Linije za ubrizgavanje kemikalija u bušotinu - zašto ne uspijevaju?Iskustva, izazovi i primjena novih metoda ispitivanja
Autorsko pravo 2012., Društvo naftnih inženjera
Sažetak
Statoil upravlja s nekoliko polja gdje se u bušotinu primjenjuje kontinuirano ubrizgavanje inhibitora kamenca.Cilj je zaštititi gornje cijevi i sigurnosni ventil od (Ba/Sr) SO4 ili CaCO;skale, u slučajevima kada je redovito istiskivanje kamenca teško i skupo, npr. vezivanje podmorskih polja.
Kontinuirano ubrizgavanje inhibitora kamenca u bušotinu tehnički je prikladno rješenje za zaštitu gornjih cijevi i sigurnosnog ventila u bušotinama koje imaju potencijal stvaranja kamenca iznad proizvodnog pakera;posebno u bušotinama koje se ne moraju redovito stiskati zbog potencijala stvaranja kamenca u području u blizini bušotine.
Projektiranje, rad i održavanje linija za ubrizgavanje kemikalija zahtijevaju dodatni fokus na odabir materijala, kvalifikaciju kemikalija i praćenje.Tlak, temperatura, režimi protoka i geometrija sustava mogu predstavljati izazove sigurnom radu.Izazovi su identificirani u nekoliko kilometara dugim linijama za utiskivanje od proizvodnog pogona do podmorskog šablona i u ventilima za utiskivanje dolje u bušotinama.
Razmotrena su iskustva s terena koja pokazuju složenost sustava kontinuiranog ubrizgavanja u bušotinu u pogledu taloženja i problema s korozijom.Predstavljena su laboratorijska istraživanja i primjena novih metoda za kemijsku kvalifikaciju.Razmotrene su potrebe za multidisciplinarnim djelovanjem.
Uvod
Statoil upravlja s nekoliko polja gdje je primijenjeno kontinuirano ubrizgavanje kemikalija u bušotinu.To uglavnom uključuje ubrizgavanje inhibitora kamenca (SI) gdje je cilj zaštititi gornje cijevi i sigurnosni ventil u bušotini (DHSV) od (Ba/Sr) SO4 ili CaCO;mjerilo.U nekim slučajevima razbijač emulzije se ubrizgava u bušotinu kako bi započeo proces odvajanja što je moguće dublje u bušotini na relativno visokoj temperaturi.
Kontinuirano utiskivanje inhibitora kamenca u bušotinu tehnički je prikladno rješenje za zaštitu gornjeg dijela bušotina koje imaju potencijal stvaranja kamenca iznad proizvodnog pakera.Kontinuirano utiskivanje može se preporučiti posebno u bušotinama koje nije potrebno stiskati zbog niskog potencijala stvaranja kamenca u obližnjoj bušotini;ili u slučajevima gdje je redovito izvođenje cijeđenja kamenca teško i skupo, npr. vezivanje podmorskih polja.
Statoil ima prošireno iskustvo u kontinuiranom ubrizgavanju kemikalija u gornje sustave i podmorske šablone, ali novi je izazov dovesti točku ubrizgavanja dublje u bušotinu.Projektiranje, rad i održavanje linija za ubrizgavanje kemikalija zahtijeva dodatni fokus na nekoliko tema;poput odabira materijala, kemijske kvalifikacije i praćenja.Tlak, temperatura, režimi protoka i geometrija sustava mogu predstavljati izazove sigurnom radu.Identificirani su izazovi u dugim (nekoliko kilometara) linijama za utiskivanje od proizvodnog pogona do podmorskog predloška i u ventile za utiskivanje dolje u bušotinama;Sl. 1.Neki od sustava ubrizgavanja radili su prema planu, dok su drugi otkazali iz raznih razloga.Planirano je nekoliko novih polja za ubrizgavanje kemikalija u bušotinu (DHCI);međutim;u nekim slučajevima oprema još nije u potpunosti kvalificirana.
Primjena DHCI je složen zadatak.Uključuje završetak i dizajn bušotine, kemijski sastav bušotine, sustav gornje strane i sustav doziranja kemikalija procesa gornje strane.Kemikalija će se pumpati s gornje strane preko linije za ubrizgavanje kemikalije do opreme za završetak i dolje u bušotinu.Stoga je u planiranju i provedbi ove vrste projekta ključna suradnja između nekoliko disciplina.Različita razmatranja moraju se procijeniti i važna je dobra komunikacija tijekom projektiranja.Uključeni su procesni inženjeri, inženjeri podmorja i inženjeri za završetak radova koji se bave temama kemije bušotine, odabirom materijala, osiguranjem protoka i upravljanjem kemikalijama u proizvodnji.Izazovi mogu biti kemijski pištolj ili stabilnost temperature, korozija i u nekim slučajevima učinak vakuuma zbog lokalnog pritiska i učinaka protoka u liniji za ubrizgavanje kemikalija.Osim ovih, uvjeti kao što su visoki tlak, visoka temperatura, visoka brzina plina, visok potencijal stvaranja kamenca，velika udaljenost pupčane i duboke točke ubrizgavanja u bušotinu, postavljaju različite tehničke izazove i zahtjeve za ubrizganu kemikaliju i ventil za ubrizgavanje.
Pregled DHCI sustava instaliranih u operacijama Statoila pokazuje da iskustvo nije uvijek bilo uspješno Tablica 1. Međutim, planira se poboljšanje dizajna ubrizgavanja, kemijske kvalifikacije, rada i održavanja.Izazovi se razlikuju od polja do polja, a problem nije nužno u tome što sam ventil za ubrizgavanje kemikalije ne radi.
