Potrubí chemické vstřikovací linky – proč selhávají?Zkušenosti, výzvy a aplikace nových testovacích metod
Copyright 2012, Society of Petroleum Engineers
Abstraktní
Statoil provozuje několik polí, kde se používá kontinuální vstřikování inhibitoru vodního kamene.Cílem je chránit horní hadičku a pojistný ventil před (Ba/Sr) SO4 nebo CaCO;vodní kámen, v případech, kdy může být pravidelné provádění lisování vodního kamene obtížné a nákladné, např. navazování podmořských polí.
Kontinuální injektáž inhibitoru kotelního kamene dolů je technicky vhodným řešením pro ochranu horního potrubí a pojistného ventilu ve vrtech, které mají potenciál tvorby kotelního kamene nad produkčním pakrem;zejména ve vrtech, které není nutné pravidelně mačkat kvůli potenciálu tvorby vodního kamene v blízké oblasti vrtu.
Projektování, provoz a údržba chemických vstřikovacích linek vyžaduje zvláštní zaměření na výběr materiálu, chemickou kvalifikaci a monitorování.Tlak, teplota, průtokové režimy a geometrie systému mohou představovat problémy pro bezpečný provoz.Problémy byly identifikovány v několika kilometrech dlouhých vstřikovacích linkách z výrobního zařízení do podmořské šablony a ve vstřikovacích ventilech dole ve vrtech.
Jsou diskutovány praktické zkušenosti ukazující složitost hlubinných kontinuálních vstřikovacích systémů s ohledem na problémy srážení a koroze.Zastoupeny jsou laboratorní studie a aplikace nových metod chemické kvalifikace.Řeší se potřeby multidisciplinárních akcí.
Úvod
Statoil provozuje několik oborů, kde bylo aplikováno kontinuální vstřikování chemikálií dolů.Jedná se především o vstřikování inhibitoru vodního kamene (SI), kde cílem je chránit horní potrubí a pojistný ventil (DHSV) před (Ba/Sr) SO4 nebo CaCO;měřítko.V některých případech je drtič emulze vstřikován dolů, aby se zahájil separační proces co nejhlouběji ve studni při relativně vysoké teplotě.
Kontinuální injektáž inhibitoru kotelního kamene dolů je technicky vhodným řešením pro ochranu horní části vrtů, které mají potenciál tvorby kotelního kamene nad produkčním baličem.Kontinuální injektáž může být doporučena zejména v vrtech, které není nutné mačkat kvůli nízkému potenciálu tvorby kotelního kamene v blízkém vrtu;nebo v případech, kdy může být pravidelné provádění lisování vodního kamene obtížné a nákladné, např. navazování podmořských polí.
Statoil má rozsáhlé zkušenosti s kontinuální chemickou injektáží do systémů na horní straně a podmořských šablon, ale novou výzvou je posunout vstřikovací bod hlouběji do vrtu.Navrhování, provoz a údržba chemických vstřikovacích linek vyžaduje zvláštní zaměření na několik témat;jako je výběr materiálu, chemická kvalifikace a monitorování.Tlak, teplota, průtokové režimy a geometrie systému mohou představovat problémy pro bezpečný provoz.Byly identifikovány problémy v dlouhých (několik kilometrů) vstřikovacích linkách z výrobního zařízení do podmořské šablony a do vstřikovacích ventilů dole ve vrtech;Obr. 1.Některé vstřikovací systémy fungovaly podle plánu, zatímco jiné z různých důvodů selhaly.Pro hlubinnou chemickou injektáž (DHCI) je plánováno několik nových vývojů v terénu;nicméně;v některých případech zařízení ještě nebylo plně kvalifikováno.
Aplikace DHCI je složitý úkol.Zahrnuje kompletaci a návrhy vrtů, chemii vrtu, systém horní strany a systém dávkování chemikálií procesu na horní straně.Chemikálie bude čerpána z horní strany přes chemickou vstřikovací linku do kompletačního zařízení a dolů do vrtu.Proto je při plánování a realizaci tohoto typu projektu klíčová spolupráce mezi několika obory.Je třeba vyhodnotit různé aspekty a důležitá je dobrá komunikace během návrhu.Zapojeni jsou procesní inženýři, podmořští inženýři a dokončovací inženýři, kteří se zabývají tématy chemie vrtů, výběrem materiálu, zajištěním průtoku a řízením výrobních chemikálií.Problémem může být stabilita chemické pistole nebo teplotní stabilita, koroze a v některých případech vakuový efekt v důsledku místního tlaku a proudění v potrubí chemického vstřikování.Kromě těchto podmínek, jako je vysoký tlak, vysoká teplota, vysoká rychlost plynu, vysoký potenciál škálování,dálkový umbilikální a hluboký vstřikovací bod ve vrtu dávají různé technické výzvy a požadavky na vstřikovanou chemikálii a na vstřikovací ventil.
Přehled systémů DHCI instalovaných v provozech Statoil ukazuje, že zkušenost nebyla vždy úspěšná Tabulka 1. Plánuje se však zlepšení návrhu vstřikování, chemické kvalifikace, provozu a údržby.Výzvy se liší pole od pole a problém nemusí nutně spočívat v tom, že samotný chemický vstřikovací ventil nefunguje.
