Линии за инжектиране на химикали в дупки – защо се провалят?Опит, предизвикателства и прилагане на нови методи за изпитване
Авторско право 2012, Общество на петролните инженери
Резюме
Statoil експлоатира няколко полета, където се прилага непрекъснато инжектиране на инхибитор на котлен камък в дупки.Целта е да се предпазят горната тръба и предпазният клапан от (Ba/Sr) SO4 или CaCO;мащаб, в случаите, когато изстискването на мащаба може да е трудно и скъпо да се извършва редовно, например свързване на подводни находища.
Непрекъснатото инжектиране на инхибитор за котлен камък в сондажа е технически подходящо решение за защита на горната тръба и предпазния клапан в кладенци, които имат потенциал за котлен камък над производствения пакер;особено в кладенци, които не трябва да се изстискват редовно поради потенциала за мащабиране в близката зона на сондажа.
Проектирането, експлоатацията и поддръжката на линиите за впръскване на химикали изискват допълнителен фокус върху избора на материал, химическата квалификация и мониторинг.Налягането, температурата, режимите на потока и геометрията на системата могат да въведат предизвикателства пред безопасната работа.Бяха идентифицирани предизвикателства в дългите няколко километра инжекционни линии от производственото съоръжение до подводния шаблон и в инжекционните клапани надолу в кладенците.
Обсъжда се полевият опит, показващ сложността на системите за непрекъснато впръскване в дупки по отношение на проблемите с утаяването и корозията.Представени са лабораторни изследвания и прилагане на нови методи за химично окачествяване.Разглеждат се нуждите от мултидисциплинарни действия.
Въведение
Statoil експлоатира няколко полета, където се прилага непрекъснато инжектиране на химикали в дупки.Това включва главно инжектиране на инхибитор на котлен камък (SI), където целта е да се предпазят горната тръба и предпазният клапан в дупката (DHSV) от (Ba/Sr) SO4 или CaCO;мащаб.В някои случаи разбивачът на емулсия се инжектира в кладенеца, за да започне процеса на разделяне възможно най-дълбоко в кладенеца при относително висока температура.
Непрекъснатото инжектиране на инхибитор за котлен камък в сондажа е технически подходящо решение за защита на горната част на кладенците, които имат потенциал за мащабиране над производствения пакер.Непрекъснатото инжектиране може да се препоръча особено в кладенци, които не се нуждаят от изстискване поради ниския потенциал за мащабиране в близкия кладенец;или в случаите, когато изстискването на мащаба може да е трудно и скъпо да се извършва редовно, например свързване на подводни находища.
Statoil има богат опит в непрекъснатото инжектиране на химикали в горни системи и подводни шаблони, но новото предизвикателство е точката на инжектиране да се отведе по-дълбоко в кладенеца.Проектирането, експлоатацията и поддръжката на линиите за инжектиране на химикали изисква допълнително внимание върху няколко теми;като избор на материал, химическа квалификация и мониторинг.Налягането, температурата, режимите на потока и геометрията на системата могат да въведат предизвикателства пред безопасната работа.Идентифицирани са предизвикателствата при дългите (няколко километра) инжекционни линии от производственото съоръжение до подводния шаблон и в инжекционните клапани надолу в кладенците;Фиг. 1.Някои от инжекционните системи са работили по план, а други са отказали по различни причини.Планирани са няколко нови находища за инжектиране на химикали в дупки (DHCI);въпреки това;в някои случаи оборудването все още не е напълно квалифицирано.
Приложението на DHCI е сложна задача.Това включва завършване и проектиране на кладенци, химически състав на кладенеца, горна система и система за дозиране на химикали на горния процес.Химикалът ще се изпомпва от горната част през линията за инжектиране на химикал към оборудването за завършване и надолу в кладенеца.Следователно при планирането и изпълнението на този вид проекти сътрудничеството между няколко дисциплини е от решаващо значение.Трябва да се оценят различни съображения и добрата комуникация по време на проектирането е важна.Включени са инженери по процеси, подводни инженери и инженери по завършване, които се занимават с темите за химията на кладенците, избора на материали, осигуряването на потока и управлението на производствените химикали.Предизвикателствата могат да бъдат химическо оръжие или температурна стабилност, корозия и в някои случаи вакуумен ефект поради локално налягане и ефекти на потока в линията за инжектиране на химикали.В допълнение към тях, условия като високо налягане, висока температура, висок дебит на газ, висок потенциал за мащабиране，дълга пъпна и дълбока точка на инжектиране в кладенеца, създават различни технически предизвикателства и изисквания към инжектирания химикал и към инжекционния клапан.
Преглед на DHCI системите, инсталирани в операциите на Statoil, показва, че опитът не винаги е бил успешен. Таблица 1. Въпреки това се предприема планиране за подобряване на дизайна на впръскване, химическата квалификация, експлоатацията и поддръжката.Предизвикателствата варират от поле на поле и проблемът не е непременно, че самият вентил за впръскване на химикал не работи.
