Cevi za vbrizgavanje kemikalij v vrtino – zakaj ne uspejo?Izkušnje, izzivi in uporaba novih testnih metod
Avtorske pravice 2012, Društvo naftnih inženirjev
Povzetek
Statoil upravlja več polj, kjer se v vrtini uporablja neprekinjeno vbrizgavanje zaviralca vodnega kamna.Cilj je zaščititi zgornje cevje in varnostni ventil pred (Ba/Sr) SO4 ali CaCO;obsega, v primerih, ko je stiskanje vodnega kamna težko in drago redno izvajati, npr. vezava podmorskih polj.
Neprekinjeno vbrizgavanje zaviralca vodnega kamna v vrtino je tehnično ustrezna rešitev za zaščito zgornjih cevi in varnostnega ventila v vrtinah, ki imajo potencial vodnega kamna nad proizvodnim pakerjem;zlasti v vrtinah, ki jih ni treba redno stiskati zaradi potenciala vodnega kamna v bližini vrtine.
Načrtovanje, delovanje in vzdrževanje linij za vbrizgavanje kemikalij zahteva dodatno osredotočenost na izbiro materiala, kemijsko kvalifikacijo in spremljanje.Tlak, temperatura, pretočni režimi in geometrija sistema lahko predstavljajo izzive za varno delovanje.Ugotovljeni so bili izzivi v več kilometrov dolgih vbrizgalnih linijah od proizvodnega obrata do podvodne šablone in v vbrizgalnih ventilih v vrtinah.
Obravnavane so izkušnje s terena, ki kažejo na zapletenost sistemov neprekinjenega vbrizgavanja v vrtino v zvezi z vprašanji padavin in korozije.Predstavljene so laboratorijske študije in uporaba novih metod za kemijsko kvalifikacijo.Obravnavane so potrebe po multidisciplinarnih ukrepih.
Uvod
Statoil upravlja več polj, kjer se uporablja neprekinjeno vbrizgavanje kemikalij v vrtino.To v glavnem vključuje vbrizgavanje zaviralca vodnega kamna (SI), kjer je cilj zaščititi zgornje cevi in varnostni ventil v vrtini (DHSV) pred (Ba/Sr) SO4 ali CaCO;lestvica.V nekaterih primerih se razbijalec emulzije vbrizga v vrtino, da se postopek ločevanja začne čim globlje v vrtini pri relativno visoki temperaturi.
Neprekinjeno vbrizgavanje zaviralca vodnega kamna v vrtino je tehnično ustrezna rešitev za zaščito zgornjega dela vrtin, ki imajo potencial vodnega kamna nad proizvodnim pakerjem.Neprekinjeno vbrizgavanje je morda priporočljivo zlasti v vrtinah, ki jih ni treba stisniti zaradi nizkega potenciala nabiranja vodnega kamna v bližnji vrtini;ali v primerih, ko je stiskanje vodnega kamna težko in drago izvajati redno, npr. vezava podmorskih polj.
Statoil ima bogate izkušnje z neprekinjenim vbrizgavanjem kemikalij v zgornje sisteme in podvodne šablone, vendar je nov izziv ponesti točko vbrizgavanja globlje v vrtino.Oblikovanje, delovanje in vzdrževanje linij za vbrizgavanje kemikalij zahteva dodatno osredotočenost na več tem;kot so izbira materiala, kemijska kvalifikacija in spremljanje.Tlak, temperatura, pretočni režimi in geometrija sistema lahko predstavljajo izzive za varno delovanje.Ugotovljeni so bili izzivi pri dolgih (več kilometrov) vbrizgalnih linijah od proizvodnega obrata do podvodne šablone in v vbrizgalne ventile v vrtinah;Slika 1.Nekateri sistemi za vbrizgavanje so delovali po načrtih, drugi pa so zaradi različnih razlogov odpovedali.Načrtovanih je več novih razvojnih del za vbrizgavanje kemikalij v vrtino (DHCI);vendar;v nekaterih primerih oprema še ni bila v celoti usposobljena.
Uporaba DHCI je kompleksna naloga.Vključuje dokončanje in zasnovo vrtine, kemijo vrtine, sistem na zgornji strani in sistem doziranja kemikalij v postopku na zgornji strani.Kemikalija se bo črpala z zgornje strani preko linije za vbrizgavanje kemikalij v opremo za dokončanje in navzdol v vrtino.Zato je pri načrtovanju in izvedbi tovrstnih projektov ključnega pomena sodelovanje več strok.Upoštevati je treba različne vidike in pomembna je dobra komunikacija med načrtovanjem.Vključeni so procesni inženirji, inženirji za podmorje in inženirji za dokončanje del, ki se ukvarjajo s temami kemije vrtin, izbire materiala, zagotavljanja pretoka in upravljanja kemikalij v proizvodnji.Izzivi so lahko kralj kemične pištole ali temperaturna stabilnost, korozija in v nekaterih primerih vakuumski učinek zaradi lokalnih učinkov tlaka in pretoka v liniji za vbrizgavanje kemikalij.Poleg teh pogojev, kot so visok tlak, visoka temperatura, visoka stopnja plina, visok potencial skaliranja，dolge razdalje in globoke vbrizgalne točke v vrtini, povzročajo različne tehnične izzive in zahteve za vbrizgano kemikalijo in vbrizgalni ventil.
Pregled sistemov DHCI, nameščenih v Statoilovih operacijah, kaže, da izkušnje niso bile vedno uspešne. Tabela 1. Vendar pa se načrtuje izboljšanje zasnove vbrizgavanja, kemijske kvalifikacije, delovanja in vzdrževanja.Izzivi se razlikujejo od področja do področja in težava ni nujno v tem, da sam ventil za vbrizgavanje kemikalij ne deluje.
