單井管道注水摻稀一管雙用可行性分析*

李發(fā)根，石 鑫，羊東明，丁 楠

(1.中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院，石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西 西安 710077；2.中國(guó)石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院 新疆 烏魯木齊 830011)

0 引 言

隨著油氣供需矛盾日益尖銳，低滲透油田逐步成為油氣開發(fā)的主要區(qū)域，油田提出了各種形式的提高采收率的新工藝[1-3]。水驅(qū)由于工藝簡(jiǎn)單，目前已成為多數(shù)油田開發(fā)的主要工藝[4-6]，但也由此引發(fā)了極為嚴(yán)重的注水管道腐蝕問(wèn)題[7]，某油田近四年來(lái)單井注水管線腐蝕穿孔920 次。單井摻稀是油田降粘生產(chǎn)的主要方式，即通過(guò)將合格的摻稀油加熱輸送至各稠油井，達(dá)到降粘生產(chǎn)效果[8～9]。由于摻稀油不含水、腐蝕性低，因此摻稀管線受腐蝕危害較小，管道腐蝕穿孔風(fēng)險(xiǎn)較低。

油田為了降低生產(chǎn)成本，對(duì)于同時(shí)有注水和摻稀需求的單井管道，提高單井管道利用率實(shí)現(xiàn)摻稀和注水功能一管雙用，開展單井摻稀管道配套工藝防腐改造是油田節(jié)約投資提高油氣采收率的有效探索。改變當(dāng)前注水管線倒運(yùn)量大，建設(shè)成本高，腐蝕防治任務(wù)重等難題，利用完善的摻稀管網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)單井管道摻稀與注水一管雙用降本增效意義顯著，同步推進(jìn)注水管線防腐治理更是事半功倍。然而單井管道一管雙用改造國(guó)際上還沒(méi)有先例，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外關(guān)注重點(diǎn)主要集中在采收率工藝措施和單井管道腐蝕治理上，對(duì)于單井管道注水與摻稀功能一管雙用沒(méi)有涉及[10～11]，對(duì)其可行性也沒(méi)有分析研究。本文以某油田為例，分析單井管道注水摻稀一管雙用新工藝的改造理論基礎(chǔ)、技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)效益，研究注水摻稀交替工況下腐蝕規(guī)律和防腐措施，從技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性角度全面探討單井管道注水摻稀一管雙用新工藝可行性。

1 注水摻稀一管雙用新工藝技術(shù)分析

1.1 工藝分析

根據(jù)生產(chǎn)周期的要求，稠油油藏生產(chǎn)是摻稀與注水需求共存，注水周期先于油氣生產(chǎn)流程，主要為單井注入能量促進(jìn)油田生產(chǎn)。當(dāng)單井注水完成后隨即利用摻稀管線注入摻稀油，該過(guò)程一般與油氣生產(chǎn)過(guò)程同步，因此，從生產(chǎn)周期方面判斷，注水功能與摻稀功能不會(huì)互相影響，具備生產(chǎn)周期可切換的先決條件。

根據(jù)功能需求，注水和摻稀兩種功能可以同時(shí)存在，注水和摻稀都是采油工程常用方式，單井管道一管雙用改造后，由于注水和摻稀生產(chǎn)周期并不重疊，實(shí)質(zhì)上并未改變單一工藝功能作用，不會(huì)影響采油工程、更不會(huì)影響油藏工程，在功能作用方面不會(huì)互相影響，具備功能作用可實(shí)施的理論前提。

根據(jù)工藝流程的要求，注水流程采用“輸水干線-輸水支線-廢舊油管-井口增壓/直接高壓回注”，而摻稀流程為“摻稀外輸-摻稀管線-井口注入”，可通過(guò)將站內(nèi)分水閥組和摻稀閥組切換聯(lián)通，如圖1所示，在流程工藝上也能實(shí)現(xiàn)摻稀管道用作注水摻稀一管雙用，具備了工藝流程可對(duì)接的技術(shù)基礎(chǔ)。

圖1 注水摻稀一管雙用工藝圖

單井管道注水和摻稀兩種工藝流程和運(yùn)行周期不會(huì)互相影響，功能作用互不干擾，技術(shù)上也能保證單井管道注水摻稀一管雙用，具備實(shí)現(xiàn)單井管道注水摻稀一管雙用的前提條件。

1.2 腐蝕規(guī)律及措施分析

單井管道注水摻稀一管雙用時(shí)，摻稀管道就容易發(fā)生注水管道上經(jīng)常出現(xiàn)的腐蝕穿孔失效，由此使摻稀油泄漏并對(duì)環(huán)境造成較嚴(yán)重的污染，于是分析研究交替工況下管材腐蝕規(guī)律是解決一管雙用工藝技術(shù)可行性的前提保證。通過(guò)模擬實(shí)際輸送環(huán)境中注水摻稀一管雙用管材腐蝕適應(yīng)性，分別開展連續(xù)注水和間歇注水模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)見表1和表2，其注水介質(zhì)的pH值為6.5。該模擬試驗(yàn)連續(xù)注水試驗(yàn)周期為15 d，間歇注水試驗(yàn)周期為32 d(其中包括三個(gè)試驗(yàn)周期10 d的注水工況模擬試驗(yàn)，中間附加兩個(gè)試驗(yàn)周期2 d的摻稀工況模擬試驗(yàn))。圖2為該模擬試驗(yàn)所得出的腐蝕規(guī)律對(duì)比分析柱狀圖，從圖2可見，注水摻稀交替工況下平均腐蝕速率相比注水工況稍有下降，但局部腐蝕速率明顯增加，經(jīng)過(guò)分析其原因主要為摻稀油在管材表面不均勻成膜所致。