През последните години бяха изправени няколко предизвикателства, свързани с линиите за инжектиране на химикали в дупки.В тази статия са дадени някои примери от тези преживявания.Документът обсъжда предизвикателствата и предприетите мерки за решаване на проблемите, свързани с DHCI линиите.Дадени са две истории на заболяването;един за корозията и един за царя на химическите пистолети.Обсъжда се полевият опит, показващ сложността на системите за непрекъснато впръскване в дупки по отношение на проблемите с утаяването и корозията.
Разгледани са и лабораторни изследвания и прилагане на нови методи за химическо окачествяване;как да се изпомпва химикалът, потенциал за мащабиране и предотвратяване, сложно приложение на оборудването и как химикалът ще повлияе на горната система, когато химикалът бъде произведен обратно.Приемливите критерии за химическо приложение включват проблеми с околната среда, ефективност, капацитет за съхранение отгоре, скорост на помпата, дали може да се използва съществуваща помпа и т.н. Техническите препоръки трябва да се основават на съвместимост на течности и химикали, откриване на остатъци, съвместимост на материала, подводен дизайн на пъпната тръба, система за дозиране на химикали и материали в околностите на тези линии.Може да се наложи химикалът да бъде инхибиран от хидратиране, за да се предотврати запушване на инжекционната линия от проникване на газ и химикалът не трябва да замръзва по време на транспортиране и съхранение.В съществуващите вътрешни указания има контролен списък за това кои химикали могат да се прилагат във всяка точка на системата. Физичните свойства като вискозитет са важни.Инжекционната система може да предполага 3-50 km разстояние от линията на пъпния подводен поток и 1-3 km надолу в кладенеца.Следователно температурната стабилност също е важна.Може също да се обмисли оценка на ефектите надолу по веригата, например в рафинерии.
Системи за инжектиране на химикали в дупки
Разходна полза
Непрекъснатото инжектиране на инхибитор за котлен камък в сондажа за защита на DHS Vor производствените тръби може да бъде рентабилно в сравнение с изстискването на кладенеца с инхибитор за котлен камък.Това приложение намалява потенциала за повреда на пласта в сравнение с обработките с изстискване на котлен камък, намалява потенциала за проблеми с процеса след изстискване на котлен камък и дава възможност за контролиране на скоростта на инжектиране на химикала от горната система за инжектиране.Инжекционната система може също така да се използва за инжектиране на други химикали непрекъснато в сондажа и по този начин може да намали други предизвикателства, които могат да възникнат по-надолу по веригата на процесния завод.
Извършено е цялостно проучване, разработващо стратегия за мащабиране на дъното на Oseberg S или находище.Основното безпокойство за мащаба беше CaCO;котлен камък в горната тръба и възможна повреда на DHSV.Съображенията на Oseberg S или стратегията за управление на мащаба заключиха, че за период от три години DHCI е най-рентабилното решение в кладенците, където функционират линиите за инжектиране на химикали.Основният разходен елемент по отношение на конкурентната техника за изстискване на котления камък беше по-скоро отложеното масло, отколкото химическите/оперативните разходи.За прилагането на инхибитор на котлен камък при газлифт, основният фактор за химическите разходи беше високата скорост на газлифт, водеща до висока концентрация на SI, тъй като концентрацията трябваше да бъде балансирана със скоростта на газлифт, за да се избегне химическото оръжие.За двата кладенеца на Oseberg S или които имаха добре работещи DHC I линии, тази опция беше избрана за защита на DHS V срещу CaCO;мащабиране.
Система за непрекъснато впръскване и клапани
Съществуващите решения за завършване, използващи системи за непрекъснато инжектиране на химикали, са изправени пред предизвикателства за предотвратяване на запушване на капилярните линии.Обикновено инжекционната система се състои от капилярна линия, 1/4" или 3/8" външен диаметър (OD), свързана към повърхностен колектор, подадена през и свързана към тръбната закачалка от пръстеновидната страна на тръбата.Капилярната линия е прикрепена към външния диаметър на производствената тръба чрез специални скоби на тръбата и минава от външната страна на тръбата по целия път надолу до дорника за инжектиране на химикали.Дорникът традиционно се поставя преди DHS V или по-дълбоко в кладенеца с намерението да се даде на инжектирания химикал достатъчно време за дисперсия и да се постави химикалът там, където са открити предизвикателствата.
При вентила за впръскване на химикали, фиг.2, малък патрон с диаметър около 1,5” съдържа възвратни клапани, които предотвратяват навлизането на флуиди от сондаж в капилярната линия.Това е просто малка тапичка, която се движи на пружина.Силата на пружината задава и прогнозира налягането, необходимо за отваряне на тарелката от уплътняващото гнездо.Когато химикалът започне да тече, цилиндърът се повдига от леглото си и отваря възвратния клапан.
Необходимо е да има монтирани два възвратни клапана.Единият клапан е основната бариера, предотвратяваща навлизането на флуидите от сондажа в капилярната линия.Това има относително ниско налягане на отваряне (2-15 бара). Ако хидростатичното налягане вътре в капилярната линия е по-малко от налягането в сондажния ствол, флуидите от сондажния ствол ще се опитат да навлязат в капилярната линия.Другият възвратен клапан има нетипично налягане на отваряне от 130-250 бара и е известен като система за предотвратяване на U-тръби.Този клапан предотвратява свободното протичане на химикала вътре в капилярната линия в сондажа, ако хидростатичното налягане вътре в капилярната линия е по-голямо от налягането в сондажа в точката на инжектиране на химикала вътре в производствената тръба.
