Liñas de inxección química de fondo: por que fallan?Experiencias, retos e aplicación de novos métodos de proba
Copyright 2012, Society of Petroleum Engineers
Resumo
Statoil está operando en varios campos nos que se aplica a inxección continua de inhibidor de incrustacións no pozo.O obxectivo é protexer o tubo superior e a válvula de seguridade de (Ba/Sr) SO4 ou CaCO;escala, nos casos nos que a compresión da escala pode ser difícil e custosa de realizar de forma regular, por exemplo, a conexión de campos submarinos.
A inxección continua do inhibidor de incrustacións no fondo do pozo é unha solución técnicamente apropiada para protexer a tubaxe superior e a válvula de seguridade en pozos que teñen potencial de incrustación por riba do empacador de produción;especialmente en pozos que non precisan ser exprimidos de forma regular debido ao potencial de escalada na zona próxima ao pozo.
Deseñar, operar e manter as liñas de inxección de produtos químicos esixen un foco extra na selección de materiais, cualificación química e seguimento.A presión, a temperatura, os réximes de fluxo e a xeometría do sistema poden presentar desafíos para o funcionamento seguro.Identificáronse desafíos en liñas de inxección de varios quilómetros de lonxitude desde a instalación de produción ata a plantilla submarina e nas válvulas de inxección nos pozos.
Discútanse experiencias de campo que mostran a complexidade dos sistemas de inxección continua de fondo de pozo en relación con problemas de precipitación e corrosión.Estudos de laboratorio e aplicación de novos métodos de cualificación química a representada.Abórdase as necesidades de actuacións multidisciplinares.
Introdución
Statoil está a operar en varios campos onde se aplicou a inxección continua de produtos químicos no pozo.Isto implica principalmente a inxección de inhibidor de incrustacións (SI) onde o obxectivo é protexer o tubo superior e a válvula de seguridade de fondo (DHSV) de (Ba/Sr) SO4 ou CaCO;escala.Nalgúns casos, o rompedor de emulsións inxéctase no pozo para iniciar o proceso de separación o máis profundo posible no pozo a unha temperatura relativamente alta.
A inxección continua de inhibidor de incrustación no fondo do pozo é unha solución técnicamente adecuada para protexer a parte superior dos pozos que teñen potencial de incrustación por riba do empacador de produción.Pódese recomendar a inxección continua, especialmente en pozos que non precisan ser exprimidos debido ao baixo potencial de escamas no pozo próximo;ou nos casos nos que a compresión da escala pode ser difícil e custosa de realizar de forma regular, por exemplo, a conexión de campos submarinos.
Statoil ten unha ampla experiencia na inxección continua de produtos químicos en sistemas de superficie e modelos submarinos, pero o novo reto é levar o punto de inxección máis profundo no pozo.Deseñar, operar e manter as liñas de inxección de produtos químicos esixe un enfoque adicional en varios temas;como selección de materiais, cualificación química e seguimento.A presión, a temperatura, os réximes de fluxo e a xeometría do sistema poden presentar desafíos para o funcionamento seguro.Identificáronse os desafíos nas liñas de inxección longas (varios quilómetros) desde a instalación de produción ata a plantilla submarina e nas válvulas de inxección nos pozos;Fig.1.Algúns dos sistemas de inxección funcionaron segundo o previsto, mentres que outros fallaron por diversos motivos.Están previstos varios novos desenvolvementos de campo para a inxección química de fondo de pozo (DHCI);con todo;nalgúns casos o equipo aínda non foi totalmente cualificado.
A aplicación de DHCI é unha tarefa complexa.Implica a finalización e os deseños do pozo, a química do pozo, o sistema superior e o sistema de dosificación química do proceso superior.O produto químico bombearase desde a parte superior a través da liña de inxección de produtos químicos ata o equipo de finalización e baixarase no pozo.De aí que na planificación e execución deste tipo de proxectos sexa fundamental a cooperación entre varias disciplinas.Hai que avaliar varias consideracións e é importante unha boa comunicación durante o deseño.Están implicados enxeñeiros de procesos, enxeñeiros submarinos e enxeñeiros de finalización, que tratan os temas de química de pozos, selección de materiais, garantía de fluxo e xestión de produtos químicos de produción.Os desafíos poden ser o rei da arma química ou a estabilidade da temperatura, a corrosión e, nalgúns casos, un efecto de baleiro debido á presión local e aos efectos do fluxo na liña de inxección química.Ademais destes, condicións como alta presión, alta temperatura, alta taxa de gas, alto potencial de escala,umbilical de longa distancia e punto de inxección profundo no pozo, dan diferentes retos técnicos e requisitos ao produto químico inxectado e á válvula de inxección.
