Línies d'injecció química de fons: per què fallen?Experiències, reptes i aplicació de nous mètodes de prova
Copyright 2012, Society of Petroleum Engineers
Resum
Statoil està operant diversos camps on s'aplica la injecció contínua de l'inhibidor d'escala de fons.L'objectiu és protegir el tub superior i la vàlvula de seguretat de (Ba/Sr) SO4oCaCO;escala, en els casos en què la compressió d'escala pot ser difícil i costosa de dur a terme de manera regular, per exemple, lligament de camps submarins.
La injecció contínua d'inhibidor d'escala al fons del forat és una solució tècnicament adequada per protegir la canonada superior i la vàlvula de seguretat en pous que tenen potencial d'escala per sobre de l'envasador de producció;especialment en pous que no s'han d'esprémer de manera regular a causa del potencial d'escala a la zona propera del pou.
Dissenyar, operar i mantenir les línies d'injecció de productes químics requereix un enfocament addicional en la selecció de materials, la qualificació química i el seguiment.La pressió, la temperatura, els règims de flux i la geometria del sistema poden introduir reptes per al funcionament segur.S'han identificat reptes en línies d'injecció de diversos quilòmetres des de la instal·lació de producció fins a la plantilla submarina i en les vàlvules d'injecció dels pous.
Es discuteixen experiències de camp que mostren la complexitat dels sistemes d'injecció contínua de fons de forat pel que fa a problemes de precipitació i corrosió.Estudis de laboratori i aplicació de nous mètodes de qualificació química a representat.S'aborden les necessitats d'accions multidisciplinàries.
Introducció
Statoil està operant diversos camps on s'ha aplicat la injecció contínua de productes químics al fons del forat.Això implica principalment la injecció d'inhibidor d'escala (SI) on l'objectiu és protegir el tub superior i la vàlvula de seguretat de fons (DHSV) de (Ba/Sr) SO4 o CaCO;escala.En alguns casos, el trencador d'emulsió s'injecta al fons del forat per iniciar el procés de separació el més profund possible al pou a una temperatura relativament alta.
La injecció contínua d'inhibidor d'escala al fons del forat és una solució tècnicament adequada per protegir la part superior dels pous que tenen potencial d'escala per sobre de l'envasador de producció.Es pot recomanar la injecció contínua, especialment en pous que no s'han d'esprémer a causa del baix potencial d'escala del pou proper;o en els casos en què la compressió d'escala pot ser difícil i costosa de dur a terme de manera regular, per exemple, la vinculació de camps submarins.
Statoil té una àmplia experiència en injecció química contínua als sistemes superiors i plantilles submarines, però el nou repte és portar el punt d'injecció més endins al pou.Dissenyar, operar i mantenir les línies d'injecció química requereix un enfocament addicional en diversos temes;com la selecció de materials, la qualificació química i el seguiment.La pressió, la temperatura, els règims de flux i la geometria del sistema poden introduir reptes per al funcionament segur.S'han identificat reptes en línies d'injecció llargues (diversos quilòmetres) des de la instal·lació de producció fins a la plantilla submarina i a les vàlvules d'injecció dels pous;Fig.1.Alguns dels sistemes d'injecció han funcionat segons el previst, mentre que altres han fallat per diferents motius.Es preveuen diversos desenvolupaments de camp nous per a la injecció química de fons (DHCI);malgrat això;en alguns casos l'equip encara no ha estat totalment qualificat.
L'aplicació de DHCI és una tasca complexa.Implica la finalització i els dissenys del pou, la química del pou, el sistema de la part superior i el sistema de dosificació química del procés de la part superior.El producte químic es bombarà des de la part superior a través de la línia d'injecció de productes químics fins a l'equip de finalització i cap al pou.Per tant, en la planificació i execució d'aquest tipus de projectes la cooperació entre diverses disciplines és crucial.S'han d'avaluar diverses consideracions i és important una bona comunicació durant el disseny.Hi participen enginyers de processos, enginyers submarins i enginyers de finalització, que tracten temes de química de pous, selecció de materials, garantia de flux i gestió de productes químics de producció.Els reptes poden ser el rei de la pistola química o l'estabilitat de la temperatura, la corrosió i, en alguns casos, un efecte de buit a causa de la pressió local i els efectes de flux a la línia d'injecció química.A més d'aquestes, condicions com alta pressió, alta temperatura, alta taxa de gas, alt potencial d'escala,umbilical de llarga distància i punt d'injecció profund al pou, donen diferents reptes tècnics i requisits al producte químic injectat i a la vàlvula d'injecció.
Una visió general dels sistemes DHCI instal·lats a les operacions de Statoil mostra que l'experiència no sempre ha estat exitosa Taula 1. No obstant això, s'està duent a terme la planificació per a la millora del disseny d'injecció, la qualificació química, l'operació i el manteniment.Els reptes varien d'un camp a un altre, i el problema no és necessàriament que la pròpia vàlvula d'injecció química no funcioni.
Durant els últims anys s'han experimentat diversos reptes relacionats amb les línies d'injecció química de fons.En aquest article es donen alguns exemples d'aquestes experiències.El document analitza els reptes i les mesures adoptades per resoldre els problemes relacionats amb les línies DHCI.Es donen dos casos històrics;un sobre la corrosió i un altre sobre el rei de la pistola química.Es discuteixen experiències de camp que mostren la complexitat dels sistemes d'injecció contínua de fons de forat pel que fa a problemes de precipitació i corrosió.