В допълнение към двата възвратни клапана, обикновено има вграден филтър, чиято цел е да гарантира, че никакви отпадъци от какъвто и да е вид не могат да застрашат уплътнителните способности на системите на възвратните клапани.
Размерите на описаните възвратни клапани са доста малки и чистотата на впръскваната течност е от съществено значение за тяхната работоспособност.Смята се, че отломките в системата могат да бъдат отмити чрез увеличаване на скоростта на потока вътре в капилярната линия, така че възвратните клапани да се отворят умишлено.
Когато възвратният клапан се отвори, налягането на потока бързо намалява и се разпространява нагоре по капилярната линия, докато налягането отново се повиши.Възвратният клапан след това ще се затвори, докато потокът от химикали създаде достатъчно налягане, за да отвори клапана;резултатът е колебания на налягането в системата на възвратния клапан.Колкото по-високо е налягането на отваряне на системата на възвратния клапан, толкова по-малка площ на потока се установява, когато възвратният клапан се отвори и системата се опитва да постигне условия на равновесие.
Вентилите за впръскване на химикали имат относително ниско налягане на отваряне;и ако налягането в тръбата във входната точка на химикала стане по-малко от сумата на хидростатичното налягане на химикалите вътре в капилярната линия плюс налягането на отваряне на възвратния клапан, в горната част на капилярната линия ще се получи почти вакуум или вакуум.Когато инжектирането на химикал спре или потокът от химикал е нисък, в горната част на капилярната линия ще започнат да се появяват условия, близки до вакуума.
Нивото на вакуум зависи от налягането в сондажа, специфичното тегло на инжектираната химическа смес, използвана вътре в капилярната линия, налягането на отваряне на възвратния клапан в точката на инжектиране и скоростта на потока на химикала вътре в капилярната линия.Условията на кладенеца ще варират през целия живот на полето и следователно потенциалът за вакуум също ще варира с течение на времето.Важно е да сте наясно с тази ситуация, за да вземете правилното внимание и предпазни мерки, преди да възникнат очакваните предизвикателства.
Заедно с ниските скорости на инжектиране, обикновено разтворителите, използвани в тези видове приложения, се изпаряват, причинявайки ефекти, които не са напълно проучени.Тези ефекти са gun king или утаяване на твърди вещества, например полимери, когато разтворителят се изпарява.
Освен това, галванични клетки могат да бъдат образувани в преходната фаза между флуидната повърхност на химикала и запълнената с пара почти вакуумна газова фаза по-горе.Това може да доведе до локална точкова корозия вътре в капилярната линия в резултат на повишена агресивност на химикала при тези условия.Люспи или солни кристали, образувани като филм вътре в капилярната линия, докато вътрешността й изсъхва, могат да задръстят или запушат капилярната линия.
Философия на кладенец
Когато проектира стабилни решения за кладенци, Statoil изисква безопасността на кладенеца да е налице през цялото време на жизнения цикъл на кладенеца.По този начин Statoil изисква да има непокътнати две независими бариери за сондажи.Фигура 3 показва нетипична схема на бариера за кладенец, където синият цвят представлява основната обвивка на бариера за кладенец;в този случай производствената тръба.Червеният цвят представлява вторичната бариерна обвивка;обвивката.От лявата страна на скицата инжектирането на химикал е посочено като черна линия с точка на инжектиране към производствения тръбопровод в областта, маркирана в червено (вторична бариера).Чрез въвеждане на системи за инжектиране на химикали в кладенеца, както първичните, така и вторичните бариери в кладенеца са застрашени.
История на случаите на корозия
Последователност на събитията
Химическо инжектиране в сондаж на инхибитор на котлен камък е приложено в нефтено находище, управлявано от Statoil на норвежкия континентален шелф.В този случай прилаганият инхибитор на котления камък първоначално е бил квалифициран за горно и подводно приложение.Повторното завършване на кладенеца беше последвано от инсталиране на DHCIpointat2446mMD, Фиг.3.Инжектирането в сондажа на горния инхибитор на котлен камък започна без допълнително изпитване на химикала.
След една година работа бяха наблюдавани течове в системата за впръскване на химикали и започнаха проучвания.Течът е имал вредно въздействие върху бариерите на кладенеца.Подобни събития се случиха за няколко кладенци и някои от тях трябваше да бъдат затворени, докато тече разследването.
Производствените тръби бяха изтеглени и проучени в детайли.Корозионната атака беше ограничена до едната страна на тръбата и някои тръбни съединения бяха толкова корозирали, че всъщност имаше дупки през тях.Приблизително 8,5 мм дебела 3% хромирана стомана се разпадна за по-малко от 8 месеца.Основната корозия е настъпила в горната част на кладенеца, от устието на кладенеца надолу до приблизително 380 m MD, а най-силно корозиралите тръбни съединения са открити на около около 350 m MD.Под тази дълбочина беше наблюдавана малка или никаква корозия, но бяха открити много отломки по OD на тръбите.