Tijekom posljednjih godina suočeno je s nekoliko izazova u vezi s linijama za ubrizgavanje kemikalija u bušotinu.U ovom radu navedeni su neki primjeri iz tih iskustava.U radu se raspravlja o izazovima i mjerama poduzetim za rješavanje problema vezanih uz DHCI vodove.Date su dvije povijesti bolesti;jedan o koroziji i jedan o kralju kemijskog oružja.Razmotrena su iskustva s terena koja pokazuju složenost sustava kontinuiranog ubrizgavanja u bušotinu u pogledu taloženja i problema s korozijom.
Također se razmatraju laboratorijske studije i primjena novih metoda za kemijsku kvalifikaciju;kako pumpati kemikaliju, potencijal skaliranja i prevenciju, složenu primjenu opreme i kako će kemikalija utjecati na gornji sustav kada se kemikalija ponovno proizvede.Kriteriji prihvaćanja za primjenu kemikalija uključuju ekološka pitanja, učinkovitost, kapacitet skladištenja na vrhu, brzinu pumpe, može li se koristiti postojeća pumpa itd. Tehničke preporuke moraju se temeljiti na kompatibilnosti tekućine i kemije, detekciji ostataka, kompatibilnosti materijala, dizajnu podvodnog pupka, sustavu doziranja kemikalija i materijale u okruženju ovih linija.Kemikalija će možda trebati biti inhibirana hidratacijom kako bi se spriječilo začepljenje cijevi za ubrizgavanje zbog invazije plina, a kemikalija se ne smije smrzavati tijekom transporta i skladištenja.U postojećim internim smjernicama postoji popis kemikalija koje se mogu primijeniti u svakoj točki sustava. Važna su fizikalna svojstva kao što je viskoznost.Sustav utiskivanja može podrazumijevati 3-50 km udaljenosti pupčane linije podmorskog toka i 1-3 km dolje u bušotinu.Stoga je stabilnost temperature također važna.Procjena nizvodnih učinaka, npr. u rafinerijama, također se može uzeti u obzir.
Sustavi za ubrizgavanje kemikalija u bušotinu
Troškovna korist
Kontinuirano ubrizgavanje inhibitora kamenca u bušotinu radi zaštite DHS Vor proizvodne cijevi može biti isplativo u usporedbi s istiskivanjem bušotine inhibitorom kamenca.Ova primjena smanjuje mogućnost oštećenja formacije u usporedbi s tretmanima istiskivanjem kamenca, smanjuje mogućnost problema u procesu nakon istiskivanja kamenca i daje mogućnost kontrole brzine ubrizgavanja kemikalije iz gornjeg sustava ubrizgavanja.Sustav ubrizgavanja također se može koristiti za kontinuirano ubrizgavanje drugih kemikalija u bušotinu i time može smanjiti druge izazove koji bi se mogli pojaviti dalje nizvodno od procesnog postrojenja.
Provedena je sveobuhvatna studija koja razvija strategiju razmjera nizozemske bušotine za polje Oseberg S.Glavna zabrinutost oko razmjera bio je CaCO;kamenac u gornjim cijevima i mogući kvar DHSV-a.Razmatranja Oseberg S ili strategije upravljanja kamencem zaključila su da je tijekom trogodišnjeg razdoblja DHCI bio najučinkovitije rješenje u bušotinama gdje su radile linije za ubrizgavanje kemikalija.Glavni troškovni element s obzirom na konkurentsku tehniku istiskivanja kamenca bio je odgođeno ulje, a ne kemijski/operativni trošak.Za primjenu inhibitora kamenca u plinskom dizanju, glavni čimbenik na kemijski trošak bila je visoka brzina plinskog dizanja koja je dovela do visoke koncentracije SI, budući da je koncentracija morala biti uravnotežena sa stopom plinskog dizanja kako bi se izbjegao kemijski pištolj.Za dvije bušotine na Osebergu S ili koje su imale dobro funkcionirajuće DHC I vodove, ova je opcija odabrana za zaštitu DHS V od CaCO;skaliranje.
Sustav kontinuiranog ubrizgavanja i ventili
Postojeća rješenja za dovršavanje koja koriste sustave kontinuiranog ubrizgavanja kemikalija suočavaju se s izazovima sprječavanja začepljenja kapilarnih vodova.Obično se sustav ubrizgavanja sastoji od kapilarnog voda, vanjskog promjera 1/4” ili 3/8” (OD), spojenog na površinski razvodnik, dovedenog kroz i spojenog na vješalicu cijevi na prstenastoj strani cijevi.Kapilarni vod je pričvršćen na vanjski promjer proizvodne cijevi pomoću posebnih obujmica cijevi i ide s vanjske strane cijevi sve do igle za ubrizgavanje kemikalija.Trn se tradicionalno postavlja uzvodno od DHS V ili dublje u bušotini s namjerom da se ubrizganoj kemikaliji da dovoljno vremena za disperziju i da se smjesti kemikalija tamo gdje se nalaze izazovi.
Na ventilu za ubrizgavanje kemikalije, sl. 2, mali uložak promjera oko 1,5 inča sadrži povratne ventile koji sprječavaju ulazak tekućina iz bušotine u kapilarni vod.To je jednostavno mala lutka koja jaše na opruzi.Sila opruge postavlja i predviđa pritisak potreban za otvaranje kliznog otvora s brtvenog sjedišta.Kada kemikalija počne teći, lopatica se podiže sa svog sjedišta i otvara povratni ventil.
Potrebno je ugraditi dva povratna ventila.Jedan ventil je primarna barijera koja sprječava ulazak tekućina iz bušotine u kapilarni vod.Ovo ima relativno nizak tlak otvaranja (2-15 bara). Ako je hidrostatski tlak unutar kapilarnog voda manji od tlaka u bušotini, tekućine iz bušotine će pokušati ući u kapilarni vod.Drugi povratni ventil ima netipičan tlak otvaranja od 130-250 bara i poznat je kao sustav za sprječavanje U-cijevi.Ovaj ventil sprječava kemikaliju unutar kapilarne cijevi da slobodno teče u bušotinu ako je hidrostatski tlak unutar kapilarne cijevi veći od tlaka u bušotini na mjestu ubrizgavanja kemikalije unutar proizvodne cijevi.