També es consideren estudis de laboratori i aplicació de nous mètodes per a la qualificació química;com bombar el producte químic, potencial d'escala i prevenció, aplicació complexa d'equips i com afectarà el producte químic al sistema de la part superior quan es torni a produir el producte químic.Els criteris d'acceptació per a l'aplicació química inclouen qüestions ambientals, eficiència, capacitat d'emmagatzematge superior, velocitat de la bomba, si es pot utilitzar la bomba existent, etc. Les recomanacions tècniques s'han de basar en la compatibilitat de fluids i química, detecció de residus, compatibilitat de materials, disseny umbilical submarí, sistema de dosificació química. i materials a l'entorn d'aquestes línies.És possible que s'hagi d'inhibir la substància química per evitar l'obturació de la línia d'injecció per la invasió de gas i la substància química no s'ha de congelar durant el transport i l'emmagatzematge.A les directrius internes existents hi ha una llista de comprovació de quins productes químics es poden aplicar en cada punt del sistema. Les propietats físiques com la viscositat són importants.El sistema d'injecció pot implicar una distància de 3-50 km de la línia de flux submarina umbilical i 1-3 km cap avall al pou.Per tant, l'estabilitat de la temperatura també és important.També pot haver-se de considerar l'avaluació dels efectes aigües avall, per exemple a les refineries.
Sistemes d'injecció química de fons
Cost benefici
La injecció contínua d'inhibidor d'escales al fons del forat per protegir el DHS Vor el tub de producció potser és rendible en comparació amb l'esprémer el pou amb l'inhibidor d'escales.Aquesta aplicació redueix el potencial de danys a la formació en comparació amb els tractaments de compressió d'escala, redueix el potencial de problemes de procés després de la compressió d'una escala i ofereix la possibilitat de controlar la velocitat d'injecció química des del sistema d'injecció superior.El sistema d'injecció també es pot utilitzar per injectar altres productes químics contínuament al fons del forat i, per tant, pot reduir altres reptes que es poden produir més avall de la planta de procés.
S'ha realitzat un estudi exhaustiu desenvolupant una estratègia a escala de fons del camp Oseberg S.La principal preocupació a escala era CaCO;escalada a la canonada superior i possible fallada del DHSV.Les consideracions d'Oseberg S o d'estratègia de gestió d'escala van concloure que durant un període de tres anys, DHCI va ser la solució més rendible als pous on funcionaven les línies d'injecció química.L'element de cost principal pel que fa a la tècnica competidora de compressió d'escala va ser l'oli ajornat més que el cost químic/operatiu.Per a l'aplicació de l'inhibidor d'escala en l'elevació de gas, el factor principal en el cost químic va ser l'alta taxa d'elevació de gas que conduïa a una concentració elevada de SI, ja que la concentració s'havia d'equilibrar amb la taxa d'elevació de gas per evitar el rei de la pistola química.Per als dos pous d'Oseberg S o que tenien línies DHC I en bon funcionament, es va triar aquesta opció per protegir els DHS V contra CaCO;escalant.
Sistema d'injecció contínua i vàlvules
Les solucions de finalització existents que utilitzen sistemes d'injecció química contínua s'enfronten a reptes per evitar l'obturació de les línies capil·lars.Normalment, el sistema d'injecció consisteix en una línia capil·lar, de 1/4 "o 3/8" de diàmetre exterior (OD), connectada a un col·lector de superfície, alimentada i connectada al penjador de tubs al costat anular del tub.La línia capil·lar s'uneix al diàmetre exterior del tub de producció mitjançant pinces especials de collar de tubs i s'estén a l'exterior del tub fins al mandril d'injecció química.El mandril es col·loca tradicionalment aigües amunt del DHS V o més endins del pou amb la intenció de donar a la substància química injectada un temps de dispersió suficient i de col·locar la substància química on es troben els reptes.
A la vàlvula d'injecció química, Fig.2, un petit cartutx d'uns 1,5 polzades de diàmetre conté les vàlvules de retenció que impedeixen que els fluids del pou de forat entrin a la línia capil·lar.És simplement un petit poppet que cavalca sobre una molla.La força de la molla estableix i prediu la pressió necessària per obrir la butaca del seient de segellat.Quan la substància química comença a fluir, la butxaca s'aixeca del seu seient i obre la vàlvula de retenció.
Cal tenir instal·lades dues vàlvules de retenció.Una vàlvula és la barrera principal que impedeix que els fluids del pou de forat entrin a la línia capil·lar.Té una pressió d'obertura relativament baixa (2-15 bars). Si la pressió hidrostàtica dins de la línia capil·lar és inferior a la pressió del pou, els fluids del pou intentaran entrar a la línia capil·lar.L'altra vàlvula de retenció té una pressió d'obertura atípica de 130-250 bars i es coneix com el sistema de prevenció del tub en U.Aquesta vàlvula impedeix que la substància química dins de la línia capil·lar flueixi lliurement al pou si la pressió hidrostàtica dins de la línia capil·lar és superior a la pressió del pou al punt d'injecció química dins del tub de producció.
A més de les dues vàlvules de retenció, normalment hi ha un filtre en línia, el propòsit d'això és assegurar-se que cap residu de cap tipus pugui posar en perill les capacitats de segellat dels sistemes de vàlvules de retenció.