Unha visión xeral dos sistemas DHCI instalados nas operacións de Statoil mostra que a experiencia non sempre foi exitosa. Táboa 1. Non obstante, estase a levar a cabo a planificación para a mellora do deseño da inxección, a cualificación química, a operación e o mantemento.Os desafíos varían dun campo a outro e o problema non é necesariamente que a propia válvula de inxección química non funcione.
Durante os últimos anos experimentáronse varios desafíos relativos ás liñas de inxección química de fondo.Neste traballo danse algúns exemplos destas experiencias.O documento analiza os retos e as medidas adoptadas para resolver os problemas relacionados coas liñas DHCI.Ofrécense dous casos históricos;un sobre a corrosión e outro sobre o rei das armas químicas.Discútanse experiencias de campo que mostran a complexidade dos sistemas de inxección continua de fondo de pozo en relación con problemas de precipitación e corrosión.
Tamén se consideran estudos de laboratorio e aplicación de novos métodos para a cualificación química;como bombear o produto químico, potencial de escalado e prevención, aplicación complexa de equipos e como afectará o produto químico ao sistema superior cando se produza de novo.Os criterios de aceptación para a aplicación química inclúen problemas ambientais, eficiencia, capacidade de almacenamento na parte superior, velocidade da bomba, se se pode usar a bomba existente, etc. As recomendacións técnicas deben basearse na compatibilidade de fluídos e química, detección de residuos, compatibilidade de materiais, deseño umbilical submarino, sistema de dosificación química. e materiais na contorna destas liñas.É posible que o produto químico teña que ser inhibido por hidratos para evitar a obstrucción da liña de inxección pola invasión de gas e o produto químico non debe conxelarse durante o transporte e o almacenamento.Nas directrices internas existentes hai unha lista de verificación de que produtos químicos se poden aplicar en cada punto do sistema. As propiedades físicas como a viscosidade son importantes.O sistema de inxección pode implicar unha distancia de 3-50 km da liña de fluxo submarino umbilical e 1-3 km cara abaixo no pozo.Polo tanto, a estabilidade da temperatura tamén é importante.Tamén se pode ter en conta a avaliación dos efectos augas abaixo, por exemplo, nas refinerías.
Sistemas de inxección química de fondo
Custo beneficio
A inxección continua de inhibidor de incrustacións no pozo para protexer o DHS Vor o tubo de produción quizais sexa rentable en comparación con espremer o pozo cun inhibidor de incrustacións.Esta aplicación reduce o potencial de danos na formación en comparación cos tratamentos de compresión de escamas, reduce o potencial de problemas de proceso despois de que se comprime unha escala e dá a posibilidade de controlar a taxa de inxección química desde o sistema de inxección superior.O sistema de inxección tamén se pode usar para inxectar outros produtos químicos continuamente no pozo e, así, reducir outros retos que poidan ocorrer máis abaixo da planta de proceso.
Realizouse un estudo exhaustivo desenvolvendo unha estratexia a escala de fondo do pozo do campo ou S de Oseberg.A principal preocupación de escala foi o CaCO;escala no tubo superior e posible fallo do DHSV.As consideracións da estratexia de xestión de escalas ou de Oseberg S concluíron que durante un período de tres anos, o DHCI foi a solución máis rendible nos pozos nos que estaban funcionando as liñas de inxección de produtos químicos.O principal elemento de custo con respecto á técnica competidora de compresión de escala foi o aceite diferido en lugar do custo químico/operativo.Para a aplicación do inhibidor de escala na elevación de gas, o principal factor no custo químico foi a alta taxa de elevación de gas que leva a unha alta concentración de SI, xa que a concentración tivo que equilibrarse coa taxa de elevación de gas para evitar o rei das armas químicas.Para os dous pozos de Oseberg S ou que tiñan liñas DHC I ben funcionando, escolleuse esta opción para protexer os DHS V contra CaCO;escalado.