Během posledních let se vyskytlo několik problémů týkajících se linek pro chemické injektážní linky.V tomto článku jsou uvedeny některé příklady z těchto zkušeností.Článek pojednává o výzvách a opatřeních přijatých k řešení problémů souvisejících s linkami DHCI.Jsou uvedeny dvě anamnézy;jeden o korozi a jeden o králi chemických zbraní.Jsou diskutovány praktické zkušenosti ukazující složitost hlubinných kontinuálních vstřikovacích systémů s ohledem na problémy srážení a koroze.
Zvažují se rovněž laboratorní studie a aplikace nových metod chemické kvalifikace;jak čerpat chemikálii, potenciál a prevence tvorby kotelního kamene, komplexní aplikace zařízení a jak chemikálie ovlivní horní systém, když se chemikálie vyrábí zpět.Přijímací kritéria pro chemickou aplikaci zahrnují environmentální problémy, účinnost, skladovací kapacitu na horní straně, rychlost čerpadla, zda lze použít stávající čerpadlo atd. Technická doporučení musí být založena na kompatibilitě kapalin a chemikálií, detekci zbytků, kompatibilitě materiálu, podmořském umbilikálním designu, systému dávkování chemikálií a materiály v okolí těchto linek.Chemikálii může být nutné zabránit hydratací, aby se zabránilo ucpání vstřikovacího potrubí invazí plynu a chemikálie nesmí zmrznout během přepravy a skladování.Ve stávajících interních směrnicích je kontrolní seznam, které chemikálie lze použít v každém bodě systému. Fyzikální vlastnosti, jako je viskozita, jsou důležité.Vstřikovací systém může znamenat vzdálenost 3-50 km od umbilikálního podmořského toku a 1-3 km dolů do vrtu.Proto je také důležitá teplotní stabilita.Může být také třeba zvážit vyhodnocení následných účinků, např. v rafinériích.
Systémy chemického vstřikování
Nákladová výhoda
Nepřetržité vstřikování inhibitoru vodního kamene do otvoru pro ochranu DHS Vor výrobního potrubí může být nákladově efektivní ve srovnání s vytlačováním jamky inhibitorem vodního kamene.Tato aplikace snižuje možnost poškození formací ve srovnání s úpravami vytlačováním kotelního kamene, snižuje možnost problémů s procesem po vymačkávání okují a poskytuje možnost řídit rychlost vstřikování chemikálií z horního vstřikovacího systému.Vstřikovací systém může být také použit ke vstřikování dalších chemikálií nepřetržitě dolů, a může tak snížit další problémy, které by se mohly vyskytnout dále po proudu výrobního závodu.
Byla provedena komplexní studie vyvíjející strategii hloubkového měřítka pole Oseberg S nebo pole.Hlavním problémem byl CaCO;usazování vodního kamene v horní hadici a možné selhání DHSV.Úvahy o strategii řízení Oseberg S nebo stupnice dospěly k závěru, že během tříletého období byl DHCI nákladově nejefektivnějším řešením ve vrtech, kde fungovaly chemické injektážní linky.Hlavním nákladovým prvkem s ohledem na konkurenční techniku vytlačování vodního kamene byla spíše odložená ropa než chemické/provozní náklady.Pro aplikaci inhibitoru kotelního kamene při zvedání plynu byla hlavním faktorem nákladů na chemikálie vysoká rychlost zvedání plynu vedoucí k vysoké koncentraci SI, protože koncentrace musela být v rovnováze s rychlostí zvedání plynu, aby se zabránilo králi chemických zbraní.Pro dva vrty na Oseberg S nebo ty, které měly dobře fungující vedení DHC I, byla tato možnost vybrána k ochraně DHS V proti CaCO;škálování.
Systém kontinuálního vstřikování a ventily
Stávající dokončovací řešení využívající kontinuální systémy chemického vstřikování čelí problémům, jak zabránit ucpávání kapilárních vedení.Typicky se vstřikovací systém skládá z kapilárního vedení o vnějším průměru (OD) 1/4” nebo 3/8” připojeného k povrchovému rozdělovači, vedeného skrz a připojeného k závěsu hadičky na prstencové straně hadičky.Kapilární vedení je připevněno k vnějšímu průměru výrobní hadičky pomocí speciálních hadicových límcových svorek a vede na vnější straně hadičky až k chemickému vstřikovacímu trnu.Vřeteno je tradičně umístěno proti proudu DHS V nebo hlouběji ve vrtu s úmyslem poskytnout vstřikované chemikálii dostatečný čas pro disperzi a umístit chemikálii tam, kde se nacházejí výzvy.
U chemického vstřikovacího ventilu, obr. 2, obsahuje malá patrona o průměru asi 1,5” zpětné ventily, které zabraňují vniknutí vrtných kapalin do kapilárního potrubí.Je to prostě malá bábovka jezdící na pružině.Síla pružiny nastavuje a předpovídá tlak potřebný k otevření talířku z těsnicího sedla.Když chemikálie začne proudit, kuželka se zvedne ze sedla a otevře zpětný ventil.
Je nutné mít nainstalované dva zpětné ventily.Jeden ventil je primární bariéra, která zabraňuje vnikání tekutin z vrtu do kapilárního potrubí.Má relativně nízký otevírací tlak (2-15 barů). Pokud je hydrostatický tlak uvnitř kapilárního potrubí nižší než tlak ve vrtu, kapaliny z vrtu se pokusí vstoupit do kapilárního potrubí.Druhý zpětný ventil má atypický otevírací tlak 130-250 barů a je známý jako systém prevence U-trubice.Tento ventil zabraňuje tomu, aby chemikálie uvnitř kapilárního potrubí volně proudila do vrtu, pokud by hydrostatický tlak uvnitř kapilárního potrubí byl větší než tlak vrtu v místě vstřikování chemikálie uvnitř produkčního potrubí.