Les mides de les vàlvules de retenció descrites són més aviat petites i la neteja del fluid injectat és essencial per a la seva funcionalitat operativa.Es creu que els residus del sistema es poden eliminar augmentant el cabal dins de la línia capil·lar, de manera que les vàlvules de retenció s'obrin voluntàriament.
Quan s'obre la vàlvula de retenció, la pressió que flueix disminueix ràpidament i es propaga per la línia capil·lar fins que la pressió torna a augmentar.Aleshores, la vàlvula de retenció es tancarà fins que el flux de productes químics acumuli la pressió suficient per obrir la vàlvula;el resultat són oscil·lacions de pressió en el sistema de vàlvules de retenció.Com més pressió d'obertura tingui el sistema de vàlvules de retenció, menys àrea de flux s'estableix quan la vàlvula de retenció s'obre i el sistema intenta aconseguir les condicions d'equilibri.
Les vàlvules d'injecció química tenen una pressió d'obertura relativament baixa;i si la pressió del tub al punt d'entrada de productes químics és inferior a la suma de la pressió hidrostàtica dels productes químics dins de la línia capil·lar més la pressió d'obertura de la vàlvula de retenció, es produirà un buit o un buit a la part superior de la línia capil·lar.Quan la injecció de productes químics s'atura o el flux de productes químics és baix, es començaran a produir condicions de buit a la part superior de la línia capil·lar.
El nivell de buit depèn de la pressió del pou, la gravetat específica de la barreja química injectada utilitzada dins de la línia capil·lar, la pressió d'obertura de la vàlvula de retenció al punt d'injecció i el cabal de la substància química dins de la línia capil·lar.Les condicions del pou variaran al llarg de la vida útil del camp i, per tant, el potencial de buit també variarà amb el temps.És important ser conscient d'aquesta situació per prendre la consideració i la precaució adequades abans que es produeixin els reptes esperats.
Juntament amb les baixes taxes d'injecció, normalment els dissolvents utilitzats en aquest tipus d'aplicacions s'estan evaporant provocant efectes que no s'han explorat del tot.Aquests efectes són el rei de la pistola o la precipitació de sòlids, per exemple polímers, quan el dissolvent s'està evaporant.
A més, es poden formar cèl·lules galvàniques en la fase de transició entre la superfície del fluid de la substància química i la fase de gas gairebé buit plena de vapor anterior.Això pot provocar una corrosió local per picat dins de la línia capil·lar com a resultat de l'augment de l'agressivitat del producte químic en aquestes condicions.Els flocs o cristalls de sal formats com una pel·lícula a l'interior de la línia capil·lar a mesura que el seu interior s'asseca podrien encallar o tapar la línia capil·lar.
Bé, filosofia de barrera
Quan es dissenya solucions de pous robustes, Statoil requereix que la seguretat del pou estigui al seu lloc en tot moment durant el cicle de vida del pou.Per tant, Statoil requereix que hi hagi dues barreres de pous independents intactes.La figura 3 mostra un esquema atípic de la barrera del pou, on el color blau representa l'embolcall de la barrera del pou primari;en aquest cas el tub de producció.El color vermell representa l'embolcall de barrera secundària;la carcassa.A la part esquerra de l'esbós, la injecció química s'indica com una línia negra amb el punt d'injecció al tub de producció a la zona marcada amb vermell (barrera secundària).En introduir sistemes d'injecció de productes químics al pou, es comprometen tant les barreres primàries com les secundàries del pou.
Historial de casos de corrosió
Seqüència dels fets
S'ha aplicat una injecció química de fons d'inhibidor d'escala en un jaciment de petroli operat per Statoil a la plataforma continental noruega.En aquest cas, l'inhibidor d'escales aplicat havia estat originalment qualificat per a l'aplicació superior i submarina.La nova finalització del pou va ser seguida de la instal·lació de DHCIpointat2446mMD, Fig.3.La injecció de fons de l'inhibidor d'escala superior es va iniciar sense més proves de la substància química.
Després d'un any de funcionament, es van observar fuites al sistema d'injecció química i es van iniciar les investigacions.La fuita va tenir un efecte perjudicial sobre les barreres del pou.Es van produir fets similars en diversos pous i alguns d'ells van haver de ser tancats mentre la investigació continuava.
El tub de producció es va estirar i estudiar amb detall.L'atac de corrosió es va limitar a un costat del tub, i algunes juntes del tub estaven tan corroïdes que realment hi havia forats a través d'elles.Aproximadament 8,5 mm de gruix d'acer al crom al 3% s'havia desintegrat en menys de 8 mesos.La corrosió principal s'havia produït a la secció superior del pou, des del cap de pou fins a aproximadament 380 m MD, i les juntes de tubs corroïdes pitjors es van trobar al voltant de 350 m MD.Per sota d'aquesta profunditat es va observar poca o cap corrosió, però es van trobar molts residus als diàmetres exteriors del tub.
També es va tallar i estirar la carcassa de 9-5/8'' i es van observar efectes similars;amb corrosió a la part superior del pou només per un costat.La fuita induïda va ser causada per la ruptura de la secció debilitat de la carcassa.
El material de la línia d'injecció química era l'aliatge 825.