Sistema de inxección continua e válvulas
As solucións de finalización existentes que utilizan sistemas de inxección química continua enfrontan retos para evitar a obstrucción das liñas capilares.Normalmente, o sistema de inxección consiste nunha liña capilar, de 1/4" ou 3/8" de diámetro exterior (OD), conectada a un colector de superficie, alimentada e conectada ao colgador do tubo no lado anular do tubo.A liña capilar está unida ao diámetro exterior do tubo de produción mediante abrazadeiras especiais de colar de tubo e discorre polo exterior do tubo ata o mandril de inxección química.O mandril colócase tradicionalmente augas arriba do DHS V ou máis profundo no pozo coa intención de darlle tempo de dispersión suficiente ao produto químico inxectado e colocar o produto químico onde se atopen os desafíos.
Na válvula de inxección química, Fig.2, un pequeno cartucho duns 1,5" de diámetro contén as válvulas de retención que impiden que os fluídos do pozo entren na liña capilar.É simplemente un pequeno muelle montado nun resorte.A forza do resorte establece e prevé a presión necesaria para abrir o vástago do asento de selado.Cando o produto químico comeza a fluír, o vástago érguese do seu asento e abre a válvula de retención.
Requírese ter instaladas dúas válvulas de retención.Unha válvula é a barreira principal que impide que os fluídos do pozo entren na liña capilar.Esta ten unha presión de apertura relativamente baixa (2-15 bars). Se a presión hidrostática dentro da liña capilar é menor que a presión do pozo, os fluídos do pozo intentarán entrar na liña capilar.A outra válvula de retención ten unha presión de apertura atípica de 130-250 bares e coñécese como sistema de prevención de tubos en U.Esta válvula impide que o produto químico dentro da liña capilar flúe libremente no pozo se a presión hidrostática dentro da liña capilar é maior que a presión no pozo no punto de inxección de produtos químicos dentro do tubo de produción.
Ademais das dúas válvulas de retención, normalmente hai un filtro en liña, o propósito deste é garantir que ningún residuo de ningún tipo poida poñer en perigo as capacidades de selado dos sistemas de válvulas de retención.
Os tamaños das válvulas de retención descritas son bastante pequenos e a limpeza do fluído inxectado é esencial para a súa funcionalidade operativa.Crese que os restos do sistema poden ser eliminados aumentando o caudal dentro da liña capilar, polo que as válvulas de retención se abren voluntariamente.
Cando se abre a válvula de retención, a presión de fluxo diminúe rapidamente e propágase pola liña capilar ata que a presión aumenta de novo.A válvula de retención pecharase ata que o fluxo de produtos químicos acumule presión suficiente para abrir a válvula;o resultado son oscilacións de presión no sistema da válvula de retención.Canto maior presión de apertura teña o sistema de válvula de retención, menor área de fluxo se establece cando se abre a válvula de retención e o sistema intenta acadar as condicións de equilibrio.
As válvulas de inxección química teñen unha presión de apertura relativamente baixa;e se a presión do tubo no punto de entrada de produtos químicos fose inferior á suma da presión hidrostática dos produtos químicos dentro da liña capilar máis a presión de apertura da válvula de retención, ocorrerá preto de baleiro ou baleiro na parte superior da liña capilar.Cando a inxección de produtos químicos se detén ou o fluxo de produtos químicos é baixo, comezarán a producirse condicións próximas ao baleiro na sección superior da liña capilar.
O nivel de baleiro depende da presión do pozo, da gravidade específica da mestura química inxectada utilizada dentro da liña capilar, da presión de apertura da válvula de retención no punto de inxección e do caudal do produto químico dentro da liña capilar.As condicións do pozo variarán ao longo da vida útil do campo e, polo tanto, o potencial de baleiro tamén variará ao longo do tempo.É importante ter en conta esta situación para tomar a consideración e precaución adecuadas antes de que se produzan os desafíos esperados.
Xunto coas baixas taxas de inxección, normalmente os disolventes utilizados neste tipo de aplicacións están a evaporarse provocando efectos que non foron completamente explorados.Estes efectos son o rei do arma ou a precipitación de sólidos, por exemplo polímeros, cando o disolvente se está a evaporar.
Ademais, pódense formar células galvánicas na fase de transición entre a superficie do fluído do produto químico e a fase gasosa case baleiro chea de vapor anterior.Isto pode levar a corrosión local por picaduras dentro da liña capilar como resultado do aumento da agresividade do produto químico nestas condicións.As escamas ou cristais de sal formados como unha película dentro da liña capilar ao secar o seu interior poden atascarse ou tapar a liña capilar.