Uz dva nepovratna ventila, obično postoji i linijski filtar, čija je svrha osigurati da nikakvi ostaci bilo koje vrste ne mogu ugroziti sposobnost brtvljenja sustava nepovratnih ventila.
Veličine opisanih povratnih ventila su prilično male, a čistoća ubrizgane tekućine bitna je za njihovu radnu funkcionalnost.Vjeruje se da se krhotine u sustavu mogu isprati povećanjem protoka unutar kapilarnog voda, tako da se povratni ventili namjerno otvaraju.
Kada se nepovratni ventil otvori, tlak protoka brzo opada i širi se uz kapilarnu liniju dok se tlak ponovno ne poveća.Nepovratni ventil će se zatim zatvoriti sve dok protok kemikalija ne izgradi dovoljan tlak za otvaranje ventila;rezultat su oscilacije tlaka u sustavu povratnog ventila.Što je veći tlak otvaranja sustava nepovratnog ventila, manje se područje protoka uspostavlja kada se nepovratni ventil otvori i sustav pokušava postići uvjete ravnoteže.
Ventili za ubrizgavanje kemikalija imaju relativno nizak tlak otvaranja;i ako tlak u cijevima na ulaznoj točki kemikalije postane manji od zbroja hidrostatskog tlaka kemikalija unutar kapilarnog voda plus tlak otvaranja nepovratnog ventila, u gornjem dijelu kapilarnog voda pojavit će se vakuum ili vakuum.Kada se ubrizgavanje kemikalije zaustavi ili je protok kemikalije nizak, u gornjem dijelu kapilarne linije počet će se javljati uvjeti bliski vakuumu.
Razina vakuuma ovisi o tlaku u bušotini, specifičnoj težini ubrizgane kemijske smjese koja se koristi unutar kapilarnog voda, tlaku otvaranja povratnog ventila na mjestu ubrizgavanja i brzini protoka kemikalije unutar kapilarnog voda.Uvjeti u bušotini varirat će tijekom životnog vijeka polja i stoga će se potencijal za vakuum također mijenjati tijekom vremena.Važno je biti svjestan ove situacije kako biste pravilno razmotrili i poduzeli mjere opreza prije nego što se pojave očekivani izazovi.
Zajedno s niskim stopama ubrizgavanja, otapala koja se koriste u ovim vrstama aplikacija obično isparavaju uzrokujući učinke koji nisu u potpunosti istraženi.Ti učinci su gun king ili taloženje krutih tvari, na primjer polimera, kada otapalo isparava.
Nadalje, galvanske ćelije mogu se formirati u prijelaznoj fazi između fluidne površine kemikalije i parom ispunjene plinske faze blizu vakuuma iznad.To može dovesti do lokalne rupičaste korozije unutar kapilarne linije kao rezultat povećane agresivnosti kemikalije u tim uvjetima.Pahuljice ili kristali soli formirani kao film unutar kapilarne linije kako se njena unutrašnjost suši mogu začepiti ili začepiti kapilarnu liniju.
Filozofija barijera
Pri projektiranju robusnih rješenja za bušotinu, Statoil zahtijeva da sigurnost bušotine postoji cijelo vrijeme tijekom životnog ciklusa bušotine.Dakle, Statoil zahtijeva da postoje dvije neovisne barijere bušotine netaknute.Slika 3 prikazuje atipičnu shemu barijere bušotine, gdje plava boja predstavlja omotač barijere primarne bušotine;u ovom slučaju proizvodne cijevi.Crvena boja predstavlja sekundarnu ovojnicu barijere;kućište.Na lijevoj strani skice ubrizgavanje kemikalije je označeno crnom linijom s točkom ubrizgavanja u proizvodne cijevi u području označenom crvenom bojom (sekundarna barijera).Uvođenjem sustava za utiskivanje kemikalija u bušotinu ugrožavaju se i primarne i sekundarne barijere bušotine.
Povijest slučaja korozije
Redoslijed događaja
Kemijsko ubrizgavanje inhibitora kamenca u bušotinu primijenjeno je na naftno polje kojim upravlja Statoil na norveškom kontinentalnom pojasu.U ovom slučaju primijenjeni inhibitor kamenca izvorno je bio kvalificiran za primjenu na vrhu i pod morem.Nakon ponovnog završetka bušotine uslijedila je ugradnja DHCIpointat2446mMD, sl.3.Ubrizgavanje inhibitora kamenca u bušotinu započeto je bez daljnjeg ispitivanja kemikalije.
Nakon godinu dana rada uočena su curenja u sustavu za ubrizgavanje kemikalija i započela su istraživanja.Istjecanje je imalo štetan učinak na barijere bunara.Slični događaji dogodili su se za nekoliko bušotina, a neke od njih su morale biti zatvorene dok traje istraga.
Proizvodna cijev je izvučena i detaljno proučena.Napad korozije bio je ograničen na jednu stranu cijevi, a neki spojevi cijevi bili su toliko korodirani da su kroz njih zapravo bile rupe.Otprilike 8,5 mm debeo 3% kromirani čelik raspao se u manje od 8 mjeseci.Glavna korozija dogodila se u gornjem dijelu bušotine, od ušća bušotine dolje do približno 380 m MD, a najgore korodirani spojevi cijevi pronađeni su na oko 350 m MD.Ispod te dubine primijećena je mala ili nikakva korozija, ali je na vanjskim promjerima cijevi pronađeno mnogo krhotina.
Kućište od 9-5/8'' također je izrezano i izvučeno i primijećeni su slični učinci;s korozijom u gornjem dijelu bušotine samo s jedne strane.Izazvano curenje uzrokovano je pucanjem oslabljenog dijela kućišta.
