南海某平臺(tái)降低水下氣田化學(xué)藥劑消耗的實(shí)踐

林湧濤，宗俊斌，吳海濤，殷珠輝，楊 勇，周生林

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司白云天然氣作業(yè)公司，廣東深圳 518000）

南海某平臺(tái)降低水下氣田化學(xué)藥劑消耗的實(shí)踐

林湧濤，宗俊斌，吳海濤，殷珠輝，楊 勇，周生林

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司白云天然氣作業(yè)公司，廣東深圳 518000）

南海某平臺(tái)的水下氣田，使用甲醇作為水合物抑制劑，在開發(fā)生產(chǎn)初期，由于頻繁進(jìn)行開井、關(guān)井作業(yè)，甲醇消耗量大；同時(shí)，作為水下氣田開發(fā)的配套設(shè)施乙二醇回收裝置，運(yùn)行過程中需使用檸檬酸清洗換熱器，由于重沸器頻繁結(jié)垢，檸檬酸使用量大。平臺(tái)人員針對(duì)化學(xué)藥劑消耗量大的問題，進(jìn)行分析研究，采取了減少開關(guān)井次數(shù)、優(yōu)化開井程序、合理調(diào)整重沸器操作參數(shù)和改善重沸器酸洗方法等措施，最終使甲醇、檸檬酸的使用量大幅度減少，有效降低生產(chǎn)能耗。

甲醇；檸檬酸；優(yōu)化生產(chǎn)；減少消耗

南海某氣田平臺(tái)是一座集鉆井模塊、油氣水處理系統(tǒng)和水下氣田開發(fā)配套設(shè)施的綜合平臺(tái)。其中的水下氣田開發(fā)及配套設(shè)施[1]，在正常運(yùn)行時(shí)需消耗大量的化學(xué)藥劑，如用乙二醇和甲醇抑制海管中井流物生成水合物，檸檬酸用于換熱器除垢作業(yè)。由于遠(yuǎn)離陸地，藥劑運(yùn)送至平臺(tái)的費(fèi)用昂貴，導(dǎo)致整個(gè)化學(xué)藥劑使用成本較高。

1 原因簡析

水下氣田開井初期，需要長時(shí)間注入甲醇到油嘴處，防止天然氣節(jié)流降溫導(dǎo)致水合物生成[2]；關(guān)井前后，也需注入甲醇掃線，保障海管安全。由于氣田天然氣產(chǎn)量是根據(jù)下游用戶需求制定，在下游用戶用氣量波動(dòng)較大的情況下，水下氣田需要調(diào)整產(chǎn)量，甚至短期關(guān)井，這導(dǎo)致了甲醇的消耗量較大。另外，早期工作人員并無水下氣田操作的成熟經(jīng)驗(yàn)，為了最大限度保障氣田運(yùn)營安全，實(shí)際注入甲醇的量大于設(shè)計(jì)推薦值。

平臺(tái)有一套乙二醇脫水再生單元（以下簡稱MRU），用以回收處理從海管返回的富乙二醇，使其可循環(huán)再利用。MRU在運(yùn)行過程中，重沸器經(jīng)常發(fā)生結(jié)垢，導(dǎo)致重沸器換熱效果差，無法滿足工藝生產(chǎn)需求。為了恢復(fù)重沸器的工作性能，工作人員必須使用檸檬酸對(duì)重沸器酸洗除垢，消耗了大量的檸檬酸。

根據(jù)上述分析，對(duì)甲醇和檸檬酸消耗量大的各種原因（見表1）。

表1 化學(xué)藥劑消耗量大的分析表

2 采取的措施

2.1 減少開井次數(shù)

早期該平臺(tái)的配產(chǎn)量波動(dòng)較大，水下氣田無法持續(xù)保持生產(chǎn)狀態(tài)，個(gè)別情況下需關(guān)井減產(chǎn)，隨后根據(jù)需求再復(fù)產(chǎn)。開井時(shí)，為保障海管流動(dòng)安全，水下采油樹油嘴下游溫度必須上升至24℃以后才能停止甲醇注入，單井注甲醇時(shí)間長，消耗大量甲醇。