V zadnjih letih smo se srečali s številnimi izzivi v zvezi s linijami za vbrizgavanje kemikalij v vrtino.V tem prispevku je navedenih nekaj primerov iz teh izkušenj.Prispevek obravnava izzive in ukrepe za reševanje problemov, povezanih z DHCI linijami.Podani sta dve zgodovini primerov;enega o koroziji in enega o kralju kemičnih pištol.Obravnavane so izkušnje s terena, ki kažejo na zapletenost sistemov neprekinjenega vbrizgavanja v vrtino v zvezi z vprašanji padavin in korozije.
Upoštevane so tudi laboratorijske študije in uporaba novih metod za kemijsko kvalifikacijo;kako črpati kemikalijo, potencial skaliranja in preprečevanje, kompleksna uporaba opreme in kako bo kemikalija vplivala na zgornji sistem, ko bo kemikalija proizvedena nazaj.Merila sprejemljivosti za kemično uporabo vključujejo okoljska vprašanja, učinkovitost, zmogljivost shranjevanja na vrhu, hitrost črpalke, ali je mogoče uporabiti obstoječo črpalko itd. Tehnična priporočila morajo temeljiti na združljivosti tekočine in kemije, zaznavanju ostankov, združljivosti materiala, zasnovi podvodnega popka, sistemu za doziranje kemikalij in materiali v okolici teh linij.Kemikalijo bo morda treba preprečiti hidratacijo, da se prepreči zamašitev vbrizgalne cevi zaradi vdora plina, kemikalija pa med prevozom in skladiščenjem ne sme zmrzniti.V obstoječih notranjih smernicah je kontrolni seznam, katere kemikalije je mogoče uporabiti na vsaki točki v sistemu. Fizikalne lastnosti, kot je viskoznost, so pomembne.Sistem vbrizgavanja lahko pomeni 3-50 km razdalje črte podvodnega toka in 1-3 km navzdol v vrtino.Zato je pomembna tudi stabilnost temperature.Morda bo treba upoštevati tudi oceno učinkov na koncu proizvodne verige, npr. v rafinerijah.
Sistemi za vbrizgavanje kemikalij v vrtino
Stroškovna korist
Neprekinjeno vbrizgavanje zaviralca vodnega kamna v vrtino za zaščito DHS Vor proizvodne cevi je morda stroškovno učinkovito v primerjavi s stiskanjem vrtine z zaviralcem vodnega kamna.Ta aplikacija zmanjša možnost poškodb formacije v primerjavi z obdelavami s stiskanjem vodnega kamna, zmanjšuje možnost težav pri procesu po stiskanju vodnega kamna in daje možnost nadzora hitrosti vbrizgavanja kemikalije iz sistema za vbrizgavanje na zgornji strani.Sistem za vbrizgavanje se lahko uporablja tudi za neprekinjeno vbrizgavanje drugih kemikalij v vrtino in tako lahko zmanjša druge izzive, ki se lahko pojavijo nižje od procesne naprave.
Izvedena je bila obsežna študija, ki je razvila strategijo obsega v vrtini za polje Oseberg S.Glavna skrb glede obsega je bil CaCO;nabiranje vodnega kamna v zgornjem cevju in možna okvara DHSV.Oseberg S ali strategija upravljanja z obsegom je pokazala, da je bil v triletnem obdobju DHCI najbolj stroškovno učinkovita rešitev v vrtinah, kjer so delovale linije za vbrizgavanje kemikalij.Glavni stroškovni element v zvezi s konkurenčno tehniko stiskanja vodnega kamna je bil odloženo olje in ne kemični/operativni strošek.Za uporabo zaviralca vodnega kamna pri plinskem dvigu je bil glavni dejavnik pri stroških kemikalij visoka stopnja plinskega dviga, ki je povzročila visoko koncentracijo SI, saj je bilo treba koncentracijo uravnotežiti s hitrostjo plinskega dviga, da bi se izognili kemičnemu udaru.Za dve vrtini na Oseberg S ali ki sta imeli dobro delujoče linije DHC I, je bila ta možnost izbrana za zaščito DHS V pred CaCO;skaliranje.
Sistem neprekinjenega vbrizgavanja in ventili
Obstoječe rešitve za dokončanje, ki uporabljajo sisteme za neprekinjeno vbrizgavanje kemikalij, se soočajo z izzivi pri preprečevanju zamašitve kapilarnih vodov.Običajno je sistem za vbrizgavanje sestavljen iz kapilarnega voda z zunanjim premerom 1/4” ali 3/8” (OD), ki je pritrjen na površinski razdelilnik, napajan skozi in povezan z obešalnikom cevi na obročasti strani cevi.Kapilarni vod je pritrjen na zunanji premer proizvodne cevi s posebnimi objemkami za cevi in poteka na zunanji strani cevi vse do trna za vbrizgavanje kemikalij.Trn je tradicionalno nameščen navzgor od DHS V ali globlje v vrtino z namenom, da se vbrizgani kemikaliji omogoči dovolj časa za disperzijo in da se kemikalija postavi tja, kjer se najdejo izzivi.
Pri ventilu za vbrizgavanje kemikalije, slika 2, majhen vložek s premerom približno 1,5” vsebuje povratne ventile, ki preprečujejo vstop tekočin iz vrtine v kapilarno linijo.Je preprosto majhna lutka, ki se vozi na vzmeti.Sila vzmeti nastavi in predvideva pritisk, potreben za odpiranje lopute s tesnilnega sedeža.Ko začne kemikalija teči, se loputa dvigne s sedeža in odpre povratni ventil.
Potrebno je namestiti dva povratna ventila.En ventil je primarna pregrada, ki preprečuje vstop tekočin iz vrtine v kapilarno linijo.To ima sorazmerno nizek odpiralni tlak (2-15 barov). Če je hidrostatični tlak znotraj kapilarne cevi manjši od tlaka v vrtini, bodo tekočine iz vrtine poskušale vstopiti v kapilarno linijo.Drugi povratni ventil ima netipičen odpiralni tlak 130–250 barov in je znan kot sistem za preprečevanje U-cevi.Ta ventil preprečuje, da bi kemikalija znotraj kapilarne cevi prosto stekla v vrtino, če bi bil hidrostatični tlak znotraj kapilarne cevi večji od tlaka v vrtini na točki vbrizga kemikalije znotraj proizvodne cevi.