Корпусът 9-5/8'' също беше срязан и издърпан и се наблюдаваха подобни ефекти;с корозия в горната част на кладенеца само от едната страна.Предизвиканият теч е причинен от спукване на отслабената част на корпуса.
Материалът на линията за химическо впръскване беше сплав 825.
Химическа квалификация
Химическите свойства и тестовете за корозия са важни акценти при квалифицирането на инхибиторите за котлен камък и действителният инхибитор за котлен камък е квалифициран и използван в горни и подводни приложения в продължение на няколко години.Причината за прилагането на действителния химикал в сондажа бяха подобрените свойства на околната среда чрез замяна на съществуващия химикал в дупката. Въпреки това, инхибиторът на котления камък беше използван само при температура на околната среда отгоре и на морското дъно (4-20 ℃).Когато се инжектира в кладенеца, температурата на химикала може да достигне до 90 ℃, но не са провеждани допълнителни тестове при тази температура.
Първоначалните тестове за корозивност бяха извършени от доставчика на химикали и резултатите показаха 2-4 mm/година за въглеродна стомана при висока температура.По време на тази фаза е имало минимално участие на материално-техническата компетентност на оператора.По-късно бяха извършени нови тестове от оператора, които показаха, че инхибиторът на котления камък е силно корозивен за материалите в производствените тръби и производствената обвивка, със скорости на корозия над 70 mm/година.Материалът на тръбопровода за химическо впръскване Alloy 825 не е тестван срещу инхибитора на котления камък преди инжектирането.Температурата на кладенеца може да достигне 90 ℃ и при тези условия трябва да са извършени адекватни тестове.
Изследването също така разкри, че инхибиторът на котления камък като концентриран разтвор е отчел pH <3,0.Въпреки това pH не е измерено.По-късно измереното pH показа много ниска стойност на pH 0-1.Това илюстрира необходимостта от измервания и материални съображения в допълнение към дадените стойности на pH.
Тълкуване на резултатите
Инжекционната линия (Фиг.3) е конструирана така, че да дава хидростатично налягане на инхибитора на котления камък, което надвишава налягането в кладенеца в точката на инжектиране.Инхибиторът се инжектира при по-високо налягане от съществуващото в сондажа.Това води до ефект на U-образна тръба при затваряне на кладенеца.Вентилът винаги ще се отваря при по-високо налягане в инжекционната линия, отколкото в кладенеца.Следователно може да възникне вакуум или изпарение в инжекционната линия.Скоростта на корозия и рискът от питинг е най-голям в зоната на преход газ/течност поради изпаряване на разтворителя.Лабораторните експерименти, проведени върху купони, потвърдиха тази теория.В кладенците, където имаше изтичане, всички дупки в инжекционните линии бяха разположени в горната част на линията за инжектиране на химикал.
Фиг. 4 показва фотография на линията DHC I със значителна точкова корозия.Корозията, наблюдавана върху външната производствена тръба, показва локално излагане на инхибитор на котления камък от точката на изтичане на питинг.Течът е причинен от точкова корозия от силно корозивен химикал и изтичане през линията за впръскване на химикали в производствения корпус.Инхибиторът за котлен камък беше напръскан от капилярната линия с костилки върху корпуса и тръбите и се появиха течове.Всякакви вторични последици от течове в инжекционната линия не са взети предвид.Беше направено заключението, че корозията на корпуса и тръбите е резултат от концентрирани инхибитори на котления камък, нанесени от капилярната линия с ямки върху корпуса и тръбите, Фиг.5.
В този случай е имало липса на участие на инженери по материална компетентност.Корозивността на химикала по DHCI линията не е тествана и вторичните ефекти, дължащи се на изтичане, не са оценени;като например дали околните материали могат да понасят излагане на химикали.
История на случая на краля на химическото оръжие
Последователност на събитията
Стратегията за предотвратяване на котлен камък за HP HT находище беше непрекъснато инжектиране на инхибитор на котлен камък преди предпазния клапан в сондажа.В кладенеца беше идентифициран сериозен потенциал за натрупване на калциев карбонат.Едно от предизвикателствата беше високата температура и високите нива на производство на газ и кондензат, съчетани с ниско производство на вода.Загрижеността при инжектиране на инхибитора на котления камък беше, че разтворителят ще бъде отстранен от високата скорост на производство на газ и ще възникне крах на химикала в точката на инжектиране преди предпазния клапан в кладенеца, Фиг.1.
По време на квалифицирането на инхибитора на котления камък фокусът беше върху ефективността на продукта при HP HT условия, включително поведение в горната технологична система (ниска температура).Утаяването на самия инхибитор на котления камък в производствените тръби поради високия дебит на газа беше основната грижа.Лабораторните тестове показаха, че инхибиторът на котления камък може да се утаи и да залепне по стената на тръбата.Поради това работата на предпазния клапан може да попречи на риска.
Опитът показа, че след няколко седмици работа химическият тръбопровод изтича.Беше възможно да се наблюдава налягането в сондажа на повърхностния манометър, монтиран в капилярната линия.Линията беше изолирана, за да се получи целостта на кладенеца.