為了減少水下井口的開關(guān)井次數(shù)，該平臺(tái)優(yōu)化生產(chǎn)井管理，當(dāng)平臺(tái)配產(chǎn)量減小而需關(guān)閉某些井口時(shí)，優(yōu)先關(guān)閉地面井口。地面井口在開井時(shí)也需注入甲醇防止管線凍堵，但由于無需考慮海管流動(dòng)安全保障，甲醇消耗量小于開水下井口（見表2）。水下氣田持續(xù)保持在產(chǎn)狀態(tài)，無需消耗甲醇。

表2 水下、水上氣田開井甲醇消耗表

2.2 優(yōu)化開井操作程序

該平臺(tái)共有7口水下采油樹，各井口的水深不一，因此串聯(lián)各個(gè)水下井口的海管，其路由呈高低起伏狀態(tài)。為保障海管流動(dòng)安全，防止井流物往低點(diǎn)聚集而淹沒海管，水下開井時(shí)，必須遵循由遠(yuǎn)及近的開井原則，使海管里的井流物正向流動(dòng)至平臺(tái)。

針對(duì)水下井口開井時(shí)間長，甲醇用量大的問題，平臺(tái)工作人員不斷優(yōu)化開井程序。在保證最遠(yuǎn)端井口生產(chǎn)的前提下，優(yōu)先選取產(chǎn)能好的井口開井，這有助于提高海管溫度，壓縮單井注甲醇時(shí)長。同時(shí)，在開井時(shí)將單井產(chǎn)量逐步調(diào)至峰值，加大攜液量，快速提高油嘴下游溫度，待升至20℃時(shí)，再將產(chǎn)量逐步調(diào)至配產(chǎn)產(chǎn)量。經(jīng)多次實(shí)踐驗(yàn)證，此操作法在保證水下井口和海管流動(dòng)安全的前提下，每次開井可減少12 m3的甲醇消耗。

2.3 降低甲醇注入速率

水下氣田開發(fā)配套的甲醇注入泵，其設(shè)計(jì)排量為1 m3/h。早期使用該泵時(shí)，甲醇注入速率為1 m3/h左右。為了減少甲醇消耗，在保證不影響抑制水合物生成的前提下，工作人員嘗試將甲醇泵沖程逐步調(diào)小，同時(shí)密切監(jiān)測油嘴下游溫度上升速率。發(fā)現(xiàn)即使甲醇注入泵沖程由100%降至60%，也不影響抑制水合物生成的效果。此項(xiàng)措施每小時(shí)約可節(jié)約0.4 m3甲醇。

2.4 優(yōu)化重沸器操作，減少結(jié)垢頻率

平臺(tái)的乙二醇脫水再生系統(tǒng)有兩套重沸器，用于對(duì)富乙二醇加熱脫水。早期操作時(shí)，重沸器每3 d～5 d就會(huì)結(jié)垢，導(dǎo)致不能正常工作需及時(shí)進(jìn)行酸洗除垢作業(yè)[3]。針對(duì)重沸器頻繁結(jié)垢的問題，平臺(tái)工作人員積極查找結(jié)垢原因并制定相應(yīng)防垢措施，一方面提高重沸器進(jìn)料富乙二醇的潔凈度，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)操作參數(shù)的分析。根據(jù)廠家設(shè)計(jì)要求，富乙二醇在預(yù)處理過濾階段需添加氫氧化鈉，富乙二醇pH值維持在9～10，使溶液中的Ca2+、Mg2+發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生固體物，并最終在預(yù)處理單元除去。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)由于重沸器結(jié)垢嚴(yán)重，工作人員將pH值降低至8.0左右。由于進(jìn)重沸器的富乙二醇流量直接影響溫控閥開度，進(jìn)而導(dǎo)致進(jìn)入重沸器的熱媒油流量波動(dòng)，因此需嚴(yán)格控制進(jìn)重沸器的富乙二醇流量穩(wěn)定[4]。此外，設(shè)置重沸器熱媒出口溫控閥最大限度控制在10%以內(nèi)，待換熱效率降低后再把溫控閥稍微開一點(diǎn)。由于重沸器溫度高低直接影響結(jié)垢情況，工作人員嘗試是否可以降低重沸器的溫度設(shè)定值，根據(jù)廠家推薦，重沸器溫度設(shè)定值在131.9℃，實(shí)際生產(chǎn)中通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，富乙二醇含水率70%左右，再生塔塔底溫度達(dá)到123℃以上即可生產(chǎn)出含水合格的貧乙二醇（見表3）。