Qualificació química
Les propietats químiques i les proves de corrosió són focus importants en la qualificació d'inhibidors d'escala i l'inhibidor d'escala real s'havia qualificat i utilitzat en aplicacions superiors i submarines durant diversos anys.El motiu de l'aplicació de la substància química real va ser la millora de les propietats ambientals mitjançant la substitució de la substància química existent de fons. Tanmateix, l'inhibidor d'escala només s'havia utilitzat a temperatures ambientals superiors i del fons marí (4-20 ℃).Quan s'injecta al pou, la temperatura de la substància química podria arribar als 90 ℃, però no s'havien realitzat més proves a aquesta temperatura.
Les proves inicials de corrosivitat havien estat realitzades pel proveïdor químic i els resultats van mostrar 2-4 mm/any per a acer al carboni a alta temperatura.Durant aquesta fase hi havia hagut una implicació mínima de la competència tècnica material de l'operador.Més tard, l'operador va realitzar noves proves que van demostrar que l'inhibidor d'escala era altament corrosiu per als materials dels tubs de producció i la carcassa de producció, amb taxes de corrosió superiors als 70 mm/any.El material de la línia d'injecció química Alloy 825 no s'havia provat amb l'inhibidor d'escala abans de la injecció.La temperatura del pou pot arribar als 90 ℃ i s'haurien d'haver realitzat proves adequades en aquestes condicions.
La investigació també va revelar que l'inhibidor d'escales com a solució concentrada havia informat un pH <3,0.Tanmateix, el pH no s'havia mesurat.Més tard, el pH mesurat va mostrar un valor molt baix de pH 0-1.Això il·lustra la necessitat de mesuraments i consideracions de materials a més dels valors de pH donats.
Interpretació dels resultats
La línia d'injecció (Fig.3) està construïda per donar una pressió hidrostàtica de l'inhibidor d'escala que supera la pressió al pou al punt d'injecció.L'inhibidor s'injecta a una pressió superior a la que existeix al pou.Això provoca un efecte de tub en U al tancament del pou.La vàlvula s'obrirà sempre amb una pressió més alta a la línia d'injecció que al pou.Per tant, es pot produir buit o evaporació a la línia d'injecció.La taxa de corrosió i el risc de picar és més gran a la zona de transició gas/líquid a causa de l'evaporació del dissolvent.Els experiments de laboratori realitzats amb cupons van confirmar aquesta teoria.Als pous on es van experimentar fuites, tots els forats de les línies d'injecció estaven situats a la part superior de la línia d'injecció química.
La figura 4 mostra una fotografia de la línia DHC I amb una corrosió significativa per perforació.La corrosió observada al tub de producció exterior va indicar una exposició local a l'inhibidor d'escala des del punt de fuita per picat.La fuita va ser causada per la corrosió per picadura de productes químics altament corrosius i la fuita a través de la línia d'injecció de productes químics a la carcassa de producció.L'inhibidor de l'escala es va ruixar des de la línia capil·lar picada cap a la carcassa i el tub i es van produir fuites.No s'havia considerat cap conseqüència secundària de les fuites a la línia d'injecció.Es va concloure que la corrosió de la carcassa i el tub va ser el resultat d'inhibidors d'escala concentrats que es van pregar des de la línia capil·lar amb fosa fins a la carcassa i el tub, Fig.5.
En aquest cas hi havia hagut una manca d'implicació dels enginyers de competència material.No s'havia provat la corrosivitat del producte químic a la línia DHCI i no s'havien avaluat els efectes secundaris deguts a les fuites;com ara si els materials circumdants podrien tolerar l'exposició química.
Història del cas del rei de les armes químiques
Seqüència dels fets
L'estratègia de prevenció d'escala per a un camp HP HT va ser la injecció contínua d'inhibidor d'escala aigües amunt de la vàlvula de seguretat de fons.Es va identificar un fort potencial d'escala de carbonat de calci al pou.Un dels reptes va ser l'alta temperatura i les altes taxes de producció de gas i condensats combinades amb una baixa taxa de producció d'aigua.La preocupació per la injecció d'inhibidor d'escala era que el dissolvent s'eliminaria per l'alta taxa de producció de gas i la pistola rei de la substància química es produiria al punt d'injecció aigües amunt de la vàlvula de seguretat del pou, Fig.1.
Durant la qualificació de l'inhibidor d'escala, el focus es va centrar en l'eficiència del producte en condicions d'HP HT inclòs el comportament en el sistema de procés de la part superior (baixa temperatura).La principal preocupació va ser la precipitació de l'inhibidor d'escala en el tub de producció a causa de l'alta taxa de gas.Les proves de laboratori van demostrar que l'inhibidor d'escala podria precipitar-se i adherir-se a la paret del tub.Per tant, el funcionament de la vàlvula de seguretat podria superar el risc.
L'experiència va demostrar que després d'unes setmanes de funcionament la línia química tenia fuites.Va ser possible controlar la pressió del pou al manòmetre de superfície instal·lat a la línia capil·lar.La línia es va aïllar per obtenir la integritat del pou.
La línia d'injecció química es va treure del pou, es va obrir i es va inspeccionar per diagnosticar el problema i trobar possibles raons de fallada.Com es pot veure a la Fig.6, es va trobar una quantitat significativa de precipitat i l'anàlisi química va demostrar que part d'aquest era l'inhibidor de l'escala.El precipitat es va localitzar al segell i no es van poder accionar la butaca i la vàlvula.