Линията за впръскване на химикали беше извадена от кладенеца, отворена и инспектирана, за да се диагностицира проблемът и да се намерят възможни причини за повреда.Както може да се види на фиг.6, беше открито значително количество утайка и химическият анализ показа, че част от това е инхибиторът на котления камък.Утайката се намираше при уплътнението и цилиндърът и клапанът не можеха да се задействат.
Повредата на клапана е причинена от отломки вътре в системата на клапаните, които предотвратяват разяждането на възвратните клапани върху седалката от метал към метал.Отломките бяха изследвани и се оказа, че основните частици са метални стърготини, вероятно произведени по време на процеса на инсталиране на капилярната линия.В допълнение, някои бели остатъци бяха идентифицирани и на двата възвратни клапана, особено на задната страна на клапаните.Това е страната с ниско налягане, т.е. страната винаги ще бъде в контакт с течностите в сондажа.Първоначално се смяташе, че това са отломки от производствения кладенец, тъй като клапаните бяха блокирани отворени и изложени на флуиди от кладенеца.Но изследването на отломките се оказа полимери с подобна химия като химикала, използван като инхибитор на котления камък.Това привлече нашия интерес и Statoil искаше да проучи причините зад тези полимерни остатъци, присъстващи в капилярната линия.
Химическа квалификация
В сферата на HP HT има много предизвикателства по отношение на избора на подходящи химикали за смекчаване на различните производствени проблеми.При квалификацията на инхибитора за котлен камък за непрекъснато инжектиране в дупка бяха извършени следните тестове:
● Стабилност на продукта
● Термично стареене
● Тестове за динамична производителност
● Съвместимост с пластова вода и хидратен инхибитор (MEG)
● Статичен и динамичен gun king test
● Информация за повторно разтваряне вода, пресен химикал и MEG
Химикалът ще бъде инжектиран с предварително определена доза，но производството на вода не е непременно постоянно，т.е. запушване на вода.Между водните плужеци，когато химикалът навлезе в сондажа，то ще бъде посрещнато от горещ，бързо течащ поток от въглеводороден газ.Това е подобно на инжектиране на инхибитор на котления камък в приложение за газлифт (Fleming et al.2003). Заедно с
високата температура на газа，рискът от отделяне на разтворителя е изключително висок и gun king може да причини блокиране на инжекционния клапан.Това е риск дори за химикали, формулирани с разтворители с висока точка на кипене/ниско налягане на парите и други депресанти на налягането на парите (VPD). В случай на частично запушване，поток от пластова вода，MEG и/или свежият химикал трябва да могат да отстраняват или повторно разтварят дехидратирания или изхвърления химикал.
В този случай нов лабораторен тестов стенд е проектиран да възпроизвежда условия на протичане в близост до инжекционните портове при HP/HTg като производствена система.Резултатите от динамичните тестове на пистолета показват, че при предложените условия на приложение е регистрирана значителна загуба на разтворител.Това може да доведе до бърз пушек и евентуално блокиране на тръбопроводите.Следователно работата показа, че съществува сравнително значителен риск за непрекъснато инжектиране на химикали в тези кладенци преди производството на вода и доведе до решението да се коригират нормалните процедури за стартиране на това находище, забавяйки инжектирането на химикали, докато не бъде открит пробив на вода.
Квалифицирането на инхибитора на котления камък за непрекъснато инжектиране в сондажа имаше силен фокус върху отстраняването на разтворителя и форсирането на инхибитора на котления камък в точката на инжектиране и в тръбопровода, но потенциалът за форсиране в самия инжекционен клапан не беше оценен.Инжекционният клапан вероятно е повреден поради значителна загуба на разтворител и бърз пистолет,Фиг.6. Резултатите показват, че е важно да имаме холистичен поглед върху системата;не се фокусира само върху производствените предизвикателства,но и предизвикателства, свързани с инжектирането на химикала,т.е инжекционен клапан.
Опит от други области
Един от ранните доклади за проблеми с линиите за инжектиране на химикали на дълги разстояния беше от сателитните полета на Gull fak sandVig dis (Osa и др. 2001). в линията през инжекционния клапан.Разработени са нови насоки за разработване на химикали за подводно производство.Изискванията включват отстраняване на частици (филтриране) и добавяне на хидратен инхибитор (напр. гликол) към всички инхибитори на водна основа, които да бъдат инжектирани в подводните шаблони.Химическа стабилност,вискозитетът и съвместимостта (течност и материали) също бяха взети предвид.Тези изисквания са включени допълнително в системата на Statoil и включват инжектиране на химикали в дупки.
