高含硫氣田管道緩蝕劑批處理作業(yè)方式優(yōu)化

褚文營(yíng),李海鳳,邵志勇,王保江,張永剛

(1.西安石油大學(xué)，陜西 西安，710000；2.中石化中原油田普光分公司,四川 達(dá)州，635000)

高含硫氣田管道緩蝕劑批處理作業(yè)方式優(yōu)化

褚文營(yíng)1,2,李海鳳2,邵志勇2,王保江2,張永剛2

(1.西安石油大學(xué)，陜西 西安，710000；2.中石化中原油田普光分公司,四川 達(dá)州，635000)

通過集輸管道緩蝕劑選型、清管器選型和批處理作業(yè)方式優(yōu)化等措施，有效解決了傳統(tǒng)工藝存在的緩蝕劑聚集在管道底部、管道上部涂抹不均勻、氣井開關(guān)過于頻繁、批處理周期較長(zhǎng)、生產(chǎn)能耗較大等問題。減少了調(diào)產(chǎn)次數(shù)，縮短批處理時(shí)間，降低了集輸系統(tǒng)因緩蝕劑批處理帶來的產(chǎn)量波動(dòng)，提高集輸系統(tǒng)的生產(chǎn)效率及平穩(wěn)性。緩蝕劑批處理作業(yè)次序的調(diào)整又可以利用批處理停井期間進(jìn)行設(shè)備維護(hù)維修，將涉硫、放空的作業(yè)集中進(jìn)行，減少了放空酸氣的產(chǎn)生，保證了普光主體集輸系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定、安全及環(huán)保生產(chǎn)。

批處理 緩蝕劑 優(yōu)化

普光氣田作為世界第二、亞洲第一大整裝海相氣田，是最具代表性的高含硫氣田，具有高壓、高產(chǎn)、高含硫的特點(diǎn)，其地面集輸系統(tǒng)的管道大部分處于山地位置，管道落差起伏較大、管彎較多，對(duì)管道防腐蝕要求更加嚴(yán)格。普光氣田集輸方式屬于氣液混輸，管道內(nèi)流體流速較大，組分變化較大，因此，管道腐蝕速率較大，特別是在管道彎頭、低洼等位置更易發(fā)生腐蝕穿孔的危險(xiǎn)。普光氣田采取緩蝕劑批處理技術(shù)進(jìn)行管道防腐蝕，有效降低了管道腐蝕、損壞，確保了氣田安全平穩(wěn)生產(chǎn)和周邊居民的生命安全。

1 傳統(tǒng)批處理技術(shù)存在不足

普光氣田目前有21條集輸管道，按照高酸氣田集輸管道防腐蝕技術(shù)要求，每月需進(jìn)行1次批處理作業(yè)，但地面集輸管道大部分位于山區(qū)，且每次作業(yè)施工時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20 d，在批處理效果上和對(duì)氣田生產(chǎn)會(huì)有一定的影響。

1.1 目前使用的緩蝕劑主要為油溶性緩蝕劑，為一種黏稠性液體，緩蝕劑段塞在發(fā)球前氣體排放不完全，可能會(huì)在緩蝕劑段塞上部存在部分氣體，使管道上部涂抹不到位。特別是當(dāng)管道因地勢(shì)起伏不定時(shí)，清管器夾著緩蝕劑段塞在運(yùn)行過程中，運(yùn)行速度無法嚴(yán)格控制在1 m/s以內(nèi)，涂膜球運(yùn)行速度不穩(wěn)定，可能存在涂抹不到或不均勻的部位。同時(shí)，在緩蝕劑涂抹到管壁上之后，由于重力作用緩蝕劑會(huì)沿著管壁流下，聚集在管道的底部，對(duì)防腐效果產(chǎn)生影響。

1.2 為達(dá)到有效防腐蝕效果，管道緩蝕劑批處理時(shí)間需要控制在5～10 s，因此須控制批處理作業(yè)期間的管輸氣量來達(dá)到成膜清管器的運(yùn)行球速，每條管道批處理氣量需求在普光主體和大灣區(qū)塊的53口生產(chǎn)井中進(jìn)行調(diào)整，造成生產(chǎn)井氣量頻繁調(diào)動(dòng)，對(duì)氣井平穩(wěn)生產(chǎn)和安全開采產(chǎn)生影響，同時(shí)影響集氣總站外輸瞬時(shí)氣量的平穩(wěn)，特別是大管徑管道批處理時(shí)，外輸總氣量需要降產(chǎn)，增加系統(tǒng)生產(chǎn)能耗，對(duì)人員和生產(chǎn)成本造成浪費(fèi)。