表1 注水介質(zhì)參數(shù) mg/l

表2 試驗(yàn)工況參數(shù)

摻稀管道僅僅采用了腐蝕裕量作為防腐設(shè)計(jì)，解決注水摻稀交替工況下?lián)较」艿赖姆栏瘑?wèn)題將是實(shí)現(xiàn)單井管道一管雙用改造的關(guān)鍵。目前對(duì)于已建管道，可采用的主要防腐措施為加注緩蝕劑或采用非金屬內(nèi)穿插修復(fù)[11-12]，但加注緩蝕劑長(zhǎng)期防腐效果較差[13-14]，非金屬內(nèi)穿插修復(fù)技術(shù)不需要進(jìn)行后期的維護(hù)工作，因而該技術(shù)可在油田廣泛使用。

熱塑性塑料應(yīng)用于油氣介質(zhì)輸送技術(shù)已經(jīng)成熟，目前已經(jīng)形成了系列化指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，常用材料適用條件及成本見表3和表4[15]。從表4可見，與常用的HDPE管材的價(jià)格進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果是國(guó)產(chǎn)PEX管材價(jià)格提升幅度較小，而且根據(jù)表3的熱塑性塑料的適用條件，只要選取高交聯(lián)度PEX完全能夠滿足注水摻稀條件下的使用溫度和環(huán)境介質(zhì)的要求。

圖2 腐蝕規(guī)律對(duì)比分析圖

材料推薦介質(zhì)類型最高運(yùn)行溫度/℃?zhèn)?注HDPE水、原油60對(duì)溶脹、滲透作用敏感;不適用于芳香族油、環(huán)烷基油、脂肪環(huán)族油介質(zhì)PEXa/PEXb水80～90原油70交聯(lián)工藝和交聯(lián)度對(duì)管道的性能有明顯的影響,加工困難PA11/PA12水60～65高溫會(huì)引發(fā)水解原油80～90不含水或含水很少PVDF水、原油130推薦選用非塑化的共聚物,對(duì)加工和熱應(yīng)力敏感

表4 耐高溫?zé)崴苄运芰瞎艿啦牧铣杀?/p>

2 經(jīng)濟(jì)性分析

以某油田站場(chǎng)為例，該站現(xiàn)有18口注水井年注水量175 000 m3，單井摻稀管道總長(zhǎng)度約為1 000 m，設(shè)計(jì)使用壽命15 a。在對(duì)站場(chǎng)單井管道注水摻稀一管雙用工藝站內(nèi)部分設(shè)施改造中，需要新建變電站、緩沖罐、離心泵和分水閥組改造等，預(yù)估費(fèi)用為394 萬(wàn)元。在對(duì)單井管道注水摻稀一管雙用防腐措施配套改造中，假設(shè)內(nèi)襯PEX價(jià)格為50 元/米(不含碳鋼價(jià)格)，需要額外增加費(fèi)用90 萬(wàn)元，因此，單井管道注水摻稀一管雙用總投資費(fèi)用達(dá)到484 萬(wàn)元。

單井管道注水摻稀一管雙用工藝實(shí)施后經(jīng)濟(jì)效益較好，每年直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)235 萬(wàn)元，其中減少值班人數(shù)每年節(jié)約勞務(wù)費(fèi)資金160 萬(wàn)元，減少鹽水倒運(yùn)量費(fèi)用49.42 萬(wàn)元，減少搶修維護(hù)次數(shù)費(fèi)用25.6 萬(wàn)元。

綜上所述，站場(chǎng)單井管道注水摻稀一管雙用工藝改造投資收益期僅為2.06 a，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，效益對(duì)比結(jié)果如圖3所示。

另外新工藝實(shí)施后還會(huì)帶來(lái)系列間接經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，不僅降低了井口注水流程臨時(shí)吊裝成本，而且減少了井口注水值班點(diǎn)、降低了管理難度，同時(shí)還提高了注水時(shí)效，降低了管道穿孔風(fēng)險(xiǎn)及環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。

目前單井管道注水摻稀一管雙用新工藝已在中國(guó)石化西北油田分公司投入運(yùn)行，工程實(shí)施后在未增加管網(wǎng)情況下每天注水量可以提升2 000 m3，罐車運(yùn)輸費(fèi)用同比下降120多萬(wàn)元，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié) 論

單井管道注水摻稀一管雙用是一種經(jīng)濟(jì)性較好及可靠性高的新工藝：

1)注水管道和摻稀管道運(yùn)行時(shí)間不重疊，功能互不影響，流程也可對(duì)接，工藝改造切實(shí)可行。

2)內(nèi)襯PEX能夠降低注水摻稀交替工況下單井管道局部腐蝕穿孔的風(fēng)險(xiǎn)，防腐措施可行。

3)綜合投資回收期僅為2.06 a，經(jīng)濟(jì)效益較好。