По време на фазата на разработване на находището Oseberg S или находището беше решено всички кладенци да бъдат завършени със системи DHC I (Fleming et al.2006). Целта беше да се предотврати CaCO；мащабиране в горната тръба чрез инжектиране на SI.Едно от основните предизвикателства по отношение на линиите за инжектиране на химикали беше постигането на комуникация между повърхността и изхода в дупката.Вътрешният диаметър на линията за инжектиране на химикали се стесни от 7 mm на 0,7 mm (ID) около предпазния клапан на пръстена поради ограниченията на пространството и способността на течността да се транспортира през тази секция е повлияла на степента на успех.Няколко кладенци на платформата имаха линии за инжектиране на химикали, които бяха запушени,но причината не беше разбрана.Влакове от различни течности (гликол,суров,кондензат,ксилен,инхибитор на мащаба,вода и др.) бяха лабораторно тествани за вискозитет и съвместимост и изпомпвани напред и в обратен поток за отваряне на линиите;въпреки това,целевият инхибитор на котлен камък не може да бъде изпомпван чак до вентила за впръскване на химикал.По-нататък,наблюдавани са усложнения с утаяване на инхибитора на котления камък на фосфоната заедно с остатъчния CaClz солен разтвор за завършване в един кладенец и върхът на инхибитора на котления камък в кладенец с високо съотношение на газьол и ниска водност (Fleming et al.2006)
Поуки
Разработване на метод за изпитване
Основните поуки, извлечени от неуспеха на системите DHC I, са по отношение на техническата ефективност на инхибитора на котления камък, а не по отношение на функционалността и инжектирането на химикали.Горното инжектиране и подводното инжектиране са работили добре с течение на времето;въпреки това,приложението е разширено до инжектиране на химикали в дупки без съответна актуализация на методите за квалификация на химикали.Опитът на Statoil от двата представени полеви случая е, че ръководната документация или насоките за химическа квалификация трябва да бъдат актуализирани, за да включват този тип химично приложение.Основните две предизвикателства бяха идентифицирани като i) вакуум в линията за инжектиране на химикала и ii) потенциално утаяване на химикала.
Изпарението на химикала може да настъпи върху производствения тръбопровод (както се вижда в корпуса на пистолета) и в инжекционния тръбопровод (преходен интерфейс е идентифициран във вакуумния корпус) съществува риск тези утайки да бъдат преместени с потока и в инжекционния клапан и по-нататък в кладенеца.Вентилът за впръскване често е проектиран с филтър преди точката на впръскване,това е предизвикателство,тъй като в случай на валежи този филтър може да бъде запушен, което да доведе до повреда на клапана.
Наблюденията и предварителните заключения от извлечените уроци доведоха до обширно лабораторно изследване на явленията.Общата цел беше да се разработят нови методи за квалификация, за да се избегнат подобни проблеми в бъдеще.В това проучване са проведени различни тестове и са проектирани (разработени с цел) няколко лабораторни метода за изследване на химикали по отношение на идентифицираните предизвикателства.
● Запушвания на филтъра и стабилност на продукта в затворени системи.
● Ефектът от частичната загуба на разтворител върху корозивността на химикалите.
● Ефектът от частичната загуба на разтворител в капиляра върху образуването на твърди вещества или вискозни тапи.
По време на тестовете на лабораторните методи бяха идентифицирани няколко потенциални проблема
● Повтарящи се запушвания на филтъра и лоша стабилност.
● Образуване на твърди вещества след частично изпаряване от капиляр
● PH промени поради загуба на разтворител.
Естеството на проведените тестове също предостави допълнителна информация и знания, свързани с промените във физичните свойства на химикалите в капилярите, когато са подложени на определени условия,и как това се различава от масовите разтвори, подложени на подобни условия.Тестовата работа също установи значителни разлики между обемната течност，парни фази и остатъчни течности, които могат да доведат или до повишен потенциал за утаяване и/или до повишена корозивност.
Процедурата за изпитване на корозивност на инхибиторите на котления камък е разработена и включена в ръководната документация.За всяко приложение трябваше да се извърши разширено тестване за корозивност, преди да може да се приложи инжектиране на инхибитор на котления камък.Извършени са и кралски тестове на химикала в инжекционната линия.
Преди да започне квалификация на химикал е важно да се създаде обхват на работа, който описва предизвикателствата и целта на химикала.В началната фаза е важно да се идентифицират основните предизвикателства, за да можете да изберете видовете химикал(и), които ще решат проблема.Обобщение на най-важните критерии за приемане може да се намери в таблица 2.
Квалификация на химикалите
Квалификацията на химикалите се състои както от изпитване, така и от теоретични оценки за всяко приложение.Трябва да се дефинират и установят технически спецификации и критерии за изпитване，например в рамките на HSE,материална съвместимост,стабилност на продукта и качество на продукта (частици).По-нататък,точката на замръзване,вискозитет и съвместимост с други химикали,хидратен инхибитор,пластовата вода и произведеният флуид трябва да бъдат определени.В таблица 2 е даден опростен списък с методи за изпитване, които могат да се използват за квалификация на химикали.
Непрекъснат фокус върху и мониторинг на техническата ефективност,нивата на дозиране и фактите за HSE са важни.Изискванията на даден продукт могат да променят жизнения цикъл на поле или производствена инсталация；варират в зависимост от производствените нива, както и от състава на течността.Последваща дейност с оценка на изпълнението,оптимизирането и/или тестването на нови химикали трябва да се извършва често, за да се осигури оптимална програма за третиране.
В зависимост от качеството на маслото,производство на вода и технически предизвикателства в офшорния производствен завод,използването на производствени химикали може да е необходимо за постигане на експортно качество,нормативни изисквания,и да управлява офшорната инсталация по безопасен начин.Всички полета имат различни предизвикателства и необходимите производствени химикали ще варират от поле на поле и извънреден труд.
