中國石油大學（北京）研究生考試答題紙
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摘要隨著新油、氣田的不斷開發利用, 長距離管道輸送時, 管道防蠟、減阻及腐蝕防護技
術變得越來越重要。本文概述了幾十年來國內外油氣田輸送埋地管道的防蠟、減阻和管道內外壁防腐技術發展情況, 並對各種方法的利弊作了分析介紹。
關鍵詞石油; 天然氣; 管道; 防蠟; 減阻; 防腐
1 前言
隨著石油及天然氣工業的發展, **、天然氣多採用管道輸送, 由於受到溫度及本身組成的影響, **在輸送過程中會在管道內壁上發生蠟沉積隨即導致管道輸送阻力增大。此外, 由於**(天然氣) 中的某些成份(如硫化物等) 對管道的腐蝕不容忽視, 管道內壁的防蠟減阻、防腐顯得極為必要。
與此同時, 埋地管道外壁由於受到土壤鹽分、酸度、濕度、電場、有機質、微生物等因素的綜合作用會發生腐蝕。土壤種類及不均勻性使金屬管道外壁腐蝕情況異常複雜。隨著石油、天然氣的幹線管道輸運和強化開採的發展, 工作載荷和輸運產物的腐蝕性質都增大了。
由於近年來在氣候條件惡劣地區使用大直徑管道和環境保護要求, 管道防腐具有特別重要的意義。
本文對國內外油氣田管道內外壁防腐和防蠟減阻技術的發展及現狀作了綜述。
2 油氣田管道防蠟減阻技術
2．1 熱處理輸送
加熱輸送是世界上實施最早、應用最廣的一種含蠟**輸送工藝。我國通常採用沿線逐站加熱管道進行輸送, 通過熱處理可促成**中蠟晶形態結構的相應變化, 從而達到改善**低溫流動性的目的。但加熱輸送能耗多、裝置投資和管理費用高, 且存在停輸再啟動困難等問題。
2.2 新增化學新增劑
在**中加入幾十至幾百ppm 的減阻劑可降低**的流動阻力, 提高輸量百分之幾十。迄今為止, 國外已研製和生產出多種含蠟**降凝減阻劑,並已在數十條輸油管道上採用了新增降凝減阻劑處理的技術, 效果十分顯著。80 年代初國內開始實驗室內試驗工作, 至今已合成幾十種降凝減阻劑, 但在管道輸送中使用尚處在起步階段。
在西部沙漠無人區長輸管道等方面使用降凝減阻劑, 具有重大的科學和經濟意義。降凝減阻劑的作用機理還有待於進
一步研究。
採用蠟晶改進劑能改善**中蠟結晶, 降低蠟晶之間及蠟晶在管壁表面的粘附, 減少或消除蠟沉積; 同時使蠟晶在常溫下不易形成網狀結構, 降低**凝固點。稠油開採和集輸過程中採用降粘或降凝減阻劑, 能防止油包水型乳狀液的形成, 在油水混輸時利用線性高聚物抑制紊流粘滯層上形成的渦流,減少紊流能量消耗, 降低表觀粘度、屈服值及摩擦阻力, 最終達到在環境溫度下能有效地輸送高含蠟**的目的。
2.3 油田管道內壁防結蠟塗層
研究證明：蠟在管壁上的潤濕性, 管壁表面溫度、表面自由能、表面粗糙度等因素會影響蠟在管壁表面的沉積能力; 某種吸附膜的存在能減少蠟在管壁表面的沉積; 管壁表面溫度對蠟在其上的沉積起著決定性作用。
在金屬管道內壁上噴塗一層有機高分子物質,既能降低管壁表面自由能又能降低管壁表面的粗糙度, 削弱蠟在管壁上的成核作用, 減少蠟沉積; 同時,管壁塗層能改變固液相相互作用的性質, 減小管壁與**之間的相互作用力, 使流動態**在管壁表面形成部分滑移, 減少摩阻損失, 達到防蠟減阻目的。此外, 防蠟、減阻塗層兼可解決**儲存、輸送裝置內壁表面的腐蝕問題。
2.4 強磁場降粘減阻