Materijal linije za ubrizgavanje kemikalija bila je legura 825.
Kemijska kvalifikacija
Kemijska svojstva i ispitivanje korozije važan su fokus u kvalifikaciji inhibitora kamenca, a stvarni inhibitor kamenca već je nekoliko godina kvalificiran i korišten u primjenama na vrhu i podmorju.Razlog za primjenu stvarne kemikalije u bušotini bila su poboljšana ekološka svojstva zamjenom postojeće kemikalije u bušotini. Međutim, inhibitor kamenca korišten je samo na okolnim temperaturama na vrhu i morskom dnu (4-20 ℃).Kada se ubrizgava u bušotinu, temperatura kemikalije može biti visoka i do 90 ℃, ali daljnja ispitivanja nisu provedena na ovoj temperaturi.
Početne testove korozivnosti proveo je dobavljač kemikalija i rezultati su pokazali 2-4 mm/godišnje za ugljični čelik na visokoj temperaturi.Tijekom ove faze bila je minimalna uključenost materijalno tehničke osposobljenosti operatera.Operater je kasnije izvršio nove testove koji su pokazali da je inhibitor kamenca bio vrlo korozivan za materijale u proizvodnim cijevima i proizvodnom kućištu, sa stopama korozije većim od 70 mm/godišnje.Materijal linije za ubrizgavanje kemikalija Alloy 825 nije bio testiran na inhibitor kamenca prije ubrizgavanja.Temperatura bušotine može doseći 90 ℃ i odgovarajuća ispitivanja trebala su biti izvedena pod tim uvjetima.
Istraživanje je također otkrilo da je inhibitor kamenca kao koncentrirana otopina imao pH <3,0.Međutim, pH nije izmjeren.Kasnije je izmjeren pH pokazao vrlo nisku vrijednost pH 0-1.Ovo ilustrira potrebu za mjerenjima i razmatranjima materijala uz zadane pH vrijednosti.
Interpretacija rezultata
Linija za utiskivanje (slika 3) konstruirana je tako da daje hidrostatski tlak inhibitora kamenca koji premašuje tlak u bušotini na mjestu utiskivanja.Inhibitor se ubrizgava pod višim tlakom nego što postoji u bušotini.To rezultira efektom U-cijevi pri zatvaranju bušotine.Ventil će se uvijek otvoriti s višim tlakom u cijevi za ubrizgavanje nego u bušotini.Zbog toga može doći do vakuuma ili isparavanja u liniji za ubrizgavanje.Stopa korozije i rizik od pitinga najveći je u zoni prijelaza plin/tekućina zbog isparavanja otapala.Laboratorijski pokusi provedeni na kuponima potvrdili su ovu teoriju.U bušotinama u kojima je došlo do istjecanja, sve rupe u cijevima za ubrizgavanje nalazile su se u gornjem dijelu cijevi za ubrizgavanje kemikalije.
Slika 4 prikazuje fotografiju linije DHC I sa značajnom rupičastom korozijom.Korozija uočena na vanjskoj proizvodnoj cijevi ukazivala je na lokalnu izloženost inhibitoru kamenca s točke istjecanja pitinga.Curenje je uzrokovano rupičastom korozijom od visoko korozivne kemikalije i curenjem kroz liniju za ubrizgavanje kemikalije u proizvodno kućište.Inhibitor kamenca raspršen je s kapilarne cijevi s rupičicama na kućište i cijevi i došlo je do curenja.Nisu uzete u obzir bilo kakve sekundarne posljedice curenja u cjevovodu za ubrizgavanje.Zaključeno je da je korozija zaštitne cijevi i cijevi rezultat koncentriranih inhibitora naslaga kamenca iz kapilarne linije s rupičicama na zaštitnu i cijevi, sl.5.
U ovom slučaju nije bilo uključenosti inženjera materijalne kompetencije.Korozivnost kemikalije na DHCI liniji nije ispitana i nisu procijenjeni sekundarni učinci zbog curenja;kao što je mogu li okolni materijali podnijeti izloženost kemikalijama.
Povijest slučaja kralja kemijskog oružja
Redoslijed događaja
Strategija sprječavanja kamenca za HP HT polje bilo je kontinuirano ubrizgavanje inhibitora kamenca uzvodno od sigurnosnog ventila u bušotini.U bušotini je identificiran ozbiljan potencijal stvaranja kamenca kalcijevog karbonata.Jedan od izazova bila je visoka temperatura i visoke stope proizvodnje plina i kondenzata u kombinaciji s niskom stopom proizvodnje vode.Zabrinutost kod ubrizgavanja inhibitora kamenca bila je da bi otapalo bilo uklonjeno visokom stopom proizvodnje plina i da bi se kemijski udar kemikalije dogodio na točki ubrizgavanja uzvodno od sigurnosnog ventila u bušotini, slika 1.
Tijekom kvalifikacije inhibitora kamenca fokus je bio na učinkovitosti proizvoda u HP HT uvjetima uključujući ponašanje u gornjem procesnom sustavu (niska temperatura).Taloženje samog inhibitora kamenca u proizvodnim cijevima zbog velike količine plina bila je glavna briga.Laboratorijski testovi su pokazali da bi se inhibitor kamenca mogao istaložiti i zalijepiti za stijenku cijevi.Stoga bi rad sigurnosnog ventila mogao biti veći od rizika.
Iskustvo je pokazalo da je nakon nekoliko tjedana rada kemijski vod propuštao.Bilo je moguće pratiti tlak u bušotini na površinskom mjeraču ugrađenom u kapilarni vod.Linija je izolirana kako bi se postigao integritet bušotine.
Linija za ubrizgavanje kemikalija je izvučena iz bušotine, otvorena i pregledana kako bi se dijagnosticirao problem i pronašli mogući razlozi kvara.Kao što se može vidjeti na slici 6, pronađena je značajna količina taloga i kemijska analiza je pokazala da je nešto od toga bio inhibitor kamenca.Talog se nalazio na brtvi i ventilom i ventilom se nije moglo upravljati.