La fallada de la vàlvula va ser causada pels residus dins del sistema de vàlvules que van impedir que les vàlvules de retenció mengin el seient de metall a metall.Es van examinar els residus i es va demostrar que les partícules principals eren encenalls de metall, probablement produïts durant el procés d'instal·lació de la línia capil·lar.A més, es van identificar algunes restes blanques a les dues vàlvules de retenció, especialment a la part posterior de les vàlvules.Aquest és el costat de baixa pressió, és a dir, el costat sempre estaria en contacte amb els fluids del pou.Inicialment, es creia que eren restes del pou de producció, ja que les vàlvules havien quedat obertes i exposades als fluids del pou.Però l'examen dels residus va demostrar que eren polímers amb una química similar a la substància química utilitzada com a inhibidor d'escala.Això ens va interessar i Statoil va voler explorar les raons darrere d'aquests residus de polímers presents a la línia capil·lar.
Qualificació química
En un camp d'HP HT hi ha molts reptes pel que fa a la selecció de productes químics adequats per mitigar els diferents problemes de producció.En la qualificació de l'inhibidor d'escala per a injecció contínua al fons de forat, es van realitzar les proves següents:
● Estabilitat del producte
● Envelliment tèrmic
● Proves de rendiment dinàmics
● Compatibilitat amb aigua de formació i inhibidor d'hidrats (MEG)
● Prova estàtica i dinàmica del rei de les armes
● Informació de redissolució d'aigua, producte químic fresc i MEG
La substància química s'injectarà a una velocitat de dosificació predeterminada,però la producció d'aigua no serà necessàriament constant,és a dir, slugging d'aigua.Entre els llimacs d'aigua,quan la substància química entra al pou,es trobarà amb un calent,corrent ràpid d'hidrocarburs gasosos.Això és similar a injectar un inhibidor d'incrustacions en una aplicació d'elevació de gas (Fleming et al. 2003). Juntament amb
l'alta temperatura del gas,el risc d'eliminació del dissolvent és extremadament alt i el rei de la pistola pot provocar un bloqueig de la vàlvula d'injecció.Aquest és un risc fins i tot per als productes químics formulats amb dissolvents d'alt punt d'ebullició/baixa pressió de vapor i altres depressors de la pressió de vapor (VPD). En cas d'un bloqueig parcial,flux d'aigua de formació,El MEG i/o el producte químic fresc ha de ser capaç d'eliminar o tornar a dissoldre el producte químic deshidratat o embrutat.
En aquest cas, es va dissenyar una nova plataforma de proves de laboratori per replicar les condicions de flux a prop dels ports d'injecció a un HP/HTg com a sistema de producció.Els resultats de les proves dinàmiques del rei de la pistola demostren que en les condicions d'aplicació proposades es va registrar una pèrdua significativa de dissolvent.Això podria provocar un ràpid rei de les armes i un eventual bloqueig de les línies de flux.Per tant, el treball va demostrar que existia un risc relativament important per a la injecció química contínua en aquests pous abans de la producció d'aigua i va portar a la decisió d'ajustar els procediments d'inici normals d'aquest camp, retardant la injecció química fins que es detectés l'abocament d'aigua.
La qualificació de l'inhibidor d'escala per a la injecció contínua al fons del forat es va centrar molt en l'eliminació de dissolvents i la pistola rei de l'inhibidor d'escala al punt d'injecció i a la línia de flux, però no es va avaluar el potencial de rei de la pistola a la pròpia vàlvula d'injecció.La vàlvula d'injecció probablement va fallar a causa d'una pèrdua important de dissolvent i de la ràpida rei de la pistola,Fig.6.Els resultats mostren que és important tenir una visió holística del sistema;no només centrar-se en els reptes de producció,però també reptes relacionats amb la injecció de la substància química,és a dir, vàlvula d'injecció.
Experiència d'altres camps
Un dels primers informes sobre problemes amb línies d'injecció química de llarga distància va ser dels camps de satèl·lit Gull fak sandVig dis (Osa et al.2001). Les línies d'injecció submarines es van bloquejar de la formació d'hidrats dins de la línia a causa de la invasió de gas dels fluids produïts. a la línia mitjançant la vàlvula d'injecció.Es van desenvolupar noves directrius per al desenvolupament de productes químics de producció submarina.Els requisits incloïen l'eliminació de partícules (filtració) i l'addició d'inhibidors d'hidrats (per exemple, glicol) a tots els inhibidors d'escales a base d'aigua per ser injectats a les plantilles submarines.Estabilitat química,També es va considerar la viscositat i la compatibilitat (líquid i materials).Aquests requisits s'han incorporat més al sistema Statoil i inclouen la injecció química de fons.