Ben filosofía de barreira
Ao deseñar solucións robustas para pozos, Statoil esixe que a seguridade do pozo estea en todo momento durante o ciclo de vida do pozo.Así, Statoil require que haxa dúas barreiras de pozos independentes intactas.A figura 3 mostra un esquema de barreira de pozo atípico, onde a cor azul representa a envolvente da barreira do pozo principal;neste caso a tubaxe de produción.A cor vermella representa o sobre de barreira secundario;a carcasa.No lado esquerdo do esbozo indícase a inxección química como unha liña negra cun punto de inxección ao tubo de produción na zona marcada en vermello (barrera secundaria).Ao introducir sistemas de inxección química no pozo, póñense en perigo tanto as barreiras primarias como as secundarias do pozo.
Historial de casos sobre corrosión
Secuencia dos acontecementos
Aplicouse a inxección química de fondo de pozo de inhibidor de incrustacións nun campo petrolífero operado por Statoil na plataforma continental norueguesa.Neste caso, o inhibidor de cal aplicado fora orixinalmente cualificado para a aplicación na parte superior e submarina.A reacabada do pozo foi seguida da instalación de DHCIpointat2446mMD, Fig.3.A inxección no fondo do pozo do inhibidor de escamas da parte superior iniciouse sen máis probas do produto químico.
Despois dun ano de funcionamento observáronse fugas no sistema de inxección química e iniciáronse as investigacións.A fuga tivo un efecto prexudicial sobre as barreiras do pozo.Sucesos similares ocorreron en varios pozos e algúns deles tiveron que ser pechados mentres seguía a investigación.
O tubo de produción foi tirado e estudado en detalle.O ataque de corrosión limitouse a un lado da tubaxe, e algunhas xuntas de tubaxe estaban tan corroídas que había buratos a través delas.Aproximadamente 8,5 mm de espesor de aceiro cromado ao 3 % desintegáronse en menos de 8 meses.A corrosión principal ocorrera na sección superior do pozo, desde a cabeza do pozo ata aproximadamente 380 m MD, e as xuntas de tubos peor corroídas atopáronse a uns 350 m MD aproximadamente.Por debaixo desta profundidade observouse pouca ou ningunha corrosión, pero atopáronse moitos restos nos diámetros externos dos tubos.
Tamén se cortou e tirou a carcasa de 9-5/8'' e observáronse efectos similares;con corrosión na parte superior do pozo só por un lado.A fuga inducida produciuse ao rebentar a sección debilitada da carcasa.
O material da liña de inxección química foi a aliaxe 825.
Cualificación química
As propiedades químicas e as probas de corrosión son focos importantes na cualificación de inhibidores de incrustacións e o inhibidor de incrustacións real foi cualificado e utilizado en aplicacións de superficie e submarinas durante varios anos.O motivo para aplicar o produto químico real no fondo do pozo foi a mellora das propiedades ambientais ao substituír o produto químico existente no fondo do pozo. Non obstante, o inhibidor de incrustacións só se utilizou a temperatura ambiente superior e do fondo do mar (4-20 ℃).Cando se inxecta no pozo, a temperatura do produto químico pode chegar a 90 ℃, pero non se realizaron máis probas a esta temperatura.
As probas iniciais de corrosividade foron realizadas polo provedor de produtos químicos e os resultados mostraron 2-4 mm/ano para o aceiro carbono a alta temperatura.Durante esta fase houbo unha mínima implicación da competencia técnica material do operador.Posteriormente, o operador realizou novas probas que demostraron que o inhibidor de incrustacións era altamente corrosivo para os materiais dos tubos de produción e da carcasa de produción, con taxas de corrosión superiores aos 70 mm/ano.O material da liña de inxección química Alloy 825 non fora probado contra o inhibidor de cal antes da inxección.A temperatura do pozo pode alcanzar os 90 ℃ e deberían realizarse as probas adecuadas nestas condicións.
A investigación tamén revelou que o inhibidor de incrustacións como solución concentrada tiña un pH <3,0.Non obstante, o pH non fora medido.Máis tarde o pH medido mostrou un valor moi baixo de pH 0-1.Isto ilustra a necesidade de medicións e consideracións materiais ademais dos valores de pH dados.