Kromě dvou zpětných ventilů je zde obvykle in-line filtr, jehož účelem je zajistit, aby žádné nečistoty jakéhokoli druhu nemohly ohrozit těsnicí schopnosti systémů zpětných ventilů.
Velikosti popsaných zpětných ventilů jsou poměrně malé a čistota vstřikované kapaliny je nezbytná pro jejich provozní funkčnost.Předpokládá se, že úlomky v systému mohou být vypláchnuty zvýšením průtoku uvnitř kapilárního potrubí, takže zpětné ventily se svévolně otevřou.
Když se zpětný ventil otevře, proudící tlak rychle klesá a šíří se kapilárním potrubím, dokud se tlak opět nezvýší.Zpětný ventil se poté uzavře, dokud tok chemikálií nevytvoří dostatečný tlak k otevření ventilu;výsledkem jsou kolísání tlaku v systému zpětného ventilu.Čím vyšší otevírací tlak má systém zpětného ventilu, tím menší průtoková plocha se vytvoří, když se zpětný ventil otevře a systém se snaží dosáhnout rovnovážných podmínek.
Chemické vstřikovací ventily mají relativně nízký otevírací tlak;a pokud by tlak v hadičce v bodě vstupu chemikálie klesl pod součet hydrostatického tlaku chemikálií uvnitř kapilárního potrubí plus otevírací tlak zpětného ventilu, v horní části kapilárního potrubí se objeví téměř vakuum nebo vakuum.Když se vstřikování chemikálie zastaví nebo je průtok chemikálie nízký, začnou se v horní části kapilárního potrubí objevovat podmínky blízké vakuu.
Úroveň vakua závisí na tlaku ve vrtu, specifické hmotnosti vstřikované chemické směsi použité uvnitř kapilárního potrubí, otevíracím tlaku zpětného ventilu v místě vstřikování a průtoku chemikálie uvnitř kapilárního potrubí.Podmínky vrtu se budou v průběhu životnosti pole měnit a potenciál pro vakuum se proto bude také měnit v průběhu času.Je důležité si tuto situaci uvědomovat a správně zvážit a předcházet očekávaným problémům.
Spolu s nízkými rychlostmi vstřikování se obvykle rozpouštědla používaná v těchto typech aplikací vypařují a způsobují účinky, které nebyly plně prozkoumány.Tyto efekty jsou gun king nebo srážení pevných látek, například polymerů, když se rozpouštědlo odpařuje.
Dále, galvanické články mohou být vytvořeny v přechodové fázi mezi tekutým povrchem chemikálie a párou plněnou plynnou fází blízkou vakuu nahoře.To může vést k lokální důlkové korozi uvnitř kapilárního vedení v důsledku zvýšené agresivity chemikálie za těchto podmínek.Vločky nebo krystaly soli vytvořené jako film uvnitř kapiláry, když její vnitřek vysychá, by mohly ucpat nebo ucpat kapilární vedení.
Filosofie bariéry
Při navrhování robustních řešení vrtu Statoil vyžaduje, aby bezpečnost vrtu byla na místě po celou dobu životního cyklu vrtu.Statoil tedy vyžaduje, aby existovaly dvě nezávislé neporušené bariéry studní.Obr. 3 znázorňuje schéma atypické bariéry studny, kde modrá barva představuje primární obalovou bariéru studny;v tomto případě výrobní potrubí.Červená barva představuje sekundární bariérovou obálku;pouzdro.Na levé straně náčrtu je chemická injektáž vyznačena jako černá čára s bodem vstřiku do výrobního potrubí v oblasti označené červeně (sekundární bariéra).Zavedením systémů chemické injektáže do vrtu jsou ohroženy jak primární, tak sekundární bariéry vrtu.
Případová historie koroze
Posloupnost událostí
Do ropného pole provozovaného společností Statoil na norském kontinentálním šelfu byla aplikována hlubinná chemická injekce inhibitoru vodního kamene.V tomto případě použitý inhibitor vodního kamene byl původně způsobilý pro použití na horní a podmořské straně.Po opětovném dokončení vrtu následovala instalace DHCIpointat2446mMD, obr.3.Vstřikování inhibitoru vodního kamene na horní straně bylo zahájeno bez dalšího testování chemikálie.
Po roce provozu byly pozorovány netěsnosti v systému chemického vstřikování a zahájeno vyšetřování.Únik měl škodlivý vliv na bariéry studní.K podobným událostem došlo u několika vrtů a některé z nich musely být během vyšetřování uzavřeny.
Výrobní potrubí bylo vytaženo a podrobně studováno.Korozní napadení bylo omezeno na jednu stranu potrubí a některé spoje potrubí byly tak zkorodované, že v nich byly skutečně díry.Přibližně 8,5 mm silná 3% chromová ocel se rozpadla za méně než 8 měsíců.Hlavní koroze se vyskytla v horní části vrtu, od ústí vrtu dolů do přibližně 380 m MD, a nejhůře zkorodované spoje potrubí byly nalezeny v přibližně 350 m MD.Pod touto hloubkou byla pozorována malá nebo žádná koroze, ale na vnější straně potrubí bylo nalezeno mnoho úlomků.
Pouzdro 9-5/8'' bylo také rozříznuto a vytaženo a byly pozorovány podobné účinky;s korozí v horní části studny pouze na jedné straně.Indukovaná netěsnost byla způsobena prasknutím zeslabené části pláště.