Durant la fase de desenvolupament del camp Oseberg S es va decidir que tots els pous s'havien de completar amb sistemes DHC I (Fleming et al. 2006). L'objectiu era prevenir el CaCO；escalada a la canonada superior per injecció SI.Un dels grans reptes pel que fa a les línies d'injecció química va ser aconseguir la comunicació entre la superfície i la sortida de fons del forat.El diàmetre intern de la línia d'injecció química es va reduir de 7 mm a 0,7 mm (ID) al voltant de la vàlvula de seguretat de l'anell a causa de les limitacions d'espai i la capacitat del líquid per ser transportat a través d'aquesta secció havia influït en la taxa d'èxit.Diversos pous de plataforma tenien línies d'injecció de productes químics que estaven obturades,però no se'n va entendre el motiu.Trens de diversos fluids (glicol,cru,condensat,xilè,inhibidor d'escala,aigua, etc.) es van provar en laboratori per a la viscositat i la compatibilitat i es van bombejar cap endavant i en flux invers per obrir les línies.;malgrat això,l'inhibidor d'escala objectiu no es va poder bombejar fins a la vàlvula d'injecció química.Més lluny,Es van observar complicacions amb la precipitació de l'inhibidor de l'escala de fosfonats juntament amb la salmorra de finalització de CaCl z residual en un pou i la pistola rei de l'inhibidor de l'escala dins d'un pou amb una proporció alta de gasoil i un tall baix d'aigua (Fleming et al. 2006)
Lliçons apreses
Desenvolupament del mètode de prova
Les principals lliçons apreses de la fallada dels sistemes DHC I han estat pel que fa a l'eficiència tècnica de l'inhibidor d'incrustacions i no pel que fa a la funcionalitat i la injecció química.La injecció a la part superior i la injecció submarina han funcionat bé durant les hores extres;malgrat això,l'aplicació s'ha ampliat a la injecció química de fons sense una actualització corresponent dels mètodes de qualificació química.L'experiència de Statoil dels dos casos de camp presentats és que s'han d'actualitzar la documentació reguladora o les directrius per a la qualificació química per incloure aquest tipus d'aplicació química.Els dos principals reptes s'han identificat com i) el buit a la línia d'injecció de productes químics i ii) la possible precipitació del producte químic.
L'evaporació de la substància química es pot produir al tub de producció (com es veu a la caixa del rei de la pistola) i al tub d'injecció (s'ha identificat una interfície transitòria en el cas de buit), hi ha el risc que aquests precipitats es moguin amb el flux i a la vàlvula d'injecció i més al pou.La vàlvula d'injecció sovint està dissenyada amb un filtre aigües amunt del punt d'injecció,això és un repte,com en el cas de la precipitació, aquest filtre podria estar tapat fent que la vàlvula fallés.
Les observacions i conclusions preliminars de les lliçons apreses van donar lloc a un ampli estudi de laboratori sobre els fenòmens.L'objectiu general era desenvolupar nous mètodes de qualificació per evitar problemes similars en el futur.En aquest estudi s'han dut a terme diverses proves i s'han dissenyat (desenvolupats) diversos mètodes de laboratori per examinar els productes químics respecte als reptes identificats.
● Bloquejos del filtre i estabilitat del producte en sistemes tancats.
● L'efecte de la pèrdua parcial de dissolvent sobre la corrosivitat dels productes químics.
● L'efecte de la pèrdua parcial de dissolvent dins d'un capil·lar sobre la formació de sòlids o taps viscosos.
Durant les proves dels mètodes de laboratori s'han identificat diversos problemes potencials
● Obstruccions repetides del filtre i poca estabilitat.
● Formació de sòlids després de l'evaporació parcial d'un capil·lar
● Canvis de pH per pèrdua de dissolvent.
La naturalesa de les proves realitzades també ha proporcionat informació i coneixement addicionals relacionats amb els canvis en les propietats físiques de les substàncies químiques dins dels capil·lars quan estan sotmeses a determinades condicions.,i com això difereix de les solucions a granel sotmeses a condicions similars.El treball de prova també ha identificat diferències considerables entre el fluid a granel,fases de vapor i fluids residuals que poden provocar un augment del potencial de precipitació i/o un augment de la corrosivitat.
Es va desenvolupar el procediment de prova de corrosivitat dels inhibidors d'incrustacions i es va incloure a la documentació reguladora.Per a cada aplicació, s'havien de realitzar proves de corrosivitat ampliades abans que es pogués implementar la injecció d'inhibidor d'escala.També s'han realitzat proves Gun King del producte químic a la línia d'injecció.
Abans de començar la qualificació d'un producte químic, és important crear un àmbit de treball que descrigui els reptes i el propòsit del producte químic.En la fase inicial és important identificar els principals reptes per poder seleccionar els tipus de substàncies químiques que resoldran el problema.A la taula 2 es pot trobar un resum dels criteris d'acceptació més importants.
Qualificació de productes químics
La qualificació dels productes químics consisteix tant en proves com en avaluacions teòriques per a cada aplicació.S'han de definir i establir les especificacions tècniques i els criteris de prova,per exemple dins HSE,compatibilitat de materials,estabilitat del producte i qualitat del producte (partícules).Més lluny,el punt de congelació,viscositat i compatibilitat amb altres productes químics,inhibidor d'hidrats,Cal determinar l'aigua de formació i el fluid produït.A la taula 2 es presenta una llista simplificada de mètodes d'assaig que es poden utilitzar per a la qualificació de productes químics.
Enfocament i seguiment continu de l'eficiència tècnica,les taxes de dosificació i els fets HSE són importants.Els requisits d'un producte poden canviar la vida útil d'un camp o d'una planta de procés；varien amb les velocitats de producció i la composició del fluid.Activitat de seguiment amb avaluació del rendiment,L'optimització i/o proves de nous productes químics s'han de fer amb freqüència per garantir el programa de tractament òptim.