Важно е да се съсредоточите върху техническата ефективност на производствените химикали в квалификационна програма,но също така е много важно да се съсредоточите върху свойствата на химикала,като стабилност,качество и съвместимост на продукта.Съвместимостта в тази настройка означава съвместимост с течностите,материали и други производствени химикали.Това може да бъде предизвикателство.Не е желателно да се използва химикал за решаване на проблем, за да се установи по-късно, че химикалът допринася или създава нови предизвикателства.Може би най-голямото предизвикателство са свойствата на химикала, а не техническото предизвикателство.
Специални изисквания
Специални изисквания за филтриране на доставяните продукти трябва да се прилагат за подводната система и за непрекъснато инжектиране в сондажа.Цедките и филтрите в системата за впръскване на химикали трябва да бъдат осигурени въз основа на спецификацията на оборудването надолу по веригата от горната система за впръскване,помпи и инжекционни клапани,към инжекционните клапани в сондажа.Когато се прилага непрекъснато инжектиране на химикали в сондаж, спецификацията в системата за инжектиране на химикали трябва да се основава на спецификацията с най-висока критичност.Това може би е филтърът на инжекционния клапан в сондажа.
Предизвикателства при инжектиране
Инжекционната система може да предполага 3-50 км разстояние от пъпната подводна линия на потока и 1-3 км надолу в кладенеца.Физическите свойства като вискозитет и способността за изпомпване на химикалите са важни.Ако вискозитетът при температура на морското дъно е твърде висок, може да се окаже предизвикателство да се изпомпва химикалът през линията за инжектиране на химикала в подводния пъпен канал и до точката на подводно инжектиране или в кладенеца.Вискозитетът трябва да бъде в съответствие със спецификацията на системата при очаквана температура на съхранение или работа.Това трябва да се преценява във всеки отделен случай,и ще зависи от системата.Тъй като скоростта на инжектиране на химикали в таблицата е фактор за успех при инжектирането на химикали.За минимизиране на риска от запушване на линията за впръскване на химикал，химикалите в тази система трябва да бъдат инхибирани от хидратиране (ако има потенциал за хидратиране).Трябва да се извърши съвместимост с течности, налични в системата (консервираща течност) и инхибитора на хидрата.Тестове за стабилност на химикала при действителни температури (най-ниската възможна температура на околната среда,температура на околната среда,подводна температура,температурата на впръскване) трябва да се премине.
Трябва също така да се има предвид програма за измиване на линиите за инжектиране на химикали при дадена честота.Може да има превантивен ефект редовното промиване на линията за впръскване на химикал с разтворител，гликол или почистващ химикал, за да премахнете възможните отлагания, преди да са се натрупали и да причинят запушване на линията.Избраният химичен разтвор на промивна течност трябва да бъдесъвместим с химикала в инжекционната линия.
В някои случаи линията за инжектиране на химикали се използва за няколко химически приложения въз основа на различни предизвикателства през живота на полето и условията на течността.В началната производствена фаза преди пробива на водата основните предизвикателства могат да бъдат различни от тези в края на живота, често свързани с повишено производство на вода.Преминаването от инхибитор на базата на неводен разтворител, като например инхибитор на асфалта, към химикал на водна основа, като инхибитор на котлен камък, може да доведе до предизвикателства по отношение на съвместимостта.Поради това е важно да се съсредоточите върху съвместимостта и квалификацията и употребата на разделители, когато се планира смяна на химикал в линията за инжектиране на химикал.
Материали
Относно съвместимостта на материалите,всички химикали трябва да са съвместими с уплътненията,еластомери，уплътнения и строителни материали, използвани в системата за химическо впръскване и производственото предприятие.Следва да се разработи процедура за изпитване на корозивност на химикали (напр. инхибитор на киселинен котлен камък) за непрекъснато инжектиране в сондаж.За всяко приложение трябва да се направи разширено тестване за корозивност, преди да може да се приложи инжектиране на химикали.
Дискусия
Трябва да се оценят предимствата и недостатъците на непрекъснатото инжектиране на химикали в дупки.Непрекъснатото инжектиране на инхибитор за котлен камък за защита на DHS Vor производствените тръби е елегантен метод за защита на кладенеца от котлен камък.Както се споменава в този документ, има няколко предизвикателства с непрекъснатото инжектиране на химикали в дупки,но за да се намали рискът, е важно да се разберат явленията, свързани с решението.
Един от начините за намаляване на риска е да се съсредоточите върху разработването на тестови методи.В сравнение с горното или подводното химическо инжектиране има различни и по-тежки условия долу в кладенеца.Процедурата за квалификация на химикали за непрекъснато инжектиране на химикали в сондажа трябва да вземе предвид тези промени в условията.Квалификацията на химикалите трябва да бъде направена според материала, с който химикалите могат да влязат в контакт.Изискванията за квалификация за съвместимост и тестване при условия, които възпроизвеждат възможно най-близко различните условия на жизнения цикъл на сондажа, при които тези системи ще работят, трябва да бъдат актуализирани и внедрени.Развитието на тестовия метод трябва да бъде доразвито до по-реалистични и представителни тестове.