2 批處理技術(shù)優(yōu)化的目的及意義

經(jīng)過幾年的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，通過對(duì)緩蝕劑批處理方式的優(yōu)化，提高了緩蝕劑批處理涂膜效果，涂膜更加均勻。批處理時(shí)間的優(yōu)化，既保證外輸氣量的平穩(wěn)，又可以利用批處理停井期間進(jìn)行設(shè)備維護(hù)維修，將涉硫、放空的作業(yè)集中進(jìn)行，減少了放空酸氣的產(chǎn)生。同時(shí)減少生產(chǎn)井氣量調(diào)動(dòng)，提高集輸系統(tǒng)生產(chǎn)平穩(wěn)性，減少集輸、凈化系統(tǒng)生產(chǎn)能耗。

3 優(yōu)化方式

針對(duì)傳統(tǒng)緩蝕劑批處理技術(shù)存在的問題，以大灣區(qū)塊地面集輸系統(tǒng)優(yōu)化方式為例，通過對(duì)緩蝕劑選型、清管器選型和批處理方式等方面的優(yōu)化，在增強(qiáng)緩蝕劑緩蝕效果的同時(shí)，提高批處理工作效率。

3.1 緩蝕劑選型優(yōu)化

大灣區(qū)塊緩蝕劑在選型上進(jìn)行了優(yōu)化，并在批處理清管器發(fā)送完成后，增加了一組優(yōu)化球，使得緩蝕劑涂抹在管壁上更加均勻。

3.1.1 傳統(tǒng)緩蝕劑

普光區(qū)塊集氣站連續(xù)加注緩蝕劑選用WESTCOR CI-1204，批處理用緩蝕劑選用WESTCOR CI-545，分別為油溶性和水溶性緩蝕劑。批處理為穩(wěn)定性強(qiáng)的陽離子薄膜型胺類緩蝕劑，該緩蝕劑可在管線上形成黏性極強(qiáng)的薄膜，有效防止采出流體中硫化氫、二氧化碳以及鹽水造成的腐蝕，并能在清除沉淀物時(shí)起到去垢作用。

3.1.2 優(yōu)化后緩蝕劑

大灣區(qū)塊批處理選用PHILMPLUS 5K35緩蝕劑，與大灣區(qū)塊集氣站連續(xù)加注的是同一種溶于水、在油-水系統(tǒng)中分散的緩蝕劑，是一種高持久性、陽離子型胺類緩蝕劑，主要由季銨烷基吡啶氯化物組成。同樣屬于油氣井的穩(wěn)定性強(qiáng)的陽離子薄膜型胺類緩蝕劑。它可在管線上形成黏性極強(qiáng)的薄膜，能有效防止采出流體中硫化氫、二氧化碳以及腐蝕性鹽水造成的腐蝕。

3.1.3 緩蝕劑對(duì)比結(jié)果

緩蝕劑在氣田集輸系統(tǒng)使用中分為集氣站場(chǎng)連續(xù)加注和集輸管道預(yù)涂膜(批處理)兩部分，普光區(qū)塊選用了兩種不同型號(hào)的緩蝕劑，分別為油溶性和水溶性。而大灣區(qū)塊選擇了同一種型號(hào)緩蝕劑，降低了投入成本，便于統(tǒng)一存放管理。具體性能對(duì)比見表1。

表1 普光與大灣區(qū)塊批處理緩蝕劑性能對(duì)比

通過比對(duì)，大灣區(qū)塊緩蝕劑選型較傳統(tǒng)緩蝕劑選型來說，在穩(wěn)定性、流動(dòng)性和持久性上均有較大提升，能夠提高緩蝕劑的使用效率。

3.2 清管器選型優(yōu)化

3.2.1 傳統(tǒng)清管器選型

普光區(qū)塊清管器選用了耐磨抗硫聚乙烯材料，主要分為前導(dǎo)向球和后涂膜球兩種(分別見圖1和圖2)，前導(dǎo)向球負(fù)責(zé)在運(yùn)行過程中的方向引導(dǎo)并清理部分積水；后成膜球負(fù)責(zé)將柴油緩蝕劑混合液均勻涂抹在管壁上，并利用前后球的壓力差排除段塞中的氣體。

圖1 傳統(tǒng)清管器的前導(dǎo)向球

圖2 傳統(tǒng)清管器的后涂膜球

3.2.2 優(yōu)化后清管器選型

大灣區(qū)塊選用了由金屬構(gòu)架和耐磨抗硫聚乙烯皮碗組合而成的清管器，分為導(dǎo)向涂膜球和優(yōu)化球兩種(分別見圖3和圖4)，導(dǎo)向涂膜球負(fù)責(zé)在運(yùn)行過程中的方向引導(dǎo)和將柴油緩蝕劑混合液涂抹在管壁上；優(yōu)化球前頭開孔，球身結(jié)構(gòu)中空，球后增加了6至8個(gè)噴頭，負(fù)責(zé)將管壁上的緩蝕劑涂抹得更加均勻，達(dá)到提高緩蝕劑防腐蝕效果的目的。