Kvar ventila uzrokovan je krhotinama unutar sustava ventila koji su spriječili povratne ventile da jedu metalno metalno sjedište.Krhotine su ispitane i pokazalo se da su glavne čestice metalne strugotine, vjerojatno nastale tijekom procesa ugradnje kapilarnog voda.Osim toga, neki bijeli ostaci su identificirani na oba povratna ventila, posebno na stražnjoj strani ventila.Ovo je strana niskog tlaka, tj. strana bi uvijek bila u kontaktu s tekućinama iz bušotine.U početku se vjerovalo da su to ostaci iz proizvodne bušotine budući da su ventili bili zaglavljeni otvoreni i izloženi tekućinama iz bušotine.No ispitivanje je pokazalo da su krhotine polimeri sa sličnim kemijskim sastavom kao kemikalija korištena kao inhibitor kamenca.To je privuklo naš interes i Statoil je želio istražiti razloge koji stoje iza ovih polimernih ostataka prisutnih u kapilarnoj liniji.
Kemijska kvalifikacija
U HP HT području postoji mnogo izazova u vezi s odabirom prikladnih kemikalija za ublažavanje raznih proizvodnih problema.U kvalifikaciji inhibitora kamenca za kontinuirano utiskivanje u bušotinu, provedena su sljedeća ispitivanja:
● Stabilnost proizvoda
● Toplinsko starenje
● Dinamički testovi performansi
● Kompatibilnost s formacijskom vodom i inhibitorom hidrata (MEG)
● Statički i dinamički gun king test
● Informacije o ponovnom otapanju voda, svježa kemikalija i MEG
Kemikalija će se ubrizgati unaprijed određenom dozom，ali proizvodnja vode neće nužno biti stalna，tj. curenje vode.Između vodenih puževa，kada kemikalija uđe u bušotinu，dočekat će ga vruća，brza struja plina ugljikovodika.Ovo je slično ubrizgavanju inhibitora kamenca u plinsko podizanje (Fleming i dr. 2003.). Zajedno s
visoka temperatura plina，rizik od izdvajanja otapala je iznimno visok i gun king može uzrokovati blokadu ventila za ubrizgavanje.To je rizik čak i za kemikalije formulirane s otapalima s visokom točkom ključanja/niskim tlakom pare i drugim depresorima pare (VPD). U slučaju djelomičnog začepljenja，tok formacijske vode，MEG i/ili svježa kemikalija moraju moći ukloniti ili ponovno otopiti dehidriranu ili izbačenu kemikaliju.
U ovom slučaju dizajnirana je nova laboratorijska ispitna oprema za repliciranje uvjeta protoka u blizini otvora za ubrizgavanje na HP/HTg kao proizvodnom sustavu.Rezultati dinamičkih gun king testova pokazuju da je pod predloženim uvjetima primjene zabilježen značajan gubitak otapala.To bi moglo dovesti do brzog pucanja i eventualnog blokiranja protoka.Rad je stoga pokazao da postoji relativno značajan rizik za kontinuirano ubrizgavanje kemikalija u ove bušotine prije proizvodnje vode i doveo je do odluke da se prilagode uobičajeni postupci pokretanja za ovo polje, odgađajući ubrizgavanje kemikalija dok se ne otkrije prodor vode.
Kvalifikacija inhibitora kamenca za kontinuirano ubrizgavanje u bušotinu imala je veliki fokus na uklanjanje otapala i gun king inhibitora kamenca na točki ubrizgavanja iu protoku, ali potencijal za gun king u samom ventilu za ubrizgavanje nije procijenjen.Ventil za ubrizgavanje vjerojatno nije uspio zbog značajnog gubitka otapala i brzog pucanja pištolja,Slika 6. Rezultati pokazuju da je važno imati holistički pogled na sustav;ne samo da se usredotočite na proizvodne izazove,ali i izazove povezane s ubrizgavanjem kemikalije,tj. ventil za ubrizgavanje.
Iskustvo iz drugih oblasti
Jedno od ranih izvješća o problemima s linijama za ubrizgavanje kemikalija na velike udaljenosti bilo je iz satelitskih polja Gull fak sandVig dis (Osa etal.2001). Podmorske linije za ubrizgavanje bile su blokirane od stvaranja hidrata unutar linije zbog invazije plina iz proizvedenih fluida. u vod preko ventila za ubrizgavanje.Izrađene su nove smjernice za razvoj kemikalija za podvodnu proizvodnju.Zahtjevi su uključivali uklanjanje čestica (filtraciju) i dodavanje inhibitora hidrata (npr. glikola) svim inhibitorima kamenca na bazi vode koji se ubrizgavaju u podmorske šablone.Kemijska stabilnost,viskoznost i kompatibilnost (tekućina i materijali) također su uzeti u obzir.Ovi su zahtjevi uneseni dalje u Statoil sustav i uključuju ubrizgavanje kemikalija u bušotinu.
Tijekom faze razvoja polja Oseberg S ili polja odlučeno je da sve bušotine trebaju biti dovršene DHC I sustavima (Fleming i dr. 2006.). Cilj je bio spriječiti CaCO；stvaranje kamenca u gornjoj cijevi ubrizgavanjem SI.Jedan od glavnih izazova u vezi s linijama za ubrizgavanje kemikalija bilo je postizanje komunikacije između površine i izlaza u bušotinu.Unutarnji promjer linije za ubrizgavanje kemikalije sužen je sa 7 mm na 0,7 mm (ID) oko sigurnosnog ventila anulusa zbog ograničenja prostora i mogućnosti transporta tekućine kroz ovaj dio utjecala je na stopu uspjeha.Nekoliko bušotina na platformi imalo je začepljene cijevi za ubrizgavanje kemikalija,ali razlog nije bio shvaćen.Vlakovi raznih tekućina (glikol,Sirovi,kondenzat,ksilol,inhibitor kamenca,voda itd.) laboratorijski su testirani na viskoznost i kompatibilnost i pumpani naprijed i unazad da bi se otvorili vodovi;međutim,ciljni inhibitor kamenca nije se mogao pumpati sve do ventila za ubrizgavanje kemikalije.Unaprijediti,primijećene su komplikacije s taloženjem fosfonatnog inhibitora kamenca zajedno s rezidualnim CaClz završetkom slane vode u jednoj bušotini i gađanjem inhibitora kamenca unutar bušotine s visokim omjerom plinskog ulja i niskim nivoom vode (Fleming i dr. 2006.)