Poleg dveh protipovratnih ventilov je običajno na voljo linijski filter, katerega namen je zagotoviti, da kakršni koli ostanki ne bi ogrozili tesnilnih sposobnosti sistemov povratnih ventilov.
Velikosti opisanih povratnih ventilov so precej majhne, čistoča vbrizgane tekočine pa je bistvena za njihovo delovanje.Domneva se, da je mogoče ostanke v sistemu odplakniti s povečanjem pretoka v kapilarnem vodu, tako da se povratni ventili namerno odprejo.
Ko se povratni ventil odpre, pretočni tlak hitro pade in se širi po kapilarni liniji navzgor, dokler se tlak spet ne poveča.Kontrolni ventil se bo nato zaprl, dokler tok kemikalij ne ustvari zadostnega tlaka za odpiranje ventila;rezultat so nihanja tlaka v sistemu povratnega ventila.Višji kot je tlak odpiranja sistema povratnega ventila, manjša je površina pretoka, ko se povratni ventil odpre in sistem poskuša doseči ravnovesne pogoje.
Ventili za vbrizgavanje kemikalij imajo razmeroma nizek tlak odpiranja;in če tlak v cevju na vstopni točki kemikalije postane manjši od vsote hidrostatičnega tlaka kemikalij v kapilarnem vodu in tlaka odpiranja povratnega ventila, se bo v zgornjem delu kapilarnega voda pojavil skoraj vakuum ali vakuum.Ko se vbrizgavanje kemikalije ustavi ali je pretok kemikalije majhen, se bodo v zgornjem delu kapilarne črte začele pojavljati razmere, ki so blizu vakuumu.
Raven vakuuma je odvisna od tlaka v vrtini, specifične teže vbrizgane kemične mešanice, ki se uporablja v kapilarnem vodu, tlaka odpiranja povratnega ventila na mestu vbrizgavanja in pretoka kemikalije znotraj kapilarnega voda.Razmere v vrtini se bodo med življenjsko dobo polja spreminjale, zato se bo čez čas spreminjal tudi potencial za vakuum.Pomembno je, da se zavedate te situacije, da ustrezno razmislite in previdno ukrepate, preden pride do pričakovanih izzivov.
Skupaj z nizkimi stopnjami vbrizgavanja topila, ki se uporabljajo pri tovrstnih aplikacijah, običajno izhlapevajo, kar povzroča učinke, ki še niso bili v celoti raziskani.Ti učinki so gun king ali obarjanje trdnih snovi, na primer polimerov, ko topilo izhlapeva.
Poleg tega se lahko galvanski členi oblikujejo v prehodni fazi med tekočo površino kemikalije in s paro napolnjeno skoraj vakuumsko plinsko fazo zgoraj.To lahko privede do lokalne luknjičaste korozije znotraj kapilarne linije kot posledice povečane agresivnosti kemikalije v teh pogojih.Kosmiči ali kristali soli, ki nastanejo kot film znotraj kapilarne linije, ko se njena notranjost izsuši, bi lahko zagozdili ali zamašili kapilarno linijo.
Filozofija ovir
Pri načrtovanju robustnih rešitev za vrtino Statoil zahteva, da je varnost za vrtino vzpostavljena ves čas v življenjskem ciklu vrtine.Tako Statoil zahteva, da sta nedotaknjeni dve neodvisni pregradi za vrtine.Slika 3 prikazuje atipično shemo pregrade vrtine, kjer modra barva predstavlja ovojnico primarne pregrade vrtine;v tem primeru proizvodne cevi.Rdeča barva predstavlja sekundarno pregradno ovojnico;ohišje.Na levi strani skice je vbrizgavanje kemikalije označeno kot črna črta s točko vbrizgavanja v proizvodno cev v rdeče označenem območju (sekundarna pregrada).Z uvedbo sistemov za vbrizgavanje kemikalij v vrtino so ogrožene tako primarne kot sekundarne pregrade v vrtini.
Zgodovina primera korozije
Zaporedje dogodkov
V naftno polje, ki ga upravlja Statoil v norveškem epikontinentalnem pasu, je bilo uporabljeno kemično vbrizgavanje zaviralca vodnega kamna.V tem primeru je bil uporabljeni zaviralec vodnega kamna prvotno primeren za uporabo na vrhu in pod morjem.Po ponovnem dokončanju vrtine je sledila namestitev DHCIpointat2446mMD, sl.3.Vbrizgavanje inhibitorja vodnega kamna v vrtino se je začelo brez nadaljnjega testiranja kemikalije.
Po enem letu delovanja so opazili puščanje v sistemu za vbrizgavanje kemikalij in začeli so preiskave.Puščanje je škodljivo vplivalo na pregrade vodnjakov.Podobni dogodki so se zgodili pri več vrtinah in nekatere med njimi so morali med preiskavo zapreti.
Proizvodne cevi so bile povlečene in podrobno preučene.Napad korozije je bil omejen na eno stran cevi in nekateri spoji cevi so bili tako razjedeni, da so bile v njih dejansko luknje.Približno 8,5 mm debelo 3 % kromirano jeklo je razpadlo v manj kot 8 mesecih.Glavna korozija se je pojavila v zgornjem delu vrtine, od ustja vrtine navzdol do približno 380 m MD, najslabše korodirani spoji cevi pa so bili najdeni na približno 350 m MD.Pod to globino je bilo opaziti malo ali nič korozije, vendar je bilo na OD cevi najdenih veliko ostankov.
Ohišje 9-5/8'' je bilo tudi prerezano in potegnjeno in opazili so podobne učinke;s korozijo v zgornjem delu vodnjaka samo na eni strani.Povzročeno puščanje je povzročilo počenje oslabljenega dela ohišja.