圖3 優(yōu)化后清管器的導(dǎo)向涂膜球

圖4 優(yōu)化后清管器的優(yōu)化球

3.2.3 清管器比對(duì)結(jié)果

(1)傳統(tǒng)清管器由人工組裝完成，能肢解更換已經(jīng)磨損或損壞的部件，可重復(fù)利用，缺點(diǎn)是在壓差過大或運(yùn)行速度過大會(huì)破碎。

(2)優(yōu)化后的清管器可以肢解更換聚乙烯皮碗，重復(fù)利用清管器，不容易破碎。

通過比對(duì)，優(yōu)化后的清管器除具備傳統(tǒng)清管器優(yōu)點(diǎn)外，還具備較強(qiáng)的耐用性，能有效降低投入成本。

3.3 批處理方式優(yōu)化

3.3.1 傳統(tǒng)批處理方式

分為清管和緩蝕劑批處理兩個(gè)步驟：清管主要為了清除管道內(nèi)積水、雜質(zhì)；批處理是通過特殊親金屬性化學(xué)鍵作用，使緩蝕劑和管內(nèi)金屬表面強(qiáng)烈結(jié)合，形成一層保護(hù)膜，化學(xué)鍵的另一端為疏水端，隔絕腐蝕介質(zhì)和管道內(nèi)壁接觸。批處理過程中緩蝕劑與管壁接觸5～10 s，即可形成厚度約0.1 mm左右的保護(hù)膜，有效阻止酸性氣體對(duì)管道的腐蝕。

傳統(tǒng)的緩蝕劑批處理采取兩個(gè)清管球夾緩蝕劑的方法對(duì)管道進(jìn)行涂膜，通過控制氣井產(chǎn)量，利用酸氣推動(dòng)清管球，調(diào)整清管球移動(dòng)速度，達(dá)到涂膜的目的(見圖5)。

圖5 傳統(tǒng)緩蝕劑批處理示意

3.3.2 優(yōu)化后批處理方式

傳統(tǒng)批處理過程中，易出現(xiàn)管道上部涂抹不到位、不均勻的情況，或因重力作用，多余緩蝕劑會(huì)沿著管壁流下，聚集在管道的底部。大灣區(qū)塊緩蝕劑批處理在傳統(tǒng)批處理基礎(chǔ)上，增加了一組優(yōu)化球的發(fā)送，將聚集在管道底部的緩蝕劑再次進(jìn)行涂抹。同時(shí)，優(yōu)化球?qū)Ψ轿粐婎^的設(shè)計(jì)，可對(duì)管道上部未涂抹到的部位進(jìn)行補(bǔ)充噴涂，保證已涂在管壁上的緩蝕劑更加均勻，達(dá)到涂膜效果優(yōu)化的目的(見圖6)。緩蝕劑批處理優(yōu)化后工作流程見圖7。

圖6 緩蝕劑優(yōu)化球示意

圖7 緩蝕劑批處理優(yōu)化后工作流程

3.4 批處理作業(yè)時(shí)間的優(yōu)化

3.4.1 傳統(tǒng)批處理時(shí)間

為保證氣田安全生產(chǎn)，優(yōu)化前普光、大灣區(qū)塊的21條酸氣管道每月需要進(jìn)行一次緩蝕劑批處理作業(yè)，按照上下游的順序每天完成一條管道緩蝕劑批處理，一個(gè)月中幾乎每天都批處理工作，特別是在DN400和DN500管道批處理時(shí)需要降低外輸氣量，導(dǎo)致氣井開關(guān)過于頻繁，造成系統(tǒng)生產(chǎn)能耗增加。

3.4.2 優(yōu)化后批處理時(shí)間

批處理時(shí)間的優(yōu)化主要包括批處理周期優(yōu)化和批處理順序的優(yōu)化兩方面。按照“小管連續(xù)、大管集中、區(qū)塊分批、產(chǎn)量互補(bǔ)”的原則，對(duì)DN400以下管徑管道從上游至下游依次進(jìn)行，DN400以上管徑管道集中在同一時(shí)間段依次進(jìn)行；大灣區(qū)塊投產(chǎn)后，普光區(qū)塊和大灣區(qū)塊批處理交錯(cuò)開展，通過對(duì)DN400以上管道緩蝕劑批處理期間的產(chǎn)量統(tǒng)一調(diào)整，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)普光和大灣區(qū)塊氣井生產(chǎn)。