Interpretación dos resultados
A liña de inxección (Fig.3) está construída para dar presión hidrostática do inhibidor de incrustacións que supera a presión no pozo no punto de inxección.O inhibidor inxéctase a unha presión superior á que existe no pozo.Isto dá lugar a un efecto de tubo en U ao peche do pozo.A válvula abrirase sempre cunha presión máis alta na liña de inxección que no pozo.Polo tanto, pódese producir baleiro ou evaporación na liña de inxección.A taxa de corrosión e o risco de picadura é maior na zona de transición gas/líquido debido á evaporación do disolvente.Os experimentos de laboratorio realizados en cupóns confirmaron esta teoría.Nos pozos onde se experimentaron fugas, todos os buratos das liñas de inxección situáronse na parte superior da liña de inxección de produtos químicos.
A figura 4 mostra a fotografía da liña DHC I cunha corrosión por picaduras significativa.A corrosión observada no tubo de produción exterior indicaba unha exposición local de inhibidor de cal desde o punto de fuga por picaduras.A fuga foi causada pola corrosión por picaduras por produtos químicos altamente corrosivos e a fuga a través da liña de inxección de produtos químicos na carcasa de produción.O inhibidor de incrustacións pulverizouse desde a liña capilar perforada ata a carcasa e os tubos e producíronse fugas.Non se consideraron as consecuencias secundarias das fugas na liña de inxección.Chegouse á conclusión de que a corrosión da carcasa e dos tubos era o resultado de inhibidores de incrustacións concentrados rezados desde a liña capilar con picaduras ata a carcasa e o tubo, Fig.5.
Neste caso houbo unha falta de implicación dos enxeñeiros de competencias materiais.Non se probou a corrosividade do produto químico na liña DHCI e non se avaliaron os efectos secundarios debidos á fuga;como se os materiais circundantes poderían tolerar a exposición química.
Caso histórico do rei das armas químicas
Secuencia dos acontecementos
A estratexia de prevención de incrustacións para un campo de HP HT foi a inxección continua de inhibidor de incrustacións augas arriba da válvula de seguridade do pozo.Identificouse un severo potencial de incrustación de carbonato cálcico no pozo.Un dos retos foi a alta temperatura e as altas taxas de produción de gas e condensado combinadas cunha baixa taxa de produción de auga.A preocupación pola inxección de inhibidor de incrustacións era que o disolvente sería eliminado pola alta taxa de produción de gas e que o rei da arma do produto químico ocorrería no punto de inxección augas arriba da válvula de seguridade do pozo, Fig.1.
Durante a cualificación do inhibidor de incrustacións, o foco foi a eficiencia do produto en condicións de HP HT, incluíndo o comportamento no sistema de proceso superior (baixa temperatura).A principal preocupación foi a precipitación do propio inhibidor de incrustacións no tubo de produción debido á alta taxa de gas.As probas de laboratorio mostraron que o inhibidor de incrustacións podería precipitarse e adherirse á parede do tubo.Polo tanto, o funcionamento da válvula de seguridade pode superar o risco.
A experiencia demostrou que despois dunhas semanas de funcionamento a liña química estaba a filtrar.Foi posible controlar a presión do pozo no manómetro de superficie instalado na liña capilar.A liña foi illada para obter a integridade do pozo.
A liña de inxección de produtos químicos foi retirada do pozo, abriuse e inspeccionouse para diagnosticar o problema e atopar posibles razóns de falla.Como se pode ver na Fig.6, atopouse unha cantidade importante de precipitado e as análises químicas mostraron que parte deste era o inhibidor de escala.O precipitado localizouse no selo e non se puideron accionar o vástago e a válvula.
O fallo da válvula foi causado por residuos no interior do sistema de válvulas que impediron que as válvulas de retención comían o asento de metal contra metal.Examináronse os restos e comprobouse que as principais partículas eran virutas metálicas, probablemente producidas durante o proceso de instalación da liña capilar.Ademais, identificáronse algúns restos brancos en ambas as válvulas de retención, especialmente na parte traseira das válvulas.Este é o lado de baixa presión, é dicir, o lado sempre estaría en contacto cos fluídos do pozo.Inicialmente, críase que se trataba de restos do pozo de produción xa que as válvulas quedaran abertas e expostas a fluídos do pozo.Pero ao exame os restos demostraron ser polímeros cunha química similar á química utilizada como inhibidor de incrustacións.Isto chamou o noso interese e Statoil quería explorar as razóns detrás destes restos de polímeros presentes na liña capilar.