Material linije za vbrizgavanje kemikalij je bila zlitina 825.
Kemijska kvalifikacija
Kemijske lastnosti in preskušanje korozije so pomemben poudarek pri kvalifikaciji zaviralcev vodnega kamna in dejanski zaviralec vodnega kamna je bil več let usposobljen in uporabljen v aplikacijah na vrhu in pod morjem.Razlog za uporabo dejanske kemikalije v vrtini so bile izboljšane okoljske lastnosti z zamenjavo obstoječe kemikalije v vrtini. Vendar je bil zaviralec vodnega kamna uporabljen le pri sobni temperaturi na vrhu in morskem dnu (4–20 ℃).Pri vbrizgavanju v vrtino bi lahko bila temperatura kemikalije celo do 90 ℃, vendar pri tej temperaturi niso bila izvedena nobena nadaljnja testiranja.
Začetne preskuse jedkosti je izvedel dobavitelj kemikalij in rezultati so pokazali 2-4 mm/leto za ogljikovo jeklo pri visoki temperaturi.V tej fazi je bila vpletenost materialno tehnične usposobljenosti operaterja minimalna.Upravljavec je kasneje izvedel nove teste, ki so pokazali, da je zaviralec vodnega kamna zelo koroziven za materiale v proizvodnih cevkah in proizvodnem ohišju, pri čemer stopnje korozije presegajo 70 mm/leto.Material linije za vbrizgavanje kemikalij Alloy 825 pred vbrizgavanjem ni bil testiran proti zaviralcu vodnega kamna.Temperatura vdolbinice lahko doseže 90 ℃ in pod temi pogoji je treba izvesti ustrezne preskuse.
Preiskava je tudi pokazala, da je zaviralec vodnega kamna kot koncentrirana raztopina poročal o pH <3,0.Vendar pa pH ni bil izmerjen.Kasneje je izmerjen pH pokazal zelo nizko vrednost pH 0-1.To ponazarja potrebo po meritvah in upoštevanju materiala poleg danih vrednosti pH.
Interpretacija rezultatov
Vbrizgalni vod (slika 3) je zgrajen tako, da daje hidrostatični tlak zaviralca vodnega kamna, ki presega tlak v vrtini na mestu vbrizgavanja.Inhibitor se vbrizga pri višjem tlaku, kot je v vrtini.Posledica tega je učinek U-cevi ob zaprtju vodnjaka.Ventil se vedno odpre pri višjem tlaku v vbrizgalni liniji kot v vrtini.Zato lahko pride do vakuuma ali izhlapevanja v liniji za vbrizgavanje.Stopnja korozije in tveganje za nastanek lukenj sta največji v območju prehoda plin/tekočina zaradi izhlapevanja topila.Laboratorijski poskusi, izvedeni na kuponih, so potrdili to teorijo.V vrtinah, kjer je prišlo do puščanja, so bile vse luknje v injekcijskih linijah v zgornjem delu kemične injekcijske linije.
Slika 4 prikazuje fotografijo linije DHC I s precejšnjo luknjičasto korozijo.Korozija, vidna na zunanji proizvodni cevi, je nakazovala lokalno izpostavljenost zaviralcu vodnega kamna iz točke puščanja luknjičaste luknje.Do puščanja je prišlo zaradi luknjaste korozije zaradi zelo jedke kemikalije in puščanja skozi cev za vbrizgavanje kemikalij v proizvodno ohišje.Zaviralec vodnega kamna je bil razpršen iz luknjičaste kapilarne cevi na ohišje in cevje in prišlo je do puščanja.Morebitne sekundarne posledice puščanja v liniji za vbrizgavanje niso bile upoštevane.Ugotovljeno je bilo, da je korozija ohišja in cevi posledica koncentriranih zaviralcev vodnega kamna, ki so bili iz luknjičaste kapilarne črte naneseni na ohišje in cevje, slika 5.
V tem primeru ni bilo vključenih inženirjev za materialno usposobljenost.Korozivnost kemikalije na liniji DHCI ni bila testirana in sekundarni učinki zaradi puščanja niso bili ocenjeni;na primer, ali lahko okoliški materiali prenašajo izpostavljenost kemikalijam.
Zgodovina primera kralja kemične puške
Zaporedje dogodkov
Strategija preprečevanja vodnega kamna za polje HP HT je bila neprekinjeno vbrizgavanje zaviralca vodnega kamna pred varnostnim ventilom v vrtini.V vrtini je bil ugotovljen močan potencial kalcijevega karbonata.Eden od izzivov je bila visoka temperatura ter visoke stopnje proizvodnje plina in kondenzata v kombinaciji z nizko stopnjo proizvodnje vode.Zaskrbljenost pri vbrizgavanju zaviralca vodnega kamna je bila, da bi se topilo odstranilo zaradi visoke stopnje proizvodnje plina in da bi prišlo do izbruha kemikalije na mestu vbrizga pred varnostnim ventilom v vrtini, slika 1.
Med kvalifikacijo zaviralca vodnega kamna je bil poudarek na učinkovitosti izdelka pri pogojih HP HT, vključno z obnašanjem v zgornjem procesnem sistemu (nizka temperatura).Glavna skrb je bila precipitacija samega inhibitorja vodnega kamna v proizvodnem ceveju zaradi visoke količine plina.Laboratorijski testi so pokazali, da se lahko zaviralec vodnega kamna izloči in oprime stene cevi.Delovanje varnostnega ventila je zato lahko večje od tveganja.
Izkušnje so pokazale, da je po nekaj tednih delovanja kemični vod puščal.Tlak v vrtini je bilo mogoče spremljati na površinskem merilniku v kapilarnem vodu.Linija je bila izolirana, da se zagotovi celovitost vodnjaka.
Cev za vbrizgavanje kemikalij je bila izvlečena iz vrtine, odprta in pregledana, da bi diagnosticirali težavo in našli možne vzroke okvare.Kot je razvidno iz slike 6, je bila najdena znatna količina oborine in kemijska analiza je pokazala, da je nekaj od tega inhibitor vodnega kamna.Oborina se je nahajala na tesnilu, lopute in ventila pa ni bilo mogoče upravljati.