**中的反磁性物質石蠟等在磁場作用下被誘導極化, 產生誘導磁矩, 抑制石蠟晶核的形成, 阻止石蠟晶體的生長與聚集, 改善**的流動性。同時,**中的極性物質(如膠質等) 以及帶電粒子, 通過磁場時產生感應磁場並因洛侖茲力而作螺旋運動,減弱油流內部結蠟物質之間聚集傾向和減少管壁結蠟, 並使凝油層鬆軟, 易於清除。
3 國內外埋地管道防腐技術的發展及現狀
3.1 外壁防護層技術
自1930 年以來美國埋地管道外壁防護一直沿用煤焦油瀝青塗層。其外包紮為浸透稀釋瀝青或煤焦油的石棉帶、玻璃纖維或牛皮紙等。自1954 年開始, 將膠粘帶試用於長輸管道, 並取得成功, 60 年代將塑料塗層應用於管道外壁防護。
前蘇聯自1951 年開始研究橡膠瀝青馬蹄脂, 並獲普遍應用。1953 年以後, 埋地油氣管道的外壁防護普遍採用石油瀝青塗層。並研製了瀝青膠粘帶、橡膠瀝青、聚合膠粘帶、聚乙烯、聚氯乙烯和環氧樹脂等。
日本的地下管道防護, 目前已用塑料代替煤焦油瀝青和石油瀝青塗層。
我國油氣管道外壁防護技術與國外有較大差距, 長期採用熱塗石油瀝青。近幾年採用環氧煤焦油瀝青防腐蝕塗料、聚乙烯膠粘帶、聚乙烯黃(綠) 夾克等。為防止植物根莖對石油瀝青防護層的傷害, 遼河油田設計院提出了石油瀝青防護層外包聚氯乙烯塑料pvc 膜結構技術。
目前世界各國埋地鋼製管道防腐覆蓋層主要有: 石油瀝青、煤焦油瓷漆、擠塑聚乙烯、聚乙烯纏帶、熔結環氧樹脂(fbe) 及復合覆蓋層等。按使用量排序依次是熔結環氧樹脂(fbe) > 煤焦油瓷漆》 擠塑聚乙烯》 石油瀝青》 復合覆蓋層》 pe 膠帶。
pe膠帶使用呈萎縮態勢。
3.1.1 石油瀝青防腐層
石油瀝青是使用歷史最長的防腐塗料, 我國目前仍在使用。其取材容易, **較低, 施工技術簡單。但同其他防腐層相比, 缺點主要有:
吸水率高、易老化、抗土壤應力差、但其不耐微生物和根深植物穿透, 也不耐高溫。
由於以上原因, 並受到環保的限制, 在北美和歐洲石油瀝青防腐層已逐漸被淘汰, 在世界範圍的應用日趨減少。有調查表明, 1995 年石油瀝青防腐層全部為中東與東南太平洋地區使用。
3.1.2 煤焦油瓷漆防腐層
煤焦油瓷漆有非常久遠的應用歷史。它最早於1800 年在英國生產, 1900 年介紹到美國之後, 廣泛應用於各種地下鋼製管道。是唯一的一種採用最早、迄今為止仍廣用不衰的管道防腐層。
煤焦油取材容易、**低廉, 其效能也有獨特之處, 能克服石油瀝青不耐微生物和根深植物穿透性及不耐高溫的缺陷。其缺點是在較低溫度環境下有冷脆性、抗外界機械力破壞強度不高, 在石方山區不宜使用。
煤焦油瓷漆是由碳氫原子組成的芳香族化合物的複雜混合物, 其分子結合非常緊密, 有很強的抵禦細菌、鹼類與其它化學物質侵蝕的能力及很高的機械強度。與瀝青相比, 它的孔洞較少, 吸水率低, 防水性很好, 能防止植物根系穿入。其電阻也大於石油瀝青、抗老化性相當好。
它與加重混凝土配合, 被廣泛用於海底管道。其缺點是抗土壤應力與熱穩定性較
差, 與陰極保護的相容性也不好。在高寒與炎熱地區施工或管道輸送高溫介質時, 會發生脆裂和流淌。它的熱穩定性隨具體的瓷漆效能而異。
對北美一些管道所作調查表明, 煤焦油瓷漆防腐層也出現過剝離與陰極保護遮蔽, 使管道受到腐蝕[18 ]。環保問題在一定程度上也限制了其應用。但是, 當前煤焦油瓷漆防腐層不論在國內或國外, 仍是應用比較廣泛的一種防腐層。
3.1.3 熔結環氧粉末防腐層
1962 年靜電噴塗工藝成功後, 環氧粉末開始應用於管道防腐。1970 年開發出無底漆配方後, 管道工業開始廣泛應用熔結環氧粉末防腐層。