Materiál potrubí chemického vstřikování byla Alloy 825.
Chemická kvalifikace
Chemické vlastnosti a testování koroze jsou důležitým bodem při kvalifikaci inhibitorů vodního kamene a skutečný inhibitor vodního kamene byl kvalifikován a používán v aplikacích na povrchu a v podmořských aplikacích již několik let.Důvodem pro použití skutečného chemického vrtání byly zlepšené ekologické vlastnosti nahrazením stávajícího hlubinného chemického prostředku. Inhibitor vodního kamene však byl použit pouze při okolních teplotách horní strany a mořského dna (4-20 °C).Při vstřikování do studny mohla být teplota chemikálie až 90 °C, ale při této teplotě nebyly provedeny žádné další testy.
Počáteční zkoušky korozivnosti byly provedeny dodavatelem chemikálií a výsledky ukázaly 2-4 mm/rok pro uhlíkovou ocel při vysoké teplotě.V této fázi došlo k minimálnímu zapojení věcně technické způsobilosti provozovatele.Operátor později provedl nové testy, které ukázaly, že inhibitor kotelního kamene byl vysoce korozivní pro materiály ve výrobním potrubí a výrobním plášti s rychlostí koroze přesahující 70 mm/rok.Materiál vedení chemického vstřikování Alloy 825 nebyl před vstřikováním testován proti inhibitoru vodního kamene.Teplota studny může dosáhnout 90 °C a za těchto podmínek by měly být provedeny odpovídající testy.
Šetření také odhalilo, že inhibitor vodního kamene jako koncentrovaný roztok vykazoval pH < 3,0.pH však nebylo změřeno.Později naměřené pH ukázalo velmi nízkou hodnotu pH 0-1.To ilustruje potřebu měření a úvah o materiálu navíc k daným hodnotám pH.
Interpretace výsledků
Vstřikovací potrubí (obr. 3) je konstruováno tak, aby poskytovalo hydrostatický tlak inhibitoru vodního kamene, který překračuje tlak v dobře vstřikovacím bodě.Inhibitor je vstřikován při vyšším tlaku, než jaký existuje ve vrtu.To má za následek efekt U-trubice při uzavření vrtu.Ventil se vždy otevře s vyšším tlakem ve vstřikovacím potrubí než ve studni.Ve vstřikovacím potrubí proto může dojít k vakuu nebo odpařování.Rychlost koroze a riziko důlkové koroze je největší v zóně přechodu plyn/kapalina v důsledku odpařování rozpouštědla.Laboratorní experimenty prováděné na kuponech tuto teorii potvrdily.Ve vrtech, kde došlo k úniku, byly všechny otvory v injektážním potrubí umístěny v horní části chemické injektážní linky.
Obr. 4 ukazuje fotografii linie DHC I s významnou důlkovou korozí.Koroze pozorovaná na vnějším výrobním potrubí indikovala lokální expozici inhibitoru kotelního kamene z bodu důlkového úniku.Netěsnost byla způsobena důlkovou korozí vysoce korozivní chemikálie a únikem přes chemickou vstřikovací linku do výrobního pláště.Inhibitor vodního kamene byl stříkán z důlkové kapiláry na plášť a hadičku a došlo k netěsnostem.Jakékoli sekundární důsledky netěsností ve vstřikovacím potrubí nebyly brány v úvahu.Dospělo se k závěru, že koroze pláště a trubek byla důsledkem koncentrovaných inhibitorů kotelního kamene, které byly vytlačovány z důlkové kapiláry na plášť a trubku, obr. 5.
V tomto případě chybělo zapojení inženýrů materiálových kompetencí.Žíravost chemikálie na vedení DHCI nebyla testována a sekundární účinky způsobené únikem nebyly hodnoceny;například zda okolní materiály snesou expozici chemikáliím.
Případ krále chemických zbraní
Posloupnost událostí
Strategie prevence tvorby vodního kamene pro vysokoteplotní pole byla kontinuální injekce inhibitoru vodního kamene před pojistným ventilem ve spádu.Ve studni byl identifikován silný potenciál usazování uhličitanu vápenatého.Jedním z problémů byla vysoká teplota a vysoká rychlost produkce plynu a kondenzátu v kombinaci s nízkou rychlostí produkce vody.Při vstřikování inhibitoru kotelního kamene se jednalo o to, že rozpouštědlo by bylo odstraněno vysokou rychlostí produkce plynu a v místě vstřikování před pojistným ventilem ve vrtu by došlo k rozdělování chemikálií.
Při kvalifikaci inhibitoru kotelního kamene byl kladen důraz na účinnost produktu v podmínkách HP HT včetně chování v topside procesním systému (nízká teplota).Hlavním problémem bylo vysrážení samotného inhibitoru kotelního kamene ve výrobním potrubí v důsledku vysoké rychlosti plynu.Laboratorní testy ukázaly, že inhibitor vodního kamene se může vysrážet a přilnout ke stěně hadičky.Provoz pojistného ventilu by proto mohl překonat riziko.
Zkušenosti ukázaly, že po několika týdnech provozu chemická linka prosakovala.Tlak ve vrtu bylo možné sledovat na hladinoměru instalovaném v kapilárním vedení.Linie byla izolována pro získání integrity jamky.