Okvaro ventila so povzročili ostanki znotraj sistema ventilov, ki preprečujejo, da bi povratni ventili jedli kovinski sedež na kovinski sedež.Ostanki so bili pregledani in dokazano je, da so glavni delci kovinski ostružki, ki so verjetno nastali med postopkom namestitve kapilarne cevi.Poleg tega je bilo na obeh povratnih ventilih ugotovljenih nekaj belih ostankov, zlasti na hrbtni strani ventilov.To je stran nizkega tlaka, tj. stran bi bila vedno v stiku s tekočinami iz vrtine.Sprva so verjeli, da gre za ostanke iz proizvodne vrtine, saj so bili ventili zataknjeni odprti in izpostavljeni tekočinam iz vrtine.Toda preiskava je pokazala, da so ostanki polimeri s podobno kemijo kot kemikalija, uporabljena kot zaviralec vodnega kamna.To je pritegnilo naše zanimanje in Statoil je želel raziskati razloge za te polimerne ostanke, prisotne v kapilarni liniji.
Kemijska kvalifikacija
Na področju HP HT je veliko izzivov v zvezi z izbiro primernih kemikalij za ublažitev različnih proizvodnih težav.Pri kvalifikaciji zaviralca vodnega kamna za neprekinjeno vbrizgavanje v vrtino so bili izvedeni naslednji testi:
● Stabilnost izdelka
● Toplotno staranje
● Dinamični testi delovanja
● Združljivost s formacijsko vodo in inhibitorjem hidratov (MEG)
● Statični in dinamični gun king test
● Informacije o ponovnem raztapljanju vode, sveža kemikalija in MEG
Kemikalija bo vbrizgana z vnaprej določeno hitrostjo odmerjanja，vendar proizvodnja vode ne bo nujno stalna，tj. zamašitev vode.Med vodnimi polži，ko kemikalija vstopi v vrtino，pričakalo ga bo vroče，hitro tekoči tok ogljikovodikovega plina.To je podobno vbrizgavanju zaviralca vodnega kamna v aplikaciji plinskega dvigala (Fleming et al.2003). Skupaj z
visoka temperatura plina，tveganje izločanja topila je izredno veliko in gun king lahko povzroči blokado vbrizgalnega ventila.To je tveganje celo za kemikalije, formulirane s topili z visokim vreliščem/nizkim parnim tlakom in drugimi depresanti parnega tlaka (VPD). V primeru delne blokade，pretok formacijske vode，MEG in/ali sveža kemikalija mora biti sposobna odstraniti ali ponovno raztopiti dehidrirano ali izpuščeno kemikalijo.
V tem primeru je bila nova laboratorijska preskusna naprava zasnovana za posnemanje pretočnih pogojev v bližini vbrizgalnih vrat pri HP/HTg kot proizvodnem sistemu.Rezultati dinamičnih preskusov pištole kažejo, da je bila pri predlaganih pogojih uporabe zabeležena znatna izguba topila.To bi lahko privedlo do hitrega streljanja in morebitne blokade pretočnih vodov.Delo je torej pokazalo, da obstaja sorazmerno veliko tveganje za neprekinjeno vbrizgavanje kemikalij v te vrtine pred proizvodnjo vode, kar je privedlo do odločitve o prilagoditvi običajnih postopkov zagona za to polje, pri čemer se vbrizgavanje kemikalij odloži, dokler ni bil zaznan preboj vode.
Usposobljenost zaviralca vodnega kamna za neprekinjeno vbrizgavanje v vrtino je imela velik poudarek na odstranjevanju topila in zaviralcu vodnega kamna na točki vbrizgavanja in v pretočnem vodu, vendar potencial za zaviralec vodnega kamna v samem injekcijskem ventilu ni bil ocenjen.Ventil za vbrizgavanje je verjetno odpovedal zaradi velike izgube topila in hitrega strela,Slika 6. Rezultati kažejo, da je pomembno imeti celovit pogled na sistem;ne samo osredotočanje na proizvodne izzive,ampak tudi izzivi, povezani z vbrizgavanjem kemikalije,tj vbrizgalni ventil.
Izkušnje iz drugih področij
Eno od zgodnjih poročil o težavah s črtami za vbrizgavanje kemikalij na velike razdalje je bilo iz satelitskih polj Gull fak sandVig dis (Osa et al.2001). Cevovodi za vbrizgavanje pod morjem so bili blokirani pred nastajanjem hidratov v liniji zaradi vdora plina iz proizvedenih tekočin. v linijo preko vbrizgalnega ventila.Razvite so bile nove smernice za razvoj kemikalij za podmorsko proizvodnjo.Zahteve so vključevale odstranjevanje delcev (filtracijo) in dodajanje zaviralca hidratov (npr. glikola) vsem zaviralcem vodnega kamna, ki jih je treba vbrizgati v podvodne šablone.Kemijska stabilnost,Upoštevani sta bili tudi viskoznost in združljivost (tekočina in materiali).Te zahteve so bile prenesene naprej v sistem Statoil in vključujejo vbrizgavanje kemikalij v vrtino.
