中油(新疆)石油工程有限公司设计分公司,新疆 克拉玛依 834000
摘要针对富满油田新建油区油气集输管道的设计要求,分析已建管道在运行中存在的问题,根据油井采出原油及伴生气物性,通过对比金属管道与非金属管道的优缺点,从而选出适合该油田的集输管道材质。
关键词油气集输;管道材质
一、管道材质分析
富满油田采出水矿化度高,伴生气中含有硫化氢,集输管道受高矿化度水、硫化氢腐蚀严重,管道材质的选择非常重要。在油田油气集输方面,国内使用较多的材料包括20号钢管、L245系列线路钢管、玻璃钢管、柔性复合管、衬塑钢管等。
20号钢、20G钢、L245系列无缝钢管是油田集输常用的钢管,这几种金属管材安装、焊接、运输方便,现场维护简单。但最大的问题还是腐蚀问题不能从根本上解决,哈得油田前期产能建设部分集油支干线管道选用钢管,投产2年后,集油管道陆续出现腐蚀穿孔问题,主要是管道内原油流速低、段塞运行等影响。
玻璃钢管道在集油管道的应用十分普遍,近期富满油田产能建设集油管道均采用了玻璃钢管道,至今的实际运行表明,玻璃钢管道对油田管道防腐蚀方面起到了良好的作用。但玻璃钢管的缺点为对施工技术要求较高,因施工磕碰,接头未连接完好,造成管线漏液现象时有发生;且因该产品脆性大,抗外力冲击性能差,在使用过程中可能受到沙漠的流动性产生的剪切力破坏,停运维修产生的费用高,损失大。
柔性复合高压输送管是一种由高分子复合材料制成的一种石油天然气工业用管。柔性复合高压输送管由于管体柔软,在实际铺设的过程中可以因势利导,有效减少地质断层、地质裂缝、黄土湿陷、采空区等灾害对于油气管道的损害。安装快捷方便,大大降低了工人的劳动强度,缩短了施工周期。减少了钢管管材焊接费、探伤费、补口费、防腐费,能够得到比较好的经济效益和社会效益。柔性复合管的缺点在于管道较软,保温层需工厂预制且预制比较困难,现场安装保温效果又难以保证,大口径的柔性复合管制作困难,且不易运输,工程中常用的柔性复合管口径一般不高于DN150。另外,管材采用以聚乙烯为原料,价格比较高。
衬塑钢管基管为碳钢管,内衬非金属材料,具有金属管和内衬材料结合强度高、抗外力破坏性优、内壁光滑阻力小、不结垢锈蚀、稳定性强等特点,兼顾金属管道和非金属管道优点,有效解决H2S-CO2-Cl-共存环境体系中地面管线腐蚀问题,防蜡沉积效果好。衬塑管连接部位为金属材料焊接连接,施工方便,连接可靠性好。
二、管材综合造价分析
表2-1 管道材质综合造价对比表
管道名称 | 规 格 | 综合价格 (万元/km) | 本工程油区 集输油管道长度(km) | 总体价格 (万元) |
20/L245 | D114×6 | 42.5 | 29.5 | 1253.75 |
D219×9 | 86.8 | 12.5 | 1460 | |
D273×10 | 110.5 | 64 | 7904 | |
20G/L245NS | D114×6 | 45.1 | 29.5 | 1330.45 |
D219×7 | 85.5 | 12.5 | 1393.75 | |
D273×8 | 108.2 | 64 | 7564.80 | |
玻璃钢管 5.5 MPa | DN100 | 38.9 | 29.5 | 1147.55 |
DN200 | 70.49 | 12.5 | 881.125 | |
DN250 | 97.1 | 64 | 6214.4 | |
柔性复合管 5.5 MPa | DN100 | 42.9 | 29.5 | 1265.55 |
DN200 | 咨询,很少做 管径太大 | |||
衬塑钢管 5.5MPa 基管L245NS 内衬层为PE聚乙烯材质 连头处为抗硫不锈钢焊接 | DN100 | 53.6 | 29.5 | 1581.2 |
DN200 | 111 | 12.5 | 1313.75 | |
DN250 | 142.1 | 64 | 9094.4 | |
中石化顺北采用内HT-PO内衬管道 | DN100 | 67.3 | 29.5 | 1985.35 |
DN200 | 122 | 12.5 | 1850 | |
DN250 | 152.2 | 64 | 10380.8 |
三、管道综合比选
表3-1 管道材质综合比选表
管道名称 | 金属管道 | 玻璃钢管 | 柔性复合管 | 衬塑管 | |||
输送介质成分说明 | 输送油井采出油、气、水混合物。 原油性质具有“轻质(0.8g/cm3)、低粘度、低凝固点(-29℃)、低含硫、中高含蜡(8.3%)、少胶质和沥青质”的特点; 天然气相对密度为0.7355~0.7469,H2S含量在0~5600mg/m3范围; 地层水水型为CaCl2型,PH值平均6.53;氯离子平均54000mg/L,总矿化度平均107500mg/L。 | ||||||
管道敷设环境 | 区块整体位于塔克拉玛干沙漠的北缘,地表主要是沙漠和浮土。 | ||||||
优点 | 1、强度高、韧性好、可焊性强; 2、适应温度范围广、后期管道维修抢险难度小。 | 1、抗腐蚀性能好、使用寿命长; 2、工程造价低。 | 1、高强度、高压力、耐腐蚀、耐结垢; 2、输油管样品阻系数小、保温性好、柔性好、寿命长。 | 1、强度高、阻力小、不结垢、耐腐性能高,防蜡沉积效果好。 2、管材端部材质为不锈钢,焊接工艺成熟,施工方便。接头强度和严密性高,不易渗漏。 | |||
缺点 | 1、抗腐蚀性能差、柔性差; 2、实际工程中出现过腐蚀穿孔现象;需要加药。运维成本高,工程造价略高。 | 1、抗冲击性能差、脆性大、柔韧性差、耐高温性能差; 2、现场多因施工问题造成管道和接口的泄漏问题,对施工质量要求高; 3、在使用过程中受到沙漠的流动性产生的剪切力破坏,停运维修产生的费用高,损失大。 | 1、管道易变形、接口接头易腐蚀; 2、工程造价略高。 | 1、管道柔性较差,一次投资费用相对较高; 2、用硬质清管器进行清管操作时存在一定风险; 3、现场管道保温如果温度超过100℃会对管道内衬造成影响; 4、现场应用业绩很少。 | |||
本工程主要考虑介质组成成分——伴生气中的硫化氢含量,油中含水增高后,高矿化度、高氯离子影响,同时兼顾管道的安装环境情况——结合各油田区域管材应用的实际情况和管材综合造价对比,本工程单井管线、阀组支线推荐采用玻璃钢管;通过管道综合对比分析,输油管线采用衬塑管能更好的应对沙漠剪切力对管道造成的危害;同时衬塑管接头强度和严密性高,不易渗漏。
参考文献
[1] 刘宏斌主编. 《油田地面工程设计》. 石油和化工工程设计工作手册
[2] 张清玉主编. 《油气田工程实用防腐蚀技术》.
第一作者简介:张振(1989-),男,学士,工程师,2012年毕业于辽宁石油化工大学化学工程与工艺专业,主要从事炼化工艺、油气集输工艺设计工作。