(1)批處理周期的優(yōu)化

普光區(qū)塊管道緩蝕劑批處理周期為30 d，而大灣區(qū)塊由于所選擇的緩蝕劑性能較為穩(wěn)定，緩蝕劑薄膜分子之間化學(xué)鍵的維持穩(wěn)定時(shí)間45 d，因此調(diào)整大灣區(qū)塊批處理周期為45 d，只對(duì)已經(jīng)脫落或者不穩(wěn)定的保護(hù)膜進(jìn)行補(bǔ)充彌補(bǔ)。

(2)批處理流程的優(yōu)化

流程優(yōu)化主要包括上游集氣站進(jìn)站閥門開關(guān)優(yōu)化和總站四個(gè)生產(chǎn)分離器連通優(yōu)化，減少DN500管道集氣總站外輸總氣量的波動(dòng)(見圖8和圖9)。

圖8 流程優(yōu)化前外輸瞬時(shí)氣量

圖9 流程優(yōu)化后外輸瞬時(shí)氣量

①在進(jìn)行DN400管徑以上管道批處理時(shí)，關(guān)閉上游集氣站氣井及上游集氣站進(jìn)站閥門，將批處理期間波動(dòng)管容量降至最低，防止批處理時(shí)因壓力升高，管容氣竄至上游管道，造成氣量降低。

②對(duì)集氣總站四個(gè)生產(chǎn)分離器進(jìn)行連通，防止段塞流液體進(jìn)入一個(gè)分離器，避免因短時(shí)間液量過大，造成生產(chǎn)分離器冒罐。同時(shí)，在批處理前，提前將四個(gè)生產(chǎn)分離器及緩沖罐排空，提高生產(chǎn)分離器的分離能力，避免因清管液體短時(shí)聚集冒罐，防止液體攜帶至下游。

(3)批處理制度的優(yōu)化

通過加強(qiáng)生產(chǎn)管理，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)緩蝕劑批處理作業(yè)次序。按照“小管連續(xù)、大管集中、區(qū)塊分批、產(chǎn)量互補(bǔ)”的原則，氣量要求相近的DN400以下管徑管道從上游至下游同一天依次連續(xù)進(jìn)行兩條管道批處理，DN400以上管徑管道集中在同一時(shí)間段集中進(jìn)行?？s短批處理調(diào)產(chǎn)次數(shù)及時(shí)間，減少因管道批處理調(diào)產(chǎn)帶來的產(chǎn)量波動(dòng)，降低能耗，即保證外輸氣量的平穩(wěn)。

該方案能夠減少生產(chǎn)井產(chǎn)量的調(diào)整，將傳統(tǒng)批處理作業(yè)日期由21 d縮短為12 d，平均每周期的批處理可減少調(diào)產(chǎn)次數(shù)8次，傳統(tǒng)批處理作業(yè)時(shí)間由90 h縮短為79 h，共縮短了11 h，每月可提高混合氣產(chǎn)量4.96%。

4 結(jié) 論

通過對(duì)高含硫氣田管道緩蝕劑批處理作業(yè)方式的優(yōu)化，有效提高了批處理工作效率和涂膜效果，保證了外輸氣量輸送平穩(wěn)，減少了酸氣放空量，降低了生產(chǎn)井氣量調(diào)控頻次和集輸、凈化系統(tǒng)生產(chǎn)能耗，對(duì)同類特大型高含硫氣田緩蝕劑批處理技術(shù)的應(yīng)用提供了重要參考依據(jù)。

(編輯 張向陽)

Optimization of Corrosion Inhibitor Batch Operation in Gas Fields with High Sulfur

ChuWenying1,2,LiHaifeng2,ShaoZhiyong2,WangBaojiang2,ZhangYonggang2
(1.Xi’anPetroleumUniversity,Xi'an710000，China;2.PuguangCompanyofSINOPECZhongyuanOilfield,Dazhou635000,China)

The appropriate selections of corrosion inhibitors and pigs and optimization of batch operation for the gathering pipeline operation have effectively solved the problems of accumulation of corrosion inhibitor at the bottom of pipeline, un-uniform coating on the upper section of pipelines, frequent opening and closing of gas wells, longer batch operation and greater energy consumption, etc. As the results, the number of adjustment is reduced, the time for batch treatment is shortened, the capacity fluctuation of the system resulted from corrosion inhibitor batch treatment is minimized, and production efficiency and stability of transportation system have been improved. Whereas, the adjustment of order of corrosion inhibitor batch treatments makes it possible for the maintenance of equipment during the batch treatment. The sulfur emission and venting operations can be made in one time, which can reduce the production of sour gas and ensure the normal, stable, safe and environmentally friendly operation of the main gathering transportation system.

batch treatment, corrosion inhibitor, optimization

2016-09-14；修改稿收到日期：2016-10-28。

褚文營(yíng)(1983-)，西安石油大學(xué)機(jī)械動(dòng)力工程專業(yè)在讀碩士研究生，現(xiàn)在該公司從事安全管理工作。E-mail：jack0777@163.com