Med razvojno fazo nahajališča Oseberg S ali polja je bilo odločeno, da je treba vse vrtine dokončati s sistemi DHC I (Fleming et al. 2006). Cilj je bil preprečiti CaCO；odstranjevanje vodnega kamna v zgornjem cevju z vbrizgavanjem SI.Eden glavnih izzivov v zvezi s linijami za vbrizgavanje kemikalij je bilo doseganje komunikacije med površino in izhodom v vrtino.Notranji premer cevi za vbrizgavanje kemikalij se je zožil s 7 mm na 0,7 mm (ID) okoli varnostnega ventila obroča zaradi prostorskih omejitev in zmožnosti transporta tekočine skozi ta odsek je vplivala na stopnjo uspešnosti.Več vrtin na ploščadi je imelo zamašene linije za vbrizgavanje kemikalij,vendar razloga niso razumeli.Vlaki različnih tekočin (glikol,surovo,kondenzat,ksilen,zaviralec vodnega kamna,voda itd.) so bili laboratorijsko testirani glede viskoznosti in združljivosti ter črpani naprej in v obratnem toku, da se odprejo cevi;vendar,ciljnega zaviralca vodnega kamna ni bilo mogoče črpati vse do ventila za vbrizgavanje kemikalije.Nadalje,opaženi so bili zapleti z obarjanjem fosfonatnega inhibitorja vodnega kamna skupaj z ostankom zaključne slanice CaClz v eni vrtini in hitrim zaviralcem vodnega kamna znotraj vrtine z visokim razmerjem plinskega olja in nizkim vodostajem (Fleming et al.2006)
Naučena lekcija
Razvoj preskusne metode
Glavna spoznanja, pridobljena ob neuspehu sistemov DHC I, so bila v zvezi s tehnično učinkovitostjo zaviralca vodnega kamna in ne v zvezi s funkcionalnostjo in vbrizgavanjem kemikalij.Injiciranje na vrh in podmorsko vbrizgavanje sta čez čas dobro delovala;vendar,aplikacija je bila razširjena na vbrizgavanje kemikalij v vrtino brez ustrezne posodobitve metod kvalifikacije kemikalij.Statoilova izkušnja iz dveh predstavljenih terenskih primerov je, da je treba posodobiti veljavno dokumentacijo ali smernice za kvalifikacijo kemikalij, da bodo vključevale to vrsto uporabe kemikalij.Glavna dva izziva sta bila opredeljena kot i) vakuum v liniji za vbrizgavanje kemikalije in ii) potencialno obarjanje kemikalije.
Do izhlapevanja kemikalije lahko pride na proizvodnem ceveju (kot je razvidno iz ohišja gun king) in v ceveh za vbrizgavanje (v vakuumskem ohišju je bil ugotovljen prehodni vmesnik) obstaja tveganje, da bi se te oborine premaknile s tokom in v injekcijski ventil in naprej v vrtino.Vbrizgalni ventil je pogosto zasnovan s filtrom pred mestom vbrizga,to je izziv,saj je v primeru padavin ta filter lahko zamašen, kar povzroči okvaro ventila.
Opažanja in predhodni zaključki na podlagi pridobljenih spoznanj so privedli do obsežne laboratorijske študije pojavov.Splošni cilj je bil razviti nove metode kvalifikacije, da bi se izognili podobnim težavam v prihodnosti.V tej študiji so bili izvedeni različni testi in oblikovanih (razvitih) več laboratorijskih metod za preučevanje kemikalij glede na ugotovljene izzive.
● Zamašitve filtrov in stabilnost izdelka v zaprtih sistemih.
● Učinek delne izgube topila na jedkost kemikalij.
● Vpliv delne izgube topila v kapilari na tvorbo trdnih snovi ali viskoznih čepov.
Med preskusi laboratorijskih metod je bilo ugotovljenih več možnih težav
● Ponavljajoče se zamašitve filtra in slaba stabilnost.
● Tvorba trdnih snovi po delnem izhlapevanju iz kapilare
● PH se spremeni zaradi izgube topila.
Narava izvedenih testov je zagotovila tudi dodatne informacije in znanje v zvezi s spremembami fizikalnih lastnosti kemikalij v kapilarah, kadar so izpostavljene določenim pogojem.,in kako se to razlikuje od raztopin v razsutem stanju, izpostavljenih podobnim pogojem.Preskusno delo je pokazalo tudi precejšnje razlike med tekočino v razsutem stanju，parne faze in ostanki tekočin, kar lahko privede do povečane možnosti za padavine in/ali povečane korozivnosti.
Testni postopek za jedkost inhibitorjev vodnega kamna je bil razvit in vključen v regulativno dokumentacijo.Za vsako aplikacijo je bilo treba izvesti razširjeno testiranje korozivnosti, preden je bilo mogoče izvesti vbrizgavanje zaviralca vodnega kamna.Opravljeni so bili tudi Gun King testi kemikalije v liniji za vbrizgavanje.
Pred začetkom kvalifikacije kemikalije je pomembno ustvariti obseg dela, ki opisuje izzive in namen kemikalije.V začetni fazi je pomembno identificirati glavne izzive, da lahko izberemo vrste kemikalij, ki bodo rešile problem.Povzetek najpomembnejših sprejemljivih meril je na voljo v tabeli 2.
Kvalifikacija kemikalij
Kvalifikacija kemikalij je sestavljena iz testiranja in teoretičnih ocen za vsako uporabo.Opredeliti in določiti je treba tehnične specifikacije in preskusna merila，na primer znotraj HSE,združljivost materiala,stabilnost izdelka in kakovost izdelka (delci).Nadalje,ledišče,viskoznost in združljivost z drugimi kemikalijami,zaviralec hidratov,treba je določiti formacijsko vodo in proizvedeno tekočino.Poenostavljen seznam preskusnih metod, ki se lahko uporabljajo za kvalifikacijo kemikalij, je podan v tabeli 2.
Stalno osredotočanje in spremljanje tehnične učinkovitosti,stopnje odmerjanja in dejstva o HSE so pomembni.Zahteve izdelka lahko spremenijo življenjsko dobo polja ali procesnega obrata；razlikujejo glede na proizvodne stopnje in sestavo tekočine.Nadaljnja dejavnost z vrednotenjem uspešnosti,optimizacijo in/ali testiranje novih kemikalij je treba izvajati pogosto, da se zagotovi optimalen program obdelave.
Odvisno od kvalitete olja,proizvodnja vode in tehnični izzivi v proizvodnem obratu na morju,uporaba proizvodnih kemikalij je morda potrebna za doseganje izvozne kakovosti,regulativne zahteve,in za varno upravljanje naprave na morju.Vsa področja imajo različne izzive, potrebne kemikalije za proizvodnjo pa se razlikujejo od polja do polja in nadur.