Chemická injektážní linka byla vytažena z vrtu, otevřena a zkontrolována za účelem diagnostiky problému a nalezení možných příčin selhání.Jak je vidět na obr. 6, bylo nalezeno významné množství sraženiny a chemická analýza ukázala, že část z nich byla inhibitorem vodního kamene.Sraženina se nacházela na těsnění a talíř a ventil nebylo možné ovládat.
Selhání ventilu bylo způsobeno úlomky uvnitř ventilového systému, které bránily zpětným ventilům najíždět kov na kovové sedlo.Nečistoty byly zkoumány a bylo prokázáno, že hlavní částice jsou kovové hobliny, pravděpodobně vzniklé během procesu instalace kapilárního vedení.Kromě toho byly na obou zpětných ventilech identifikovány některé bílé nečistoty, zejména na zadní straně ventilů.Toto je nízkotlaká strana, tj. strana by byla vždy v kontaktu s kapalinami z vrtu.Zpočátku se věřilo, že se jedná o úlomky z těžebního vrtu, protože ventily byly zaseknuté otevřené a vystavené kapalinám z vrtu.Zkoumání však ukázalo, že trosky jsou polymery s podobnou chemií jako chemikálie používaná jako inhibitor vodního kamene.To nás zaujalo a Statoil chtěl prozkoumat důvody těchto polymerních úlomků přítomných v kapilárním vedení.
Chemická kvalifikace
V oblasti HP HT existuje mnoho výzev s ohledem na výběr vhodných chemikálií ke zmírnění různých výrobních problémů.Při kvalifikaci inhibitoru vodního kamene pro průběžné vstřikování dolů byly provedeny následující testy:
● Stabilita produktu
● Tepelné stárnutí
● Dynamické výkonnostní testy
● Kompatibilita s tvorbou vody a inhibitorem hydratace (MEG)
● Statický a dynamický test krále děla
● Informace o opětovném rozpuštění vody, čerstvé chemikálie a MEG
Chemikálie bude vstřikována předem stanovenou rychlostí dávkování,ale produkce vody nebude nutně konstantní,tj. vodní slugging.Mezi vodními slimáky,když se chemikálie dostane do vrtu,to potká žhavý,rychle tekoucí proud uhlovodíkového plynu.Je to podobné jako vstřikování inhibitoru vodního kamene v aplikaci plynového výtahu (Fleming a kol. 2003).
vysoká teplota plynu,riziko stripování rozpouštědla je extrémně vysoké a pistole King může způsobit ucpání vstřikovacího ventilu.Toto je riziko i pro chemikálie formulované s rozpouštědly s vysokým bodem varu/nízkým tlakem par a dalšími látkami snižujícími tlak par (VPD). V případě částečného zablokování,proud formovací vody,MEG a/nebo čerstvá chemikálie musí být schopny odstranit nebo znovu rozpustit dehydratovanou nebo zničenou chemikálii.
V tomto případě bylo navrženo nové laboratorní zkušební zařízení, které replikuje podmínky proudění v blízkosti vstřikovacích portů ve výrobním systému HP/HTg.Výsledky dynamických testů pistole ukazují, že za navržených podmínek aplikace byla zaznamenána významná ztráta rozpouštědla.To by mohlo vést k rychlému ovládání zbraně a případnému zablokování průtokových potrubí.Práce proto prokázala, že existovalo relativně významné riziko pro kontinuální chemické injektáže do těchto vrtů před výrobou vody a vedly k rozhodnutí upravit normální spouštěcí postupy pro toto pole a oddálit chemickou injektáž, dokud nebude detekován průnik vody.
Kvalifikace inhibitoru vodního kamene pro kontinuální vstřikování do hlubinného otvoru byla zaměřena především na stripování rozpouštědla a na omezování vodního kamene v místě vstřikování a v potrubí, ale potenciál pro omezování vodního kamene v samotném vstřikovacím ventilu nebyl hodnocen.Vstřikovací ventil pravděpodobně selhal kvůli značné ztrátě rozpouštědla a rychlému kulometu,Obr.6. Výsledky ukazují, že je důležité mít na systém holistický pohled;se nezaměřují pouze na výrobní výzvy,ale také problémy související s vstřikováním chemikálie,tj. vstřikovací ventil.
Zkušenosti z jiných oborů
Jedna z prvních zpráv o problémech s dlouhými potrubími pro chemické vstřikování pocházela ze satelitu Gull fak sandVig dis (Osa et al.2001). do potrubí přes vstřikovací ventil.Byly vyvinuty nové směrnice pro vývoj chemikálií pro podmořskou produkci.Požadavky zahrnovaly odstranění částic (filtraci) a přidání hydrátového inhibitoru (např. glykolu) ke všem inhibitorům vodního kamene na bázi vody, které mají být injektovány do podmořských šablon.Chemická stabilita,byla také zvážena viskozita a kompatibilita (kapalina a materiály).Tyto požadavky byly dále převzaty do systému Statoil a zahrnují chemické vstřikování dolů.