Cualificación química
Nun campo de HP HT hai moitos retos con respecto á selección de produtos químicos axeitados para mitigar os diversos problemas de produción.Na cualificación do inhibidor de cal para inxección continua no pozo realizáronse as seguintes probas:
● Estabilidade do produto
● Envellecemento térmico
● Probas de rendemento dinámico
● Compatibilidade con auga de formación e inhibidor de hidratos (MEG)
● Proba de rei de armas estática e dinámica
● Información de redisolución auga, produtos químicos frescos e MEG
O produto químico inxectarase a unha taxa de dosificación predeterminada,pero a produción de auga non será necesariamente constante,é dicir, slugging de auga.Entre as babosas de auga,cando o produto químico entra no pozo,será atendido por un quente,fluxo rápido de hidrocarburos gaseosos.Isto é similar a inxectar un inhibidor de cal nunha aplicación de elevación de gas (Fleming et al. 2003). Xunto con
a alta temperatura do gas,o risco de eliminación do disolvente é extremadamente alto e o rei da pistola pode provocar o bloqueo da válvula de inxección.Este é un risco incluso para produtos químicos formulados con disolventes de alto punto de ebulición/baixa presión de vapor e outros depresores de presión de vapor (VPD). En caso de bloqueo parcial,fluxo de auga de formación,O MEG e/ou o produto químico fresco debe ser capaz de eliminar ou re-disolver o produto químico deshidratado ou gunked out.
Neste caso, deseñouse un novo banco de probas de laboratorio para reproducir as condicións de fluxo preto dos portos de inxección nun HP/HTg como sistema de produción.Os resultados das probas dinámicas do rei do arma demostran que nas condicións de aplicación propostas rexistrouse unha perda significativa de disolvente.Isto podería levar a un rápido rei das armas e un eventual bloqueo das liñas de fluxo.Polo tanto, o traballo demostrou que existía un risco relativamente significativo para a inxección continua de produtos químicos nestes pozos antes da produción de auga e levou á decisión de axustar os procedementos normais de arranque para este campo, atrasando a inxección química ata que se detectase a ruptura de auga.
A cualificación do inhibidor de cal para a inxección continua no pozo tiña un gran foco na eliminación do disolvente e na pistola rei do inhibidor de cal no punto de inxección e na liña de fluxo, pero non se avaliou o potencial de rei da pistola na propia válvula de inxección.Probablemente, a válvula de inxección fallou debido a unha importante perda de disolvente e á rápida rei do arma,Fig.6.Os resultados mostran que é importante ter unha visión holística do sistema;non só centrarse nos retos de produción,pero tamén retos relacionados coa inxección do químico,é dicir, válvula de inxección.
Experiencia noutros campos
Un dos primeiros informes sobre problemas coas liñas de inxección química de longa distancia foi dos campos satélite Gull fak sandVig dis (Osa et al. 2001). As liñas de inxección submarinas bloquearon a formación de hidratos dentro da liña debido á invasión de gas dos fluídos producidos. na liña a través da válvula de inxección.Elaboráronse novas directrices para o desenvolvemento de produtos químicos de produción submarina.Os requisitos incluían a eliminación de partículas (filtración) e a adición de inhibidores de hidratos (por exemplo, glicol) a todos os inhibidores de cal a base de auga para ser inxectados nos modelos submarinos.Estabilidade química,Tamén se considerou a viscosidade e a compatibilidade (líquidos e materiais).Estes requisitos foron incorporados máis adiante ao sistema Statoil e inclúen a inxección química de fondo.
Durante a fase de desenvolvemento do campo ou campo de Oseberg decidiuse que todos os pozos deberían completarse con sistemas DHC I (Fleming et al., 2006). O obxectivo era evitar o CaCO.;descamación no tubo superior mediante inxección SI.Un dos grandes retos con respecto ás liñas de inxección química foi conseguir a comunicación entre a superficie e a saída do pozo.O diámetro interno da liña de inxección de produtos químicos reduciuse de 7 mm a 0,7 mm (ID) ao redor da válvula de seguridade do anel debido ás limitacións de espazo e á capacidade do líquido para ser transportado por esta sección influíron na taxa de éxito.Varios pozos da plataforma tiñan liñas de inxección química que estaban tapadas,pero non se entendeu o motivo.Trens de varios fluídos (glicol,cru,condensado,xileno,inhibidor de escala,auga, etc.) foron probados en laboratorio para determinar a viscosidade e compatibilidade e bombeados cara adiante e en fluxo inverso para abrir as liñas.;con todo,o inhibidor de escala obxectivo non se puido bombear ata a válvula de inxección química.Ademais,observáronse complicacións coa precipitación do inhibidor de incrustacións de fosfonatos xunto con salmoira de acabado de CaCl z residual nun pozo e un arma rei do inhibidor de incrustacións dentro dun pozo con alta proporción de gasóleo e baixo corte de auga (Fleming et al., 2006).