Naučene lekcije
Razvoj metode ispitivanja
Glavne lekcije naučene iz kvara DHC I sustava odnose se na tehničku učinkovitost inhibitora kamenca, a ne na funkcionalnost i ubrizgavanje kemikalija.Injektiranje na gornjoj strani i podmorsko utiskivanje dobro su funkcionirali tijekom vremena;međutim,primjena je proširena na ubrizgavanje kemikalija u bušotinu bez odgovarajućeg ažuriranja metoda kvalifikacije kemikalija.Statoilovo iskustvo iz dva predstavljena terenska slučaja je da se važeća dokumentacija ili smjernice za kemijsku kvalifikaciju moraju ažurirati kako bi uključile ovu vrstu kemijske primjene.Dva glavna izazova identificirana su kao i) vakuum u liniji za ubrizgavanje kemikalije i ii) potencijalno taloženje kemikalije.
Može doći do isparavanja kemikalije na proizvodnim cijevima (kao što se vidi u kućištu pištolja) i u cijevima za ubrizgavanje (uočeno je prolazno sučelje u vakuumskom kućištu) postoji rizik da bi se ti precipitati mogli pomaknuti s protokom i u injekcijski ventil i dalje u bušotinu.Ventil za ubrizgavanje često je dizajniran s filtrom uzvodno od točke ubrizgavanja,ovo je izazov,jer u slučaju oborina ovaj filtar može biti začepljen uzrokujući kvar ventila.
Opažanja i preliminarni zaključci iz naučenih lekcija rezultirali su opsežnom laboratorijskom studijom fenomena.Opći cilj bio je razviti nove metode kvalifikacije kako bi se izbjegli slični problemi u budućnosti.U ovoj studiji provedena su razna ispitivanja i osmišljeno je (razvijeno) nekoliko laboratorijskih metoda za ispitivanje kemikalija s obzirom na identificirane izazove.
● Začepljenja filtera i stabilnost proizvoda u zatvorenim sustavima.
● Učinak djelomičnog gubitka otapala na korozivnost kemikalija.
● Učinak djelomičnog gubitka otapala unutar kapilare na stvaranje krutina ili viskoznih čepova.
Tijekom ispitivanja laboratorijskih metoda identificirano je nekoliko potencijalnih problema
● Ponovljena začepljenja filtra i slaba stabilnost.
● Stvaranje krutih tvari nakon djelomičnog isparavanja iz kapilare
● PH se mijenja zbog gubitka otapala.
Priroda provedenih testova također je pružila dodatne informacije i znanje u vezi s promjenama fizičkih svojstava kemikalija unutar kapilara kada su podvrgnute određenim uvjetima,i kako se to razlikuje od masovnih otopina podvrgnutih sličnim uvjetima.Testiranje je također utvrdilo značajne razlike između rasute tekućine，parne faze i zaostale tekućine koje mogu dovesti ili do povećanog potencijala za taloženje i/ili povećane korozivnosti.
Procedura ispitivanja korozivnosti inhibitora kamenca je razvijena i uključena u mjerodavnu dokumentaciju.Za svaku primjenu moralo se provesti prošireno ispitivanje korozivnosti prije nego što se može implementirati ubrizgavanje inhibitora kamenca.Također su obavljeni Gun King testovi kemikalije u liniji za ubrizgavanje.
Prije početka kvalifikacije kemikalije važno je izraditi opseg rada koji opisuje izazove i svrhu kemikalije.U početnoj fazi važno je identificirati glavne izazove kako biste mogli odabrati vrste kemikalija(e) koje će riješiti problem.Sažetak najvažnijih kriterija prihvaćanja može se pronaći u tablici 2.
Kvalifikacija kemikalija
Kvalifikacija kemikalija sastoji se od testiranja i teoretskih procjena za svaku primjenu.Tehničke specifikacije i kriteriji ispitivanja moraju biti definirani i uspostavljeni，primjerice unutar HSE-a,kompatibilnost materijala,stabilnost proizvoda i kvaliteta proizvoda (čestica).Unaprijediti,točka smrzavanja,viskoznost i kompatibilnost s drugim kemikalijama,inhibitor hidrata,mora se odrediti slojna voda i proizvedeni fluid.Pojednostavljeni popis ispitnih metoda koje se mogu koristiti za kvalifikaciju kemikalija dan je u tablici 2.
Stalni fokus i praćenje tehničke učinkovitosti,brzine doziranja i HSE činjenice su važne.Zahtjevi proizvoda mogu mijenjati životni vijek polja ili procesnog postrojenja；varirati s proizvodnim stopama kao i sastavom tekućine.Naknadna aktivnost s evaluacijom učinka,optimizacija i/ili testiranje novih kemikalija mora se provoditi često kako bi se osigurao optimalan program obrade.
Ovisno o kvaliteti ulja,proizvodnja vode i tehnički izazovi u postrojenju za proizvodnju na moru,upotreba proizvodnih kemikalija možda je neophodna za postizanje izvozne kvalitete,regulatorni zahtjevi,te za siguran rad instalacija na moru.Sva polja imaju različite izazove, a potrebne kemikalije za proizvodnju razlikovat će se od polja do polja i prekovremenog rada.