Během vývojové fáze pole Oseberg S nebo pole bylo rozhodnuto, že všechny vrty by měly být doplněny systémy DHC I (Fleming a kol. 2006). Cílem bylo zabránit CaCO；škálování v horní hadici pomocí SI injekce.Jedním z hlavních problémů s ohledem na vedení chemického vstřikování bylo dosažení komunikace mezi povrchem a výstupem ze spádu.Vnitřní průměr potrubí chemického vstřikování se zúžil ze 7 mm na 0,7 mm (ID) kolem pojistného ventilu mezikruží kvůli prostorovým omezením a schopnost kapaliny transportovat tuto sekci ovlivnila úspěšnost.Několik plošinových vrtů mělo potrubí pro chemické vstřikování, které bylo ucpané,ale důvod nebyl pochopen.Vlaky různých tekutin (glykol,surový,kondenzát,xylen,inhibitor vodního kamene,voda atd.) byly laboratorně testovány na viskozitu a kompatibilitu a pumpovány dopředu a zpětným tokem, aby se potrubí otevřelo;nicméně,cílový inhibitor vodního kamene nemohl být čerpán až dolů k chemickému vstřikovacímu ventilu.Dále,komplikace byly pozorovány při vysrážení fosfonátového inhibitoru vodního kamene spolu se zbytkovým CaClz kompletním solným roztokem v jedné jímce a pistolovým králem inhibitoru vodního kamene uvnitř jímky s vysokým poměrem plynového oleje a nízkým obsahem vody (Fleming et al. 2006).
Ponaučení
Vývoj zkušební metody
Hlavní ponaučení ze selhání systémů DHC I se týkala technické účinnosti inhibitoru vodního kamene a nikoli funkčnosti a chemického vstřikování.Topside injekce a subsea injekce fungovaly dobře přesčas;nicméně,aplikace byla rozšířena na hlubinnou chemickou injektáž bez odpovídající aktualizace metod chemické kvalifikace.Zkušenosti Statoil ze dvou prezentovaných terénních případů jsou takové, že řídící dokumentace nebo směrnice pro chemickou kvalifikaci musí být aktualizovány, aby zahrnovaly tento typ chemické aplikace.Hlavní dva problémy byly identifikovány jako i) vakuum v potrubí pro vstřikování chemikálií a ii) potenciální vysrážení chemikálie.
K odpařování chemikálie může dojít na výrobním potrubí (jak je vidět v pouzdru pistole King) a ve vstřikovacím potrubí (ve vakuovém pouzdru bylo identifikováno přechodné rozhraní) existuje riziko, že by se tyto sraženiny mohly pohybovat proudem a do vstřikovacího ventilu a dále do vrtu.Vstřikovací ventil je často navržen s filtrem před vstřikovacím místem,to je výzva,protože v případě srážek může být tento filtr ucpaný, což způsobí selhání ventilu.
Pozorování a předběžné závěry ze získaných zkušeností vyústily v rozsáhlou laboratorní studii o jevech.Celkovým cílem bylo vyvinout nové kvalifikační metody, aby se v budoucnu zabránilo podobným problémům.V této studii byly provedeny různé testy a bylo navrženo několik laboratorních metod (vyvinutých za účelem) pro zkoumání chemikálií s ohledem na identifikované problémy.
● Ucpání filtrů a stabilita produktu v uzavřených systémech.
● Vliv částečné ztráty rozpouštědla na korozivitu chemikálií.
● Vliv částečné ztráty rozpouštědla v kapiláře na tvorbu pevných látek nebo viskózních zátek.
Během testů laboratorních metod bylo identifikováno několik potenciálních problémů
● Opakované ucpání filtru a špatná stabilita.
● Tvorba pevných látek po částečném odpaření z kapiláry
● Změny PH v důsledku ztráty rozpouštědla.
Povaha provedených testů také poskytla další informace a znalosti týkající se změn fyzikálních vlastností chemikálií v kapilárách, když jsou vystaveny určitým podmínkám,a jak se to liší od objemových roztoků vystavených podobným podmínkám.Zkušební práce také odhalila značné rozdíly mezi objemovou kapalinou,parní fáze a zbytkové tekutiny, což může vést buď ke zvýšenému potenciálu pro srážení a/nebo zvýšené korozivnosti.
Zkušební postup pro korozivnost inhibitorů kotelního kamene byl vyvinut a zahrnut do řídící dokumentace.Pro každou aplikaci bylo nutné před zavedením injektáže inhibitoru vodního kamene provést rozšířené testování korozivnosti.Byly také provedeny testy Gun King chemické látky ve vstřikovací lince.
Před zahájením kvalifikace chemické látky je důležité vytvořit rozsah práce, který popisuje výzvy a účel chemické látky.V počáteční fázi je důležité identifikovat hlavní problémy, aby bylo možné vybrat typy chemikálií, které problém vyřeší.Shrnutí nejdůležitějších kritérií přijetí naleznete v tabulce 2.
Kvalifikace chemikálií
Kvalifikace chemikálií sestává z testování a teoretických hodnocení pro každou aplikaci.Musí být definována a stanovena technická specifikace a zkušební kritéria,například v rámci HSE,materiálová kompatibilita,stabilita produktu a kvalita produktu (částice).Dále,bod mrazu,viskozita a kompatibilita s jinými chemikáliemi,hydrátový inhibitor,musí být stanovena formační voda a produkovaná kapalina.Zjednodušený seznam zkušebních metod, které lze použít pro kvalifikaci chemikálií, je uveden v tabulce 2.
Průběžné zaměření a sledování technické efektivity,dávky a fakta o HSE jsou důležité.Požadavky na produkt mohou změnit pole nebo životnost zpracovatelského závodu；se liší podle rychlosti výroby a také složení kapaliny.Navazující činnost s hodnocením výkonu,optimalizace a/nebo testování nových chemikálií se musí provádět často, aby byl zajištěn optimální program ošetření.
V závislosti na kvalitě oleje,výroba vody a technické problémy v pobřežním výrobním závodě,použití výrobních chemikálií může být nezbytné pro dosažení exportní kvality,regulační požadavky,a provozovat pobřežní zařízení bezpečným způsobem.Všechny oblasti mají různé výzvy a potřebné výrobní chemikálie se budou lišit obor od oboru a přesčasy.