V kvalifikacijskem programu se je pomembno osredotočiti na tehnično učinkovitost proizvodnih kemikalij,zelo pomembno pa je tudi, da se osredotočimo na lastnosti kemikalije,kot je stabilnost,kakovost in združljivost izdelkov.Združljivost v tej nastavitvi pomeni združljivost s tekočinami,materialov in drugih proizvodnih kemikalij.To je lahko izziv.Ni zaželeno uporabiti kemikalije za reševanje problema, da bi kasneje ugotovili, da kemikalija prispeva k novim izzivom ali jih ustvarja.Morda so lastnosti kemikalije in ne tehnični izziv največji izziv.
Posebne zahteve
Za podmorski sistem in za neprekinjeno vbrizgavanje v vrtino je treba uporabiti posebne zahteve glede filtracije dobavljenih izdelkov.Cedila in filtre v sistemu za vbrizgavanje kemikalij je treba zagotoviti na podlagi specifikacije opreme za vbrizgavanje na zgornji strani,črpalke in vbrizgalni ventili,do ventilov za vbrizgavanje v vrtino.Kadar se uporablja neprekinjeno vbrizgavanje kemikalij v vrtino, mora specifikacija v sistemu za vbrizgavanje kemikalij temeljiti na specifikaciji z najvišjo kritičnostjo.To je morda filter na vbrizgalnem ventilu v vrtini.
Izzivi z injiciranjem
Sistem vbrizgavanja lahko pomeni 3-50 km razdalje popkovine podvodnega toka in 1-3 km navzdol v vrtino.Pomembne so fizikalne lastnosti, kot sta viskoznost in sposobnost črpanja kemikalij.Če je viskoznost pri temperaturi morskega dna previsoka, je lahko težko prečrpati kemikalijo skozi cev za vbrizgavanje kemikalije v podvodnem kanalu in do mesta vbrizgavanja pod morjem ali v vrtino.Viskoznost mora biti v skladu s specifikacijo sistema pri pričakovani temperaturi shranjevanja ali delovni temperaturi.To je treba oceniti v vsakem primeru posebej,in bo odvisen od sistema.Ker je stopnja vbrizgavanja kemikalij v tabeli dejavnik uspeha pri vbrizgavanju kemikalij.Za zmanjšanje tveganja zamašitve cevi za vbrizgavanje kemikalij，kemikalije v tem sistemu morajo biti inhibirane zaradi hidratov (če obstaja možnost za hidrate).Izvesti je treba združljivost s tekočinami, ki so prisotne v sistemu (ohranjevalna tekočina) in zaviralcem hidratov.Preskusi stabilnosti kemikalije pri dejanskih temperaturah (najnižja možna temperatura okolja,sobna temperatura,temperatura pod morjem,temperaturo vbrizgavanja).
Upoštevati je treba tudi program za pranje cevi za vbrizgavanje kemikalij pri določeni pogostosti.Redno izpiranje cevi za vbrizgavanje kemikalije s topilom ima lahko preventivni učinek，glikol ali čistilno kemikalijo, da odstranite morebitne usedline, preden se naberejo in lahko povzročijo zamašitev napeljave.Izbrana kemična raztopina tekočine za izpiranje mora bitizdružljiv s kemikalijo v liniji za vbrizgavanje.
V nekaterih primerih se linija za vbrizgavanje kemikalij uporablja za več kemičnih aplikacij, ki temeljijo na različnih izzivih v življenjski dobi polja in pogojih tekočine.V začetni proizvodni fazi pred prebojem vode so lahko glavni izzivi drugačni od tistih v pozni življenjski dobi, ki so pogosto povezani s povečano proizvodnjo vode.Prehod z nevodnega zaviralca na osnovi topil, kot je zaviralec asfaltne kisline, na kemikalijo na vodni osnovi, kot je zaviralec vodnega kamna, lahko predstavlja izzive glede združljivosti.Zato je pomembno, da se osredotočimo na združljivost in kvalifikacijo ter uporabo distančnikov, ko je načrtovana zamenjava kemikalije v liniji za vbrizgavanje kemikalij.
Materiali
Glede združljivosti materialov,vse kemikalije morajo biti združljive s tesnili,elastomeri，tesnila in konstrukcijski materiali, ki se uporabljajo v sistemu za vbrizgavanje kemikalij in proizvodnem obratu.Treba je razviti preskusni postopek za jedkost kemikalij (npr. kisli inhibitor vodnega kamna) za neprekinjeno vbrizgavanje v vrtino.Za vsako uporabo je treba opraviti razširjeno testiranje korozivnosti, preden se lahko izvede vbrizgavanje kemikalij.
Diskusija
Treba je oceniti prednosti in slabosti neprekinjenega vbrizgavanja kemikalij v vrtino.Neprekinjeno vbrizgavanje zaviralca vodnega kamna za zaščito DHS pred proizvodno cevjo je elegantna metoda za zaščito vrtine pred vodnim kamnom.Kot je omenjeno v tem dokumentu, obstaja več izzivov pri neprekinjenem vbrizgavanju kemikalij v vrtino,vendar je za zmanjšanje tveganja pomembno razumeti pojave, povezane z rešitvijo.
Eden od načinov za zmanjšanje tveganja je osredotočanje na razvoj testne metode.V primerjavi s kemičnim vbrizgavanjem na vrh ali pod morjem so spodaj v vrtini drugačni in težji pogoji.Kvalifikacijski postopek za kemikalije za neprekinjeno vbrizgavanje kemikalij v vrtino mora upoštevati te spremembe pogojev.Kvalificiranje kemikalij je treba opraviti glede na material, s katerim bi kemikalije lahko prišle v stik.Zahteve za kvalifikacijo združljivosti in testiranje pri pogojih, ki čim bolj ponavljajo različne pogoje življenjskega cikla vrtin, v katerih bodo ti sistemi delovali, je treba posodobiti in izvajati.Razvoj preskusne metode je treba nadalje razvijati v smeri bolj realističnih in reprezentativnih testov.