Važno je usredotočiti se na tehničku učinkovitost proizvodnih kemikalija u kvalifikacijskom programu,ali također je vrlo važno usredotočiti se na svojstva kemikalije,kao što su stabilnost,kvaliteta proizvoda i kompatibilnost.Kompatibilnost u ovoj postavci znači kompatibilnost s tekućinama,materijala i drugih proizvodnih kemikalija.Ovo može biti izazov.Nije poželjno koristiti kemikaliju za rješavanje problema da bi se kasnije otkrilo da kemikalija doprinosi ili stvara nove izazove.Možda su svojstva kemikalije, a ne tehnički izazov, najveći izazov.
Posebni zahtjevi
Posebni zahtjevi za filtraciju isporučenih proizvoda trebaju se primijeniti za podmorski sustav i za kontinuirano utiskivanje u bušotinu.Cjedila i filtri u sustavu za ubrizgavanje kemikalija trebaju biti osigurani na temelju specifikacije opreme nizvodno od gornjeg sustava za ubrizgavanje,pumpe i ventili za ubrizgavanje,do ventila za ubrizgavanje u bušotinu.Gdje se primjenjuje kontinuirano ubrizgavanje kemikalija u bušotinu, specifikacija u sustavu ubrizgavanja kemikalije trebala bi se temeljiti na specifikaciji s najvećom kritičnošću.Ovo je možda filtar na ventilu za ubrizgavanje u bušotini.
Izazovi ubrizgavanja
Sustav ubrizgavanja može podrazumijevati 3-50 km udaljenosti pupčanog podmorskog protoka i 1-3 km dolje u bušotinu.Važna su fizikalna svojstva kao što su viskoznost i sposobnost pumpanja kemikalija.Ako je viskoznost na temperaturi morskog dna previsoka, može biti izazov pumpati kemikaliju kroz cijev za ubrizgavanje kemikalije u podmorskom pupku i do točke ubrizgavanja pod morem ili u bušotinu.Viskoznost bi trebala biti u skladu sa specifikacijom sustava na očekivanoj temperaturi skladištenja ili radnoj temperaturi.To treba procijeniti u svakom slučaju,i ovisit će o sustavu.Kako je tablica stopa ubrizgavanja kemikalija faktor uspjeha u ubrizgavanju kemikalija.Kako biste smanjili rizik od začepljenja cijevi za ubrizgavanje kemikalije，kemikalije u ovom sustavu trebale bi biti inhibirane hidratima (ako postoji mogućnost za hidrate).Mora se izvršiti kompatibilnost s tekućinama prisutnim u sustavu (tekućina za konzerviranje) i inhibitorom hidrata.Ispitivanja stabilnosti kemikalije na stvarnim temperaturama (najniža moguća temperatura okoline,sobna temperatura,temperatura ispod mora,temperatura ubrizgavanja) moraju se proći.
Također se mora uzeti u obzir program za pranje vodova za ubrizgavanje kemikalija pri određenoj učestalosti.Redovito ispiranje cijevi za ubrizgavanje kemikalije otapalom može imati preventivni učinak，glikol ili kemikalija za čišćenje kako biste uklonili moguće naslage prije nego što se nakupe i mogu uzrokovati začepljenje cijevi.Odabrana kemijska otopina tekućine za ispiranje mora bitikompatibilan s kemikalijom u liniji za ubrizgavanje.
U nekim se slučajevima linija za ubrizgavanje kemikalija koristi za nekoliko kemijskih primjena na temelju različitih izazova tijekom životnog vijeka polja i uvjeta tekućine.U početnoj fazi proizvodnje prije prodora vode glavni izazovi mogu se razlikovati od onih u kasnom životnom vijeku koji su često povezani s povećanom proizvodnjom vode.Promjena s nevodenog inhibitora na bazi otapala kao što je inhibitor asfaltne kiseline na kemikaliju na bazi vode kao što je inhibitor kamenca može predstavljati izazove s kompatibilnošću.Stoga je važno usredotočiti se na kompatibilnost i kvalifikaciju i upotrebu odstojnika kada se planira promijeniti kemikaliju u liniji za ubrizgavanje kemikalije.
Materijali
Što se tiče kompatibilnosti materijala,sve kemikalije trebaju biti kompatibilne s brtvama,elastomeri，brtvila i građevinskih materijala koji se koriste u sustavu ubrizgavanja kemikalija i proizvodnom pogonu.Treba razviti postupak ispitivanja korozivnosti kemikalija (npr. inhibitora kiselog kamenca) za kontinuirano utiskivanje u bušotinu.Za svaku primjenu potrebno je provesti prošireno ispitivanje korozivnosti prije nego što se može provesti ubrizgavanje kemikalija.
Rasprava
Potrebno je procijeniti prednosti i nedostatke kontinuiranog ubrizgavanja kemikalija u bušotinu.Kontinuirano ubrizgavanje inhibitora kamenca za zaštitu DHS Vor proizvodne cijevi je elegantna metoda za zaštitu bušotine od kamenca.Kao što je spomenuto u ovom radu, postoji nekoliko izazova s kontinuiranim ubrizgavanjem kemikalija u bušotinu,no za smanjenje rizika važno je razumjeti fenomene povezane s rješenjem.
Jedan od načina da se smanji rizik je usredotočiti se na razvoj metode ispitivanja.U usporedbi s kemijskim ubrizgavanjem na površinu ili pod more, dolje u bušotini postoje drugačiji i teži uvjeti.Kvalifikacijski postupak za kemikalije za kontinuirano utiskivanje kemikalija u bušotinu mora uzeti u obzir ove promjene u uvjetima.Kvalifikacija kemikalija mora se izvršiti prema materijalu s kojim bi kemikalije mogle doći u dodir.Zahtjevi za kvalifikaciju kompatibilnosti i ispitivanje u uvjetima koji repliciraju što je moguće bliže različitim uvjetima životnog ciklusa bušotine u kojima će ti sustavi raditi moraju se ažurirati i implementirati.Razvoj ispitne metode mora se dalje razvijati do realističnijih i reprezentativnijih ispitivanja.