В допълнение,взаимодействието между химикалите и оборудването е от съществено значение за успеха.Разработването на инжекционните химически клапани трябва да вземе под внимание химичните свойства и местоположението на инжекционния клапан в кладенеца.Трябва да се обмисли включването на истински инжекционни клапани като част от оборудването за изпитване и извършването на изпитване на ефективността на инхибитора на котления камък и дизайна на клапана като част от програмата за квалификация.За да се квалифицират инхибиторите на котления камък,основният фокус по-рано беше върху предизвикателствата на процеса и инхибирането на мащаба,но доброто инхибиране на мащаба зависи от стабилното и непрекъснато инжектиране.Без стабилно и непрекъснато инжектиране потенциалът за мащаб ще се увеличи.Ако инжекционният клапан за инхибитор на котлен камък е запушен и няма инжектиране на инхибитор на котления камък в потока от течност,кладенецът и предпазните клапани не са защитени от котлен камък и следователно безопасното производство може да бъде застрашено.Процедурата за квалификация трябва да се погрижи за предизвикателствата, свързани с инжектирането на инхибитора на котления камък, в допълнение към предизвикателствата на процеса и ефективността на квалифицирания инхибитор на котления камък.
Новият подход включва няколко дисциплини и сътрудничеството между дисциплините и съответните отговорности трябва да бъдат изяснени.В това приложение горната технологична система,включени са подводни шаблони и проектиране и завършване на кладенци.Мултидисциплинарните мрежи, фокусирани върху разработването на надеждни решения за системи за инжектиране на химикали, са важни и може би пътят към успеха.Комуникацията между различните дисциплини е от решаващо значение;особено важна е тясната комуникация между химиците, които контролират прилаганите химикали и инженерите по кладенеца, които контролират оборудването, използвано в кладенеца.Разбирането на предизвикателствата на различните дисциплини и ученето един от друг е от съществено значение за разбирането на сложността на целия процес.
Заключение
● Непрекъснатото инжектиране на инхибитор на котлен камък за защита на DHS Vor производствените тръби е елегантен метод за защита на кладенеца от котлен камък
● За решаване на идентифицираните предизвикателства,следните препоръки са:
● Трябва да се извърши специална процедура за квалификация на DHCI.
● Метод за квалификация на вентили за впръскване на химикали
● Методи за изпитване и квалификация за химическа функционалност
● Разработване на метода
● Тестване на съответните материали
● Мултидисциплинарното взаимодействие, при което комуникацията между различните участващи дисциплини е от решаващо значение за успеха.
Благодарности
Авторът желае да благодари на Statoil AS A за разрешението да публикува тази работа и на Baker Hughes и Schlumberger за разрешаването на използването на изображението на фиг.2.
Номенклатура
(Ba/Sr)SO4=бариев/стронциев сулфат
CaCO3 = калциев карбонат
DHCI = инжектиране на химикал в дупка
DHSV = предпазен клапан в дупка
например=например
GOR = коефициент на газьол
HSE=безопасна за здравето среда
HPHT=високо налягане висока температура
ID=вътрешен диаметър
т.е.=това е
км=километри
mm=милиметър
MEG=моно етилен гликол
mMD=метър измерена дълбочина
OD = външен диаметър
SI=инхибитор на котления камък
mTV D=метър обща вертикална дълбочина
U-тръба=U-образна тръба
VPD=депресант на налягането на парите
Фигура 1. Общ преглед на системите за инжектиране на химикали под вода и в дупка в нетипично поле.Скица на химическо инжектиране нагоре по потока DHSV и свързаните с това очаквани предизвикателства.DHS V=предпазен клапан в дупка, PWV=процесен крилчат клапан и PM V=процесен главен клапан.
Фигура 2. Скица на атипична система за инжектиране на химикали в сондаж с дорник и клапан.Системата се закача към повърхностния колектор, подава се през и се свързва към закачалката на тръбата от пръстеновидната страна на тръбата.Химическият инжекционен дорник традиционно се поставя дълбоко в кладенеца с намерение да осигури химическа защита.
Фигура 3. Типична схема на бариера за кладенец,където синият цвят представлява основната бариерна обвивка на кладенеца;в този случай производствената тръба.Червеният цвят представлява вторичната бариерна обвивка;обвивката.От лявата страна е посочена химическата инжекция, черна линия с точка на инжектиране към производствения тръбопровод в областта, маркирана с червено (вторична бариера).
Фигура 4. Отвор с вдлъбнатини, открит в горната част на инжекционната линия 3/8”.Областта е показана на скицата на схема на нетипична бариера за кладенец, маркирана с оранжева елипса.
Фигура 5. Тежка корозионна атака върху 7” 3% хромирани тръби.Фигурата показва корозионната атака след инхибитора на котления камък, напръскан от линията за инжектиране на химикали без костилки върху производствения тръбопровод.
Фигура 6. Отломки, открити във вентила за впръскване на химикал.Отломките в този случай бяха метални стърготини, вероятно от процеса на инсталиране, в допълнение към някои белезникави отломки.Изследването на белите отломки доказа, че са полимери с подобна химия като инжектирания химикал
Време на публикуване: 27 април 2022 г