Poleg tega,interakcija med kemikalijami in opremo je bistvena za uspeh.Pri razvoju injekcijskih kemičnih ventilov je treba upoštevati kemijske lastnosti in lokacijo injekcijskega ventila v vrtini.Razmisliti je treba o vključitvi pravih ventilov za vbrizgavanje kot del preskusne opreme in o izvedbi testiranja delovanja zaviralca vodnega kamna in zasnove ventila kot dela kvalifikacijskega programa.Za kvalifikacijo zaviralcev vodnega kamna,glavni poudarek je bil prej na procesnih izzivih in zaviranju obsega,vendar je dobro zaviranje vodnega kamna odvisno od stabilnega in neprekinjenega vbrizgavanja.Brez stabilnega in neprekinjenega vbrizgavanja se bo potencial za obseg povečal.Če je ventil za vbrizgavanje zaviralca vodnega kamna zamašen in v tok tekočine ni vbrizga zaviralca vodnega kamna,vodnjak in varnostni ventili niso zaščiteni pred vodnim kamnom, zato je lahko ogrožena varna proizvodnja.Kvalifikacijski postopek mora poleg procesnih izzivov in učinkovitosti kvalificiranega zaviralca vodnega kamna upoštevati tudi izzive, povezane z vbrizgavanjem zaviralca vodnega kamna.
Novi pristop vključuje več disciplin, zato je treba pojasniti sodelovanje med disciplinami in zadevne odgovornosti.V tej aplikaciji zgornji procesni sistem,vključene so podvodne predloge ter načrtovanje in dokončanje vrtin.Večdisciplinarna omrežja, ki se osredotočajo na razvoj robustnih rešitev za sisteme za vbrizgavanje kemikalij, so pomembna in morda pot do uspeha.Komunikacija med različnimi disciplinami je kritična;pomembna je predvsem tesna komunikacija med kemiki, ki imajo nadzor nad uporabljenimi kemikalijami, in inženirji vrtin, ki nadzorujejo opremo, uporabljeno v vrtini.Za razumevanje kompleksnosti celotnega procesa je bistvenega pomena razumevanje izzivov različnih disciplin in učenje drug od drugega.
Zaključek
● Neprekinjeno vbrizgavanje zaviralca vodnega kamna za zaščito DHS pred proizvodno cevjo je elegantna metoda za zaščito vrtine pred vodnim kamnom
● Reševanje prepoznanih izzivov,naslednja priporočila so:
● Izvesti je treba namenski postopek kvalifikacije DHCI.
● Metoda kvalifikacije ventilov za vbrizgavanje kemikalij
● Metode testiranja in kvalifikacije za kemijsko funkcionalnost
● Razvoj metode
● Ustrezno testiranje materiala
● Multidisciplinarna interakcija, kjer je komunikacija med različnimi vpletenimi disciplinami ključnega pomena za uspeh.
Zahvala
Avtor se želi zahvaliti podjetju Statoil AS A za dovoljenje za objavo tega dela ter Baker Hughes in Schlumberger za dovoljenje za uporabo slike na sliki 2.
Nomenklatura
(Ba/Sr)SO4=barijev/stroncijev sulfat
CaCO3 = kalcijev karbonat
DHCI = vbrizgavanje kemikalij v vrtino
DHSV=varnostni ventil v vrtini
npr.=na primer
GOR = razmerje plinskega olja
HSE=zdravstveno varno okolje
HPHT=visok tlak visoka temperatura
ID=notranji premer
ie=to je
km=kilometri
mm=milimeter
MEG = mono etilen glikol
mMD=meter izmerjene globine
OD = zunanji premer
SI=inhibitor vodnega kamna
mTV D=meter skupne navpične globine
U-cev=cev v obliki črke U
VPD=zaviralec parnega tlaka
Slika 1. Pregled sistemov za vbrizgavanje kemikalij pod vodo in v vrtino na netipičnem polju.Skica vbrizgavanja kemikalij navzgor v DHSV in s tem povezani pričakovani izzivi.DHS V=varnostni ventil v vrtini, PWV=procesni krilni ventil in PM V=procesni glavni ventil.
Slika 2. Skica netipičnega sistema za vbrizgavanje kemikalij v vrtino s trnom in ventilom.Sistem je priključen na površinski razdelilnik, napajan skozi in povezan z obešalnikom cevi na obročasti strani cevi.Trn za vbrizgavanje kemikalij se tradicionalno namesti globoko v vrtino z namenom zagotavljanja kemične zaščite.
Slika 3. Tipična shema pregrade za vrtino,kjer modra barva predstavlja ovojnico pregrade primarne vrtine;v tem primeru proizvodne cevi.Rdeča barva predstavlja sekundarno pregradno ovojnico;ohišje.Na levi strani je označeno vbrizgavanje kemikalije, črna črta s točko vbrizgavanja v proizvodno cev v območju, označenem z rdečo (sekundarna pregrada).
Slika 4. Luknjičasta luknja v zgornjem delu 3/8-palčne cevi za vbrizgavanje.Območje je prikazano na skici sheme netipične vodnjaške pregrade, označene z oranžno elipso.
Slika 5. Močan korozijski napad na 7” 3 % Chrome cevi.Na sliki je prikazan napad korozije po razpršenju zaviralca vodnega kamna iz jamičaste linije za vbrizgavanje kemikalij na proizvodno cev.
Slika 6. Ostanki, najdeni v ventilu za vbrizgavanje kemikalij.Ostanki v tem primeru so bili kovinski ostružki, verjetno od postopka namestitve, poleg nekaj belkastih ostankov.Pregled belih ostankov je pokazal, da gre za polimere s podobno kemijo kot vbrizgana kemikalija
Čas objave: 27. aprila 2022