U Dodatku,interakcija između kemikalija i opreme ključna je za uspjeh.Razvoj injekcijskih kemijskih ventila mora uzeti u obzir kemijska svojstva i položaj injekcijskog ventila u bušotini.Trebalo bi razmotriti uključivanje stvarnih ventila za ubrizgavanje kao dio ispitne opreme i provođenje ispitivanja učinkovitosti inhibitora kamenca i dizajna ventila kao dio kvalifikacijskog programa.Za kvalifikaciju inhibitora kamenca,glavni fokus ranije je bio na izazovima procesa i inhibiciji razmjera,ali dobra inhibicija kamenca ovisi o stabilnom i kontinuiranom ubrizgavanju.Bez stabilnog i kontinuiranog ubrizgavanja potencijal za kamenac će se povećati.Ako je ventil za ubrizgavanje inhibitora kamenca zagušen i nema ubrizgavanja inhibitora kamenca u struju tekućine,bušotina i sigurnosni ventili nisu zaštićeni od kamenca i stoga bi sigurna proizvodnja mogla biti ugrožena.Kvalifikacijski postupak mora voditi računa o izazovima povezanim s ubrizgavanjem inhibitora kamenca uz izazove procesa i učinkovitost kvalificiranog inhibitora kamenca.
Novi pristup uključuje nekoliko disciplina i suradnja između disciplina i odgovarajućih odgovornosti moraju biti razjašnjeni.U ovoj primjeni gornji procesni sustav,uključeni su podmorski predlošci i projektiranje bušotine i završeci.Multidisciplinarne mreže usmjerene na razvoj robusnih rješenja za sustave ubrizgavanja kemikalija važne su i možda su put do uspjeha.Komunikacija između različitih disciplina je kritična;osobito je važna bliska komunikacija između kemičara koji kontroliraju primijenjene kemikalije i inženjera bušotine koji kontroliraju opremu koja se koristi u bušotini.Razumijevanje izazova različitih disciplina i učenje jedni od drugih ključno je za razumijevanje složenosti cijelog procesa.
Zaključak
● Kontinuirano ubrizgavanje inhibitora kamenca za zaštitu DHS Vor proizvodne cijevi je elegantna metoda za zaštitu bušotine od kamenca
● Rješavanje identificiranih izazova,sljedeće preporuke su:
● Mora se provesti namjenski DHCI kvalifikacijski postupak.
● Metoda kvalifikacije za ventile za ubrizgavanje kemikalija
● Metode ispitivanja i kvalifikacije za kemijsku funkcionalnost
● Razvoj metode
● Relevantno ispitivanje materijala
● Multidisciplinarna interakcija u kojoj je komunikacija između različitih uključenih disciplina ključna za uspjeh.
Priznanja
Autor želi zahvaliti tvrtki Statoil AS A na dopuštenju za objavu ovog rada te tvrtkama Baker Hughes i Schlumberger što su dopustili korištenje slike na slici 2.
Nomenklatura
(Ba/Sr)SO4=barijev/stroncijev sulfat
CaCO3=kalcijev karbonat
DHCI=ubrizgavanje kemikalije u bušotinu
DHSV=sigurnosni ventil u bušotini
npr.=na primjer
GOR=omjer plinskog ulja
HSE=zdravstveno sigurno okruženje
HPHT=visoki tlak visoka temperatura
ID=unutarnji promjer
tj.=to jest
km = kilometri
mm=milimetar
MEG=mono etilen glikol
mMD=metar izmjerene dubine
OD = vanjski promjer
SI=inhibitor kamenca
mTV D=metar ukupne okomite dubine
U-cijev=cijev u obliku slova U
VPD=depresor tlaka pare
Slika 1. Pregled sustava za ubrizgavanje kemikalija pod morem i niz bušotinu u netipičnom polju.Skica ubrizgavanja kemikalije uzvodno DHSV i povezani očekivani izazovi.DHS V=sigurnosni ventil u bušotini, PWV=procesni krilni ventil i PM V=procesni glavni ventil.
Slika 2. Skica atipičnog sustava ubrizgavanja kemikalije u bušotinu s iglom i ventilom.Sustav je spojen na površinski razvodnik, uveden kroz i spojen na vješalicu cijevi na prstenastoj strani cijevi.Igla za ubrizgavanje kemikalija tradicionalno se postavlja duboko u bušotinu s namjerom da se pruži kemijska zaštita.
Slika 3. Tipična shema barijere bušotine,gdje plava boja predstavlja omotač barijere primarne bušotine;u ovom slučaju proizvodne cijevi.Crvena boja predstavlja sekundarnu ovojnicu barijere;kućište.Na lijevoj strani je naznačeno ubrizgavanje kemikalije, crna linija s točkom ubrizgavanja u proizvodne cijevi u području označenom crvenom bojom (sekundarna barijera).
Slika 4. Rupičasta rupa pronađena u gornjem dijelu cijevi za ubrizgavanje 3/8”.Područje je prikazano na skici sheme atipične barijere bunara, označeno narančastom elipsom.
Slika 5. Jak napad korozije na 7” 3% krom cijevi.Slika prikazuje napad korozije nakon raspršivanja inhibitora kamenca iz cijevi za ubrizgavanje kemikalije u rupice na proizvodnu cijev.
Slika 6. Krhotine pronađene u ventilu za ubrizgavanje kemikalije.Krhotine su u ovom slučaju bile metalne strugotine vjerojatno nastale prilikom postavljanja uz neke bjelkaste krhotine.Ispitivanje bijelih krhotina pokazalo je da se radi o polimerima slične kemije kao i ubrizgana kemikalija
Vrijeme objave: 27. travnja 2022