En funció de la qualitat de l'oli,producció d'aigua i reptes tècnics a la planta de producció offshore,l'ús de productes químics de producció pot ser necessari per aconseguir la qualitat d'exportació,requisits reglamentaris,i operar la instal·lació offshore de manera segura.Tots els camps tenen reptes diferents, i els productes químics de producció necessaris variaran d'un camp a un altre i de les hores extres.
És important centrar-se en l'eficiència tècnica dels productes químics de producció en un programa de qualificació,però també és molt important centrar-se en les propietats de la substància química,com l'estabilitat,qualitat i compatibilitat del producte.La compatibilitat en aquesta configuració significa compatibilitat amb els fluids,materials i altres productes químics de producció.Això pot ser un repte.No és desitjable utilitzar una substància química per resoldre un problema per descobrir posteriorment que la substància química contribueix o crea nous reptes.Potser són les propietats de la química i no el repte tècnic el repte més gran.
Requisits especials
S'han d'aplicar requisits especials sobre filtració dels productes subministrats per al sistema submarí i per a la injecció contínua al fons del forat.Els filtres i els filtres del sistema d'injecció de productes químics s'han de proporcionar segons l'especificació de l'equip aigües avall del sistema d'injecció de la part superior.,bombes i vàlvules d'injecció,a les vàlvules d'injecció de fons.Quan s'aplica la injecció contínua de productes químics en el fons de pou, l'especificació del sistema d'injecció química s'ha de basar en l'especificació amb la criticitat més alta.Potser aquest és el filtre del forat de la vàlvula d'injecció.
Reptes d'injecció
El sistema d'injecció pot implicar una distància de 3-50 km de la línia de flux submarina umbilical i 1-3 km cap avall al pou.Les propietats físiques com la viscositat i la capacitat de bombejar els productes químics són importants.Si la viscositat a la temperatura del fons marí és massa alta, pot ser un repte bombar el producte químic a través de la línia d'injecció química a l'umbilical submarí i al punt d'injecció submarí o al pou.La viscositat ha de ser d'acord amb les especificacions del sistema a la temperatura d'emmagatzematge o operativa esperada.Això s'ha d'avaluar en cada cas,i dependrà del sistema.Com a taula, la taxa d'injecció química és un factor d'èxit en la injecció química.Per minimitzar el risc d'obturar la línia d'injecció química,les substàncies químiques d'aquest sistema s'han d'inhibir amb hidrats (si hi ha potencial d'hidrats).S'ha de realitzar la compatibilitat amb els fluids presents al sistema (líquid de conservació) i l'inhibidor d'hidrats.Proves d'estabilitat de la substància química a temperatures reals (temperatura ambient més baixa possible,temperatura ambient,temperatura submarina,temperatura d'injecció) s'han de superar.
També s'ha de considerar un programa per rentar les línies d'injecció de productes químics amb una freqüència determinada.Pot donar un efecte preventiu rentar regularment la línia d'injecció química amb dissolvent,glicol o producte químic de neteja per eliminar possibles dipòsits abans que s'acumulin i puguin provocar l'obturació de la línia.La solució química escollida del fluid de rentat ha de sercompatible amb el producte químic de la línia d'injecció.
En alguns casos, la línia d'injecció química s'utilitza per a diverses aplicacions químiques basades en diferents reptes al llarg de la vida útil del camp i les condicions del fluid.En la fase de producció inicial abans de l'abocament de l'aigua, els principals reptes poden ser diferents dels que es troben a finals de vida, sovint relacionats amb l'augment de la producció d'aigua.El canvi d'un inhibidor a base de dissolvent no aquós com l'inhibidor de l'è d'asfalt a un producte químic a base d'aigua com l'inhibidor d'escala pot suposar reptes de compatibilitat.Per tant, és important centrar-se en la compatibilitat i la qualificació i els usos dels separadors quan es preveu canviar el producte químic a la línia d'injecció de productes químics.
Materials
Pel que fa a la compatibilitat de materials,tots els productes químics han de ser compatibles amb els segells,elastòmers,juntes i materials de construcció utilitzats en el sistema d'injecció química i la planta de producció.S'ha de desenvolupar un procediment de prova de corrosivitat de productes químics (per exemple, inhibidor d'escala àcida) per a la injecció contínua al fons del forat.Per a cada aplicació, s'han de fer proves de corrosivitat ampliades abans que es pugui implementar la injecció de productes químics.
Discussió
S'han d'avaluar els avantatges i desavantatges de la injecció química contínua de fons de forat.Injecció contínua d'inhibidor d'escala per protegir el DHS Vor el tub de producció és un mètode elegant per protegir el pou de l'escala.Com s'esmenta en aquest document, hi ha diversos reptes amb la injecció química contínua de fons,tanmateix per reduir el risc és important entendre els fenòmens relacionats amb la solució.
Una manera de reduir el risc és centrar-se en el desenvolupament de mètodes de prova.En comparació amb la injecció química superior o submarina, hi ha condicions diferents i més severes al pou.El procediment de qualificació de productes químics per a la injecció contínua de productes químics al fons del forat ha de tenir en compte aquests canvis de condicions.La qualificació dels productes químics s'ha de fer segons el material amb el qual els productes químics puguin entrar en contacte.S'han d'actualitzar i implementar els requisits per a la qualificació de compatibilitat i les proves en condicions que reprodueixin el més semblant possible les diferents condicions del cicle de vida del pou en què funcionaran aquests sistemes.El desenvolupament del mètode de prova s'ha de desenvolupar més enllà de proves més realistes i representatives.