V kvalifikačním programu je důležité zaměřit se na technickou efektivitu výrobních chemikálií,ale je také velmi důležité zaměřit se na vlastnosti chemické látky,jako je stabilita,kvalitu a kompatibilitu produktu.Kompatibilita v tomto nastavení znamená kompatibilitu s kapalinami,materiály a další výrobní chemikálie.To může být výzva.Není žádoucí používat chemikálii k řešení problému, aby se později zjistilo, že daná chemická látka přispívá k novým výzvám nebo je vytváří.Největší výzvou jsou možná vlastnosti chemikálie a ne technická výzva.
Speciální požadavky
Zvláštní požadavky na filtraci dodávaných produktů by měly být aplikovány pro podmořský systém a pro kontinuální injektáž dolů.Síta a filtry v chemickém vstřikovacím systému by měly být poskytnuty na základě specifikace na následném zařízení od horního vstřikovacího systému,čerpadla a vstřikovací ventily,do vstřikovacích ventilů.Tam, kde se používá kontinuální vstřikování chemikálií dolů, specifikace v systému chemického vstřikování by měla vycházet ze specifikace s nejvyšší kritičností.Možná je to filtr u vstřikovacího ventilu.
Injekční výzvy
Vstřikovací systém může znamenat vzdálenost 3-50 km od umbilikálního podmořského toku a 1-3 km dolů do vrtu.Důležité jsou fyzikální vlastnosti, jako je viskozita a schopnost pumpovat chemikálie.Pokud je viskozita při teplotě mořského dna příliš vysoká, může být obtížné pumpovat chemikálii potrubím pro vstřikování chemikálií v podmořské pupečníku a do bodu vstřikování pod moře nebo do vrtu.Viskozita by měla odpovídat specifikaci systému při očekávané skladovací nebo provozní teplotě.To je třeba v každém případě vyhodnotit,a bude závislý na systému.Rychlost chemického vstřikování je podle tabulky faktorem úspěchu v chemickém vstřikování.Aby se minimalizovalo riziko ucpání chemického vstřikovacího potrubí,chemikálie v tomto systému by měly být inhibovány hydráty (pokud je potenciál pro hydráty).Je třeba ověřit kompatibilitu s kapalinami přítomnými v systému (konzervační kapalina) a inhibitorem hydrátů.Testy stability chemikálie při skutečných teplotách (nejnižší možná okolní teplota,teplota okolí,podmořská teplota,teplota vstřiku) musí projít.
Rovněž je třeba vzít v úvahu program pro mytí potrubí chemického vstřikování s danou frekvencí.Pravidelné proplachování potrubí chemického vstřikování rozpouštědlem může poskytnout preventivní účinek,glykol nebo čisticí chemikálie k odstranění případných usazenin dříve, než se nahromadí a mohou způsobit ucpání vedení.Zvolený chemický roztok proplachovací kapaliny musí býtkompatibilní s chemikálií ve vstřikovacím potrubí.
V některých případech se chemická vstřikovací linka používá pro několik chemických aplikací založených na různých problémech v průběhu životnosti v terénu a podmínkách kapaliny.V počáteční produkční fázi před průlomem vody se mohou hlavní problémy lišit od těch v pozdním věku, které často souvisí se zvýšenou produkcí vody.Přechod od inhibitoru na bázi nevodného rozpouštědla, jako je inhibitor asfaltového enu, na chemikálie na bázi vody, jako je inhibitor kotelního kamene, může představovat problémy s kompatibilitou.Je proto důležité zaměřit se na kompatibilitu a kvalifikaci a použití distančních vložek, když je plánována výměna chemikálie v chemické vstřikovací lince.
Materiály
Ohledně materiálové kompatibility,všechny chemikálie by měly být kompatibilní s těsněním,elastomery,těsnění a konstrukční materiály používané v systému chemického vstřikování a ve výrobním závodě.Měl by být vyvinut zkušební postup pro žíravost chemikálií (např. kyselý inhibitor vodního kamene) pro průběžné vstřikování do hlubinného otvoru.Pro každou aplikaci musí být před zavedením injektáže chemikálií provedeno rozšířené testování korozivnosti.
Diskuse
Je třeba vyhodnotit výhody a nevýhody kontinuálního hlubinného chemického vstřikování.Nepřetržité vstřikování inhibitoru vodního kamene pro ochranu DHS Vor produkční potrubí je elegantní metoda ochrany studny před vodním kamenem.Jak je zmíněno v tomto dokumentu, existuje několik problémů s kontinuálním hlubinným vstřikováním chemikálií,pro snížení rizika je však důležité porozumět jevům spojeným s řešením.
Jedním ze způsobů, jak snížit riziko, je zaměřit se na vývoj testovací metody.Ve srovnání s horní nebo podmořskou chemickou injekcí jsou dole ve vrtu jiné a přísnější podmínky.Kvalifikační postup pro chemikálie pro kontinuální vstřikování chemikálií dolů musí brát v úvahu tyto změny podmínek.Kvalifikace chemikálií musí být provedena podle materiálu, se kterým mohou přijít chemikálie do styku.Požadavky na kvalifikaci a testování kompatibility za podmínek, které co možná nejvíce kopírují různé podmínky životního cyklu vrtů, za kterých budou tyto systémy pracovat, musí být aktualizovány a implementovány.Vývoj zkušební metody se musí dále rozvíjet k realističtějším a reprezentativnějším zkouškám.