Leccións aprendidas
Desenvolvemento do método de proba
As principais leccións aprendidas do fallo dos sistemas DHC I foron no que respecta á eficiencia técnica do inhibidor de incrustacións e non no que respecta á funcionalidade e á inxección química.A inxección na parte superior e a inxección submarina funcionaron ben no tempo extra;con todo,a aplicación estendeuse á inxección química de fondo sen unha actualización correspondente dos métodos de cualificación química.A experiencia de Statoil nos dous casos de campo presentados é que a documentación reitora ou as directrices para a cualificación química deben actualizarse para incluír este tipo de aplicacións químicas.Identificáronse os dous principais retos como i) o baleiro na liña de inxección de produtos químicos e ii) a precipitación potencial do produto químico.
A evaporación do produto químico pode producirse no tubo de produción (como se ve no caso do rei da pistola) e no tubo de inxección (identificouse unha interface transitoria no caso do baleiro) existe o risco de que estes precipitados poidan moverse co fluxo e na válvula de inxección e máis adiante no pozo.A válvula de inxección adoita deseñarse cun filtro antes do punto de inxección,este é un reto,como no caso das precipitacións este filtro podería estar taponado provocando un fallo da válvula.
As observacións e conclusións preliminares das leccións aprendidas deron lugar a un amplo estudo de laboratorio sobre os fenómenos.O obxectivo xeral era desenvolver novos métodos de cualificación para evitar problemas similares no futuro.Neste estudo leváronse a cabo varias probas e deseñaron varios métodos de laboratorio (desenvolvidos co fin) para examinar produtos químicos con respecto aos desafíos identificados.
● Bloqueos de filtros e estabilidade do produto en sistemas pechados.
● O efecto da perda parcial de disolvente sobre a corrosividade dos produtos químicos.
● O efecto da perda parcial de disolvente dentro dun capilar sobre a formación de sólidos ou tapóns viscosos.
Durante as probas dos métodos de laboratorio identificáronse varios problemas potenciais
● Bloqueos repetidos do filtro e escasa estabilidade.
● Formación de sólidos tras a evaporación parcial dun capilar
● Cambios de pH por perda de disolvente.
A natureza das probas realizadas tamén proporcionou información adicional e coñecementos relativos aos cambios nas propiedades físicas dos produtos químicos dentro dos capilares cando se someten a determinadas condicións.,e como isto difiere das solucións a granel sometidas a condicións similares.O traballo de proba tamén identificou diferenzas considerables entre o fluído a granel,fases de vapor e fluídos residuais que poden provocar un aumento do potencial de precipitación e/ou un aumento da corrosividade.
Desenvolveuse e incluíuse na documentación reguladora o procedemento de proba de corrosividade dos inhibidores de cal.Para cada aplicación houbo que realizar unha proba de corrosividade estendida antes de que se puidese implementar a inxección de inhibidor de cal.Tamén se realizaron probas do rei do químico na liña de inxección.
Antes de comezar a cualificación dun produto químico, é importante crear un ámbito de traballo que describa os desafíos e o propósito do produto químico.Na fase inicial é importante identificar os principais retos para poder seleccionar os tipos de produtos químicos que resolverán o problema.Na Táboa 2 pódese atopar un resumo dos criterios de aceptación máis importantes.
Cualificación de produtos químicos
A cualificación dos produtos químicos consiste tanto en probas como en avaliacións teóricas para cada aplicación.Débense definir e establecer as especificacións técnicas e os criterios de proba,por exemplo dentro de HSE,compatibilidade de materiais,estabilidade do produto e calidade do produto (partículas).Ademais,o punto de conxelación,viscosidade e compatibilidade con outros produtos químicos,inhibidor de hidratos,debe determinarse a auga de formación e o fluído producido.Na Táboa 2 figura unha lista simplificada de métodos de proba que poden utilizarse para a cualificación de produtos químicos.