表3 再生塔貧MEG側(cè)塔底溫度與貧MEG含水率關(guān)系表

因此，工作人員逐漸降低重沸器溫度設(shè)定值至128℃左右，再生塔貧乙二醇側(cè)的溫度保持在123℃以上，貧乙二醇含水合格。以上各種措施組合實(shí)施后，重沸器的結(jié)垢情況有所好轉(zhuǎn)，由3 d～5 d結(jié)垢一次延長至10 d以上，大大減少酸洗所需的檸檬酸量。

2.5 改善酸洗操作程序，提高酸洗效果

重沸器配套設(shè)計(jì)的酸洗流程，可以循環(huán)利用檸檬酸溶液。但由于重沸器結(jié)垢物成分復(fù)雜，為避免結(jié)垢物進(jìn)入檸檬酸罐后導(dǎo)致污染，早期的酸洗作業(yè)沒有使用現(xiàn)有流程進(jìn)行在線循環(huán)酸洗，而是采用檸檬酸浸泡的方式。將檸檬酸泵入重沸器浸泡，使檸檬酸與結(jié)垢物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；工作人員每隔4 h從重沸器底部取酸液測pH值并記錄，作業(yè)早期pH值會(huì)迅速上升至5以上，此時(shí)需更換檸檬酸繼續(xù)除垢，直至酸樣pH值2.5左右且不再上漲，可認(rèn)為酸洗結(jié)束。隨后工作人員采用內(nèi)窺儀檢測重沸器內(nèi)部情況，判斷結(jié)垢物是否去除干凈。該方法雖然能除去結(jié)垢物，但檸檬酸的消耗量大，每酸洗一個(gè)重沸器，需消耗檸檬酸約3.5 m3，耗時(shí)3 d（見圖1）。

為了提高酸洗效率，工作人員對(duì)酸洗方法做了改進(jìn)[5]：使用200 L油桶和外接氣動(dòng)泵，將檸檬酸加壓泵入重沸器底部后，檸檬酸從重沸器頂部流出并回到200 L油桶；此外工作人員還使用過濾網(wǎng)過濾檸檬酸，防止雜質(zhì)二次污染重沸器。由此形成酸洗循環(huán)，大大提高了酸洗效率，每次約消耗2.0 m3檸檬酸，酸洗時(shí)長縮減到2 d（見表4）。由表4可以看出，與簡單酸泡的方法對(duì)比，外接氣動(dòng)泵循環(huán)酸洗作業(yè)方式不僅提高工作效率，每次酸洗作業(yè)可節(jié)約1.5 m3檸檬酸。

2.6 水洗酸洗結(jié)合，減少檸檬酸消耗

在逐步改善酸洗重沸器工藝的同時(shí)，工作人員還深入分析結(jié)垢原因。認(rèn)為結(jié)垢物是由于富乙二醇在換熱壁受熱后，水分快速蒸發(fā)而析出的結(jié)晶鹽，理論上采用熱水沖洗重沸器的方法可除去垢。隨后采取淡水沖洗的方法，利用現(xiàn)有流程，向重沸器注入新鮮淡水后循環(huán)加熱至80℃，連續(xù)沖洗重沸器內(nèi)部。同時(shí)通過控制流量，間歇性大排量沖刷重沸器內(nèi)部，使得結(jié)垢物去除效果更加明顯。