美國一些管道公司認為, 熔結環氧粉末防腐層在所有可用的防腐層中抵禦土壤應力的能力是最強的[19 ]。其施工操作簡便, 沒有汙染。但防水性差, 長期處於潮濕環境下會產生氣泡。
由於防腐層薄膜的可滲透性, 氣泡附近的管子仍可受到陰極保護。曾有管道公司對這種氣泡作過檢查, 沒有發現腐蝕現象。防腐層的抗陰極剝離效能較好, 它能耐磨損, 但非常不耐銳器的碰撞。
防腐層的電阻值隨溫度公升高而明顯下降, 在潮濕環境裡電阻值也低。據《p ipeline
d igest》所做的統計表明, 熔結環氧粉末防腐層是迄今用量最大的防腐層。
熔結環氧樹脂是所有防腐塗料中與鋼管粘結力最強、抗各種環境腐蝕最好、抗機械衝擊最高的防腐塗料, 因而在加拿大管道應力腐蝕開裂調查中無腐蝕開裂案例, 但由於塗敷層薄(不到1 mm ) , 抗尖銳物體的衝擊較差, 在石方山區要慎用。
3.1.4 擠出聚乙烯防腐層
1960 年, 該防腐層首先在歐洲用於管道防腐。其抗土壤應力的效能不如熔結環氧粉末防腐層, 但明顯好於其它防腐層。正因為聚乙烯防腐層的粘著性較差並具有較高的電阻值, 這種防腐層容易發生剝離後的陰極電流遮蔽。
在美國, 擠出聚乙烯防腐層多是用在較小口徑管道上, 部分原因是由於其粘著力不夠[20 ]。這種防腐層在過去的應用中僅次於熔結環氧粉末與煤焦油瓷漆防護層。
聚乙烯防腐層、煤焦油瓷漆、熔結環氧粉末防腐層三種防腐層主要效能對比見表1。
3.1.5 三層復合防腐層
復合防腐層是十多年前出現的。最早是兩層, 即在聚乙烯與管子之間塗敷一層聚合物粘結劑, 其弱點是抗陰極剝離能力差。採用環氧樹脂作為底層形成三層復合防腐層後克服了這一缺點。
其結構是熔結環氧粉末底層+ 粘結劑+ 聚乙烯外層。
三層結構熔結環氧/擠壓聚乙烯防腐蝕層技術是歐洲國家自80 年代以來研究開發並成功應用的,它綜合了熔結環氧粉末塗層和擠壓聚乙烯兩種防腐蝕層的優良效能, 克服了兩層結構聚乙烯防腐蝕層粘結性較低的缺點, 該防腐層的結構組成包括: 環氧底漆、中間共聚物粘結劑和聚烯烴面層。目前被認為是國際上最先進的管道外防腐蝕技術。
作為底層的環氧粉末與單獨作為泛泛塗層的環氧粉末在化學與物理性質上大有不同。它應有適當的施工溫度、膠凝與凝固時間, 以便加強與粘結劑的化學粘結。近來所用的粉末在最低溫度220℃下塗敷, 厚度可達200 lm, 較大的厚度能提供較好的抗陰極剝離能力。
聚合物粘結劑在底層與聚乙烯外層之間起強力粘結作用。多數商用粘結劑都含有活性基, 可與尚未凝固的樹脂群通過化學反應發生凝結。有多種不同的粘結劑用於復合防腐層, 其化學成分通過順丁烯三酐從乙烯—丙烯酸乙酯共聚物、環丙基甲酸融合為三聚物與共聚物。
粘結劑厚度一般為012mm 。
第8章油氣田評價
第八章油氣藏評價 概述 油氣藏評價的工作程式 油氣藏評價的部署原則 油氣藏評價部署例項分析 油氣藏描述 概述1.油氣田評價階段的界定 油氣田評價勘探階段是指從圈閉獲得工業油氣流開始到探明油氣田的全過程。2.油氣田評價任務及目標 搞清含油氣地質體的外部形態和內部結構，弄清油氣水性質與分布狀況，建立含油...
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《油氣田勘探》考試大綱
一 考試範圍 考試範圍油氣田勘探的主要技術 油氣勘探程式與階段部署 油氣勘探設計與勘探管理方法，以及與油氣勘探有關的綜合研究內容等。具體包括以下內容 1.緒論 1.油氣田勘探的基本概念 2.油氣田勘探的性質和主要特點 3.油氣勘探中的主要風險型別 4.油氣勘探觀念的轉變過程。2.油氣田勘探技術方法 ...