Foco continuo e seguimento da eficiencia técnica,as taxas de dosificación e os datos HSE son importantes.Os requisitos dun produto poden cambiar a vida útil dun campo ou dunha planta de proceso;varían coas taxas de produción, así como a composición do fluído.Actividade de seguimento con avaliación do rendemento,A optimización e/ou a proba de novos produtos químicos debe realizarse con frecuencia para garantir o programa de tratamento óptimo.
Dependendo da calidade do aceite,produción de auga e desafíos técnicos na planta de produción offshore,o uso de produtos químicos de produción quizais sexa necesario para acadar a calidade de exportación,requisitos regulamentarios,e para operar a instalación offshore de forma segura.Todos os campos teñen diferentes desafíos, e os produtos químicos de produción necesarios variarán dun campo a outro e das horas extras.
É importante centrarse na eficiencia técnica dos produtos químicos de produción nun programa de cualificación,pero tamén é moi importante incidir nas propiedades da substancia química,como a estabilidade,calidade e compatibilidade do produto.A compatibilidade nesta configuración significa compatibilidade cos fluídos,materiais e outros produtos químicos de produción.Isto pode ser un reto.Non é desexable utilizar un produto químico para resolver un problema para despois descubrir que o produto químico contribúe ou crea novos desafíos.Quizais sexan as propiedades do produto químico e non o desafío técnico o maior desafío.
Requisitos especiais
Deben aplicarse requisitos especiais de filtración dos produtos subministrados para o sistema submarino e para a inxección continua no pozo.Os filtros e filtros do sistema de inxección de produtos químicos deben proporcionarse en función das especificacións do equipo posterior ao sistema de inxección superior.,bombas e válvulas de inxección,ás válvulas de inxección de fondo de pozo.Cando se aplique a inxección continua de produtos químicos no fondo do pozo, a especificación do sistema de inxección de produtos químicos debería basearse na especificación coa maior criticidade.Este quizais sexa o filtro da válvula de inxección no fondo do pozo.
Retos de inxección
O sistema de inxección pode implicar unha distancia de 3-50 km de liña de fluxo submarino umbilical e 1-3 km cara abaixo no pozo.As propiedades físicas como a viscosidade e a capacidade de bombear os produtos químicos son importantes.Se a viscosidade á temperatura do fondo do mar é demasiado alta, pode ser un desafío bombear o produto químico a través da liña de inxección química no umbilical submarino e ata o punto de inxección submarino ou no pozo.A viscosidade debe estar de acordo coas especificacións do sistema á temperatura de almacenamento ou operación esperada.Isto debe ser avaliado en cada caso,e dependerá do sistema.Como a taxa de inxección química de táboa é un factor para o éxito na inxección química.Para minimizar o risco de taponar a liña de inxección química,Os produtos químicos deste sistema deben ser inhibidos por hidratos (se hai potencial para hidratos).Hai que realizar a compatibilidade cos fluídos presentes no sistema (fluído de conservación) e co inhibidor de hidratos.Probas de estabilidade do produto químico a temperaturas reais (temperatura ambiente máis baixa posible,temperatura ambiente,temperatura submarina,temperatura de inxección) deben pasarse.
Tamén se debe considerar un programa de lavado das liñas de inxección de produtos químicos cunha frecuencia determinada.Pode dar un efecto preventivo lavar regularmente a liña de inxección química con disolvente,glicol ou produto químico de limpeza para eliminar posibles depósitos antes de que se acumule e poida provocar o taponamento da liña.A solución química escollida do fluído de lavado ten que sercompatible co produto químico na liña de inxección.
Nalgúns casos, a liña de inxección de produtos químicos úsase para varias aplicacións químicas baseadas en diferentes desafíos ao longo da vida útil do campo e condicións de fluído.Na fase de produción inicial antes da penetración da auga, os principais desafíos poden ser diferentes dos que se presentan ao final da súa vida útil, moitas veces relacionados co aumento da produción de auga.Cambiar dun inhibidor baseado en disolvente non acuoso, como un inhibidor de eno asfáltico, a un químico baseado en auga, como un inhibidor de incrustacións, pode dar problemas de compatibilidade.Polo tanto, é importante centrarse na compatibilidade e cualificación e usos dos espaciadores cando se planea cambiar o produto químico na liña de inxección química.
Materiais
En canto á compatibilidade de materiais,todos os produtos químicos deben ser compatibles cos selos,elastómeros,xuntas e materiais de construción utilizados no sistema de inxección química e na planta de produción.Deberase desenvolver un procedemento de proba de corrosividade dos produtos químicos (por exemplo