A més,la interacció entre els productes químics i l'equip és essencial per a l'èxit.El desenvolupament de les vàlvules d'injecció química ha de tenir en compte les propietats químiques i la ubicació de la vàlvula d'injecció al pou.S'ha de considerar la inclusió de vàlvules d'injecció reals com a part de l'equip de prova i la realització de proves de rendiment de l'inhibidor d'escala i el disseny de la vàlvula com a part del programa de qualificació.Per qualificar els inhibidors d'escala,El focus principal s'ha centrat anteriorment en els reptes del procés i la inhibició d'escala,però una bona inhibició de l'escala depèn d'una injecció estable i contínua.Sense injecció estable i contínua, el potencial d'escala augmentarà.Si la vàlvula d'injecció de l'inhibidor d'escala està malmesa i no hi ha cap injecció d'inhibidor d'escala al corrent de fluid,el pou i les vàlvules de seguretat no estan protegides de l'escala i, per tant, es podria posar en perill la producció segura.El procediment de qualificació ha d'atendre els reptes relacionats amb la injecció de l'inhibidor d'incrustacions a més dels reptes del procés i l'eficiència de l'inhibidor d'incrustació qualificat.
El nou enfocament implica diverses disciplines i s'ha d'aclarir la cooperació entre les disciplines i les respectives responsabilitats.En aquesta aplicació, el sistema de procés superior,Hi participen plantilles submarines i disseny i acabats de pous.Les xarxes multidisciplinàries que se centren en el desenvolupament de solucions robustes per a sistemes d'injecció de productes químics són importants i potser el camí cap a l'èxit.La comunicació entre les diferents disciplines és fonamental;És important una comunicació especialment estreta entre els químics que tenen el control dels productes químics aplicats i els enginyers de pous que tenen el control dels equips utilitzats al pou.Entendre els reptes de les diferents disciplines i aprendre els uns dels altres és fonamental per entendre la complexitat de tot el procés.
Conclusió
● Injecció contínua d'inhibidor d'escala per protegir el DHS Vor el tub de producció és un mètode elegant per protegir el pou de l'escala
● Resoldre els reptes identificats,les següents recomanacions són：
● S'ha de realitzar un procediment de qualificació DHCI dedicat.
● Mètode de qualificació de vàlvules d'injecció química
● Mètodes de prova i qualificació de la funcionalitat química
● Desenvolupament del mètode
● Assajos de materials rellevants
● La interacció multidisciplinària on la comunicació entre les diferents disciplines implicades és crucial per a l'èxit.
Agraïments
L'autor vol agrair a Statoil AS A el permís per publicar aquest treball i a Baker Hughes i Schlumberger per permetre l'ús de la imatge de la figura 2.
Nomenclatura
(Ba/Sr)SO4=sulfat de bari/estronci
CaCO3=carbonat càlcic
DHCI = injecció química de fons
DHSV = vàlvula de seguretat de fons
ex.=per exemple
GOR=proporció de gasoil
HSE = entorn de seguretat sanitària
HPHT = alta pressió alta temperatura
ID=diàmetre interior
és a dir = és a dir
km = quilòmetres
mm = mil·límetre
MEG = mono etilenglicol
mMD = metre mesura de profunditat
OD = diàmetre exterior
SI = inhibidor d'escala
mTV D=metre de profunditat vertical total
Tub en U = tub en forma d'U
VPD = depressor de la pressió de vapor
Figura 1. Visió general dels sistemes d'injecció química submarina i de fons de pou en camp atípic.Esbós de la injecció química aigües amunt del DHSV i els reptes esperats relacionats.DHS V=vàlvula de seguretat de fons, PWV=vàlvula d'ala de procés i PM V=vàlvula mestra de procés.
Figura 2. Esbós d'un sistema d'injecció química de fons de forat atípic amb el mandril i la vàlvula.El sistema està connectat al col·lector de superfície, alimentat i connectat al penjador de tubs al costat anular del tub.El mandril d'injecció química es col·loca tradicionalment a la profunditat del pou amb la intenció de donar protecció química.
Figura 3. Esquema típic de la barrera del pou,on el color blau representa l'embolcall principal de la barrera del pou;en aquest cas el tub de producció.El color vermell representa l'embolcall de barrera secundària;la carcassa.A la part esquerra s'indica la injecció química, línia negra amb punt d'injecció al tub de producció a la zona marcada amb vermell (barrera secundària).
Figura 4. Forat picat trobat a la secció superior de la línia d'injecció de 3/8”.La zona es mostra a l'esquema de l'esquema de la barrera del pou atípic, marcat amb el·lipse taronja.
Figura 5. Sever atac de corrosió a la canonada de 7” 3% Chrome.La figura mostra l'atac de corrosió després que l'inhibidor d'escala s'hagi ruixat des de la línia d'injecció de productes químics a la canonada de producció.
Figura 6. Restos trobats a la vàlvula d'injecció química.Els residus en aquest cas eren encenalls de metall probablement del procés d'instal·lació, a més d'alguns residus blanquins.L'examen dels residus blancs va demostrar que eren polímers amb una química similar a la de la substància química injectada.
Hora de publicació: 27-abril-2022