应用中的问题

非金属管材在该油田应用8年来，总体运行情况较好，与其它未采用非金属管材的油田相比，管线腐蚀情况得到了较好的控制，但也存在一些问题。

（1）玻璃钢管接头处渗漏。该油田现场玻璃钢管之间采用的是螺纹连接，使用中累计发生14次接头连接处渗漏事件：3次发生在注水管线，11次发生在集油管线；2次发生在戈壁区域，2次发生在农田，10次发生在沙丘等地势起伏较大的区域。

（2）玻璃钢管被外力破坏。该油田累计发生9次外力破坏玻璃钢管事件，其中5次为当地农民农耕作业时造成，4次为油田施工单位施工时造成。

（3）柔性复合管穿孔泄漏。2013年10月，北部区块某注水井的柔性复合管注水管线发生穿孔泄漏。该段管线总长6.6 km，1/3长度位于沙丘区域，2/3长度位于农田区域。柔性复合管规格参数：DN65，PN25 MPa，实际最高注水压力22 MPa；设计注水规模500 m3/d，实际注水规模365 m3/d；设计中默认水温为常温（20℃），实际水温为＞50℃。

（4）柔性复合管金属接头腐蚀。2014年前，该油田现场采用的柔性复合管金属接头材质均为20钢，丝扣连接。由于输送的油水介质腐蚀性较强，碳钢材质的接头连接处就会成为腐蚀重点部位［2］。由于该油田柔性复合管应用时间较短，且金属接头部位多为埋地敷设，截至目前尚未发生金属接头腐蚀穿孔泄漏事件，但已经成为腐蚀隐患部位。

上述四种常见的管道问题如图3～图6所示。

图3　玻璃钢管接头处渗漏

图4　玻璃钢管被外力破坏断裂

图5　柔性复合管穿孔泄漏

3　应用分析

与金属管道相比，非金属管道抗腐蚀性能好、耐结垢、保温性能好，很适合应用在油田集油、注水系统。与玻璃钢管相比，柔性复合管具有下述特点：对地貌的适应性更强，适合应用在地势起伏较大的场合；单根管线长，接头数量少，可节约2/3以上的管道安装时间。

图6　柔性复合管金属接头腐蚀

3.1玻璃钢管

（1）柔韧性极差，不建议应用在地势起伏较大的区域，尤其是沙丘区域；在接头处会产生应力集中，对接头处的施工质量造成较大影响。

（2）不建议应用在管线拐角过多的场合，接头太多容易形成漏点。

（3）材质脆性大，抗外力打击性能差［3］，不建议应用在农田中，或已建管线密集的部位。

3.2柔性复合管

（1）在输送非20℃的介质时，其公称压力需进行修正。以该油田发生穿孔的柔性复合管为例，设计公称压力25 MPa，以介质温度＞50℃时的修正系数（0.81）修正之后的管线公称压力为20.25 MPa，已经低于最高注水压力（22 MPa），这应是发生穿孔的主要原因。因此，柔性复合管选择压力等级时应根据介质温度保留相应的裕量。

（2）金属接头是整条管路的重要腐蚀部位，建议做好内防腐，或者采用抗腐蚀性能较好的不锈钢管材。

［1］张永强，刘立，王成达，等.柔性复合高压输送管在油田的应用［J］.现代塑料加工应用，2013，25（6）：26-27.

［2］刘冬梅，张志宏，孙海礁，等.塔河油田非金属管材应用与认识［J］.中国高新技术企业，2013（9）：77-80.

［3］王冬林，曹峰，李昱坤，等.高压玻璃钢管在油田应用的现状及展望［J］.新技术新工艺，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）

*韩国强，男，1984年生，工程师。库尔勒市，841000。