Navíc,interakce mezi chemikáliemi a zařízením je zásadní pro úspěch.Vývoj injektážních chemických ventilů musí brát v úvahu chemické vlastnosti a umístění vstřikovacího ventilu ve vrtu.Mělo by být zváženo zahrnutí skutečných vstřikovacích ventilů jako součásti zkušebního zařízení a provedení testování výkonu inhibitoru vodního kamene a konstrukce ventilu jako součást kvalifikačního programu.Kvalifikace inhibitorů vodního kamene,hlavní důraz byl dříve kladen na procesní výzvy a inhibici rozsahu,ale dobrá inhibice vodního kamene závisí na stabilním a kontinuálním vstřikování.Bez stabilního a nepřetržitého vstřikování se potenciál pro tvorbu vodního kamene zvýší.Pokud je vstřikovací ventil inhibitoru vodního kamene vypuštěný a nedochází k žádnému vstřikování inhibitoru vodního kamene do proudu tekutiny,studna a pojistné ventily nejsou chráněny před vodním kamenem, a proto může být ohrožena bezpečná výroba.Kvalifikační postup se musí kromě procesních problémů a účinnosti kvalifikovaného inhibitoru vodního kamene zabývat i problémy souvisejícími se vstřikováním inhibitoru vodního kamene.
Nový přístup zahrnuje několik oborů a je třeba vyjasnit spolupráci mezi obory a příslušné odpovědnosti.V této aplikaci horní procesní systém,podmořské šablony a návrh a dokončení studní.Multidisciplinární sítě zaměřující se na vývoj robustních řešení pro chemické injekční systémy jsou důležité a možná i cestou k úspěchu.Komunikace mezi různými obory je zásadní;zvláště úzká komunikace mezi chemiky, kteří mají kontrolu nad aplikovanými chemikáliemi, a inženýry vrtů, kteří mají kontrolu nad zařízením používaným ve vrtu, je důležitá.Pochopit výzvy různých oborů a učit se jeden od druhého je nezbytné pro pochopení složitosti celého procesu.
Závěr
● Nepřetržité vstřikování inhibitoru vodního kamene pro ochranu DHS Vor výrobní potrubí je elegantní způsob ochrany studny před vodním kamenem
● Řešení identifikovaných problémů,jsou následující doporučení：
● Musí být proveden speciální kvalifikační postup DHCI.
● Kvalifikační metoda pro chemické vstřikovací ventily
● Zkušební a kvalifikační metody pro chemickou funkčnost
● Vývoj metod
● Testování příslušných materiálů
● Multidisciplinární interakce, kde je komunikace mezi různými zúčastněnými obory klíčová pro úspěch.
Poděkování
Autor by rád poděkoval společnosti Statoil AS A za svolení k publikování této práce a Baker Hughes a Schlumberger za umožnění použití obrázku na obr.2.
Nomenklatura
(Ba/Sr)SO4 = síran barnatý/strontnatý
CaCO3 = uhličitan vápenatý
DHCI = vstřikování chemikálií
DHSV=spádový pojistný ventil
např.=např
GOR = poměr benzínu
HSE=prostředí ochrany zdraví
HPHT = vysoký tlak vysoká teplota
ID = vnitřní průměr
tj. = to je
km = kilometry
mm = milimetr
MEG = mono ethylenglykol
mMD=metrem naměřená hloubka
OD = vnější průměr
SI = inhibitor vodního kamene
mTV D=metr celková vertikální hloubka
U-trubice=trubka ve tvaru U
VPD = prostředek snižující tlak par
Obrázek 1. Přehled podmořských a hlubinných chemických injektážních systémů v atypické oblasti.Náčrt chemické injektáže proti proudu DHSV a související očekávané výzvy.DHS V = pojistný ventil ve spádu, PWV = procesní křídlový ventil a PM V = procesní hlavní ventil.
Obrázek 2. Náčrt atypického systému chemického vstřikování dolů s trnem a ventilem.Systém je připojen k povrchovému rozdělovači, veden skrz a připojen k závěsu hadic na prstencové straně hadičky.Chemický injektážní trn je tradičně umístěn hluboko ve vrtu s úmyslem poskytnout chemickou ochranu.
Obrázek 3. Typické schéma bariéry studny,kde modrá barva představuje primární bariérovou obálku studny;v tomto případě výrobní potrubí.Červená barva představuje sekundární bariérovou obálku;pouzdro.Na levé straně je vyznačena chemická injekce, černá čára s bodem vstřikování do výrobního potrubí v oblasti označené červeně (sekundární bariéra).
Obrázek 4. Důlkový otvor nalezený v horní části 3/8” vstřikovacího potrubí.Plocha je znázorněna na náčrtu atypického schématu zábrany studny, označené oranžovou elipsou.
Obrázek 5. Silné napadení korozí na 7” 3% chromové hadici.Obrázek ukazuje napadení korozí po nastříkání inhibitoru vodního kamene z důlkové chemické vstřikovací linky na výrobní potrubí.
Obrázek 6. Nečistoty nalezené ve ventilu chemického vstřikování.Nečistoty byly v tomto případě kovové hobliny pravděpodobně z procesu instalace a nějaké bělavé úlomky.Při zkoumání bílých úlomků se ukázalo, že se jedná o polymery s podobnou chemií jako chemická látka vstřikovaná
Čas odeslání: 27. dubna 2022