圖1 重沸器內(nèi)部酸洗前后對(duì)比圖

表4 酸泡和循環(huán)酸洗作業(yè)方法對(duì)比

圖2 脫水單元重沸器及酸洗流程簡圖

表5 重沸器采用水洗酸洗結(jié)合記錄表

表6 兩個(gè)時(shí)間段檸檬酸消耗及酸洗頻率對(duì)比

使用熱水沖洗去除重沸器結(jié)垢物的方法，節(jié)約了大量檸檬酸，同時(shí)也減少了工作人員的工作負(fù)荷和受化學(xué)藥劑傷害的風(fēng)險(xiǎn)。正當(dāng)工作人員認(rèn)為可以不用檸檬酸就能使重沸器恢復(fù)正常工作時(shí)，又出現(xiàn)一個(gè)新的問題，重沸器在運(yùn)行數(shù)月后，中間如果只使用熱水沖洗方法除垢，隨著時(shí)間積累，重沸器會(huì)出現(xiàn)工作效率低，結(jié)垢時(shí)間快等問題。分析其原因，判斷是有部分難溶于熱水的鈣鹽、鎂鹽等結(jié)垢物殘留在換熱壁上，隨著重沸器工作時(shí)長增加，這些結(jié)垢物變厚、變廣，最終影響了整個(gè)重沸器的換熱效果。于是工作人員再次采用檸檬酸酸洗的方法進(jìn)行除垢，但與早期的直接酸洗重沸器不同，新的作業(yè)方式是首先用熱水沖刷重沸器，再使用檸檬酸對(duì)重沸器進(jìn)行循環(huán)酸洗。由于此時(shí)重沸器內(nèi)部分垢已經(jīng)被除去，繼續(xù)使用檸檬酸循環(huán)時(shí)，就可以利用系統(tǒng)原設(shè)計(jì)流程，把檸檬酸儲(chǔ)罐、檸檬酸注入泵和重沸器串起來循環(huán)酸洗（見圖2）。

經(jīng)實(shí)測，每酸洗一個(gè)重沸器，10 m3檸檬酸的pH值大約上升0.2（見表5），說明大部分的垢已經(jīng)在熱水沖洗階段就被除去。從實(shí)際使用效果看，經(jīng)過熱水水洗和檸檬酸酸洗后的重沸器，換熱效果良好，工作效率有了很大提升[6]。酸洗用的檸檬酸可重復(fù)使用，大大減少了化學(xué)藥劑消耗和排放量。

3 結(jié)論

通過合理分配井口產(chǎn)量、操作程序優(yōu)化和不斷改善酸洗重沸器的方法，在保障水下氣田安全順利生產(chǎn)的前提下，降低了甲醇消耗量，同時(shí)也解決配套設(shè)施重沸器酸洗時(shí)檸檬酸消耗量大的問題。經(jīng)測算，水下氣田每口井開井時(shí)所需的甲醇，已由生產(chǎn)初期的15立方米/井，降至目前的2立方米/井，檸檬酸消耗量從早期平均每月6 915 L降至目前1 938 L（見表6），化學(xué)藥劑消耗明顯減少，有效節(jié)約生產(chǎn)成本。

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Practice of reducing subsea gasfiled consumption of chemicals on a platform of south China sea

LIN Yongtao，ZONG Junbin，WU Haitao，YIN Zhuhui，YANG Yong，ZHOU Shenglin
（Cnooc（China）Ltd.，Shenzhen Branch，Shenzhen Guangdong 518000，China）

Subsea gasfield of the south China sea a platform,using methanol as hydrate inhibitors,at the beginning of the development and production,due to the frequent open well and shut well operations,large consumption of methanol.At the same time,as the subsea field development supporting facilities of the Mono-ethylene Glycol Recovery Unit,need to use the citric acid cleaning heat exchanger during the operation,due to the re-boiler frequent scale, large amounts of citric acid using.Platform personnel analysis for chemical waste problems, reduce switch the well frequency,optimization of well opening procedures,reasonable adjustment of re-boiler operation parameters and the measures to boost the re-boiler pickling methods,eventually make the use amount of methanol,citric acid are greatly reduced,effectively reduce the production consumption.

methanol；citric acid；optimize production；reducing consumption

TE934.3

A

1673-5285（2017）05-0062-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.05.014

2017－03-26

林湧濤，工程師，本科學(xué)歷，2007年畢業(yè)于浙江理工大學(xué)，從事海上天然氣氣田生產(chǎn)開發(fā)管理工作，郵箱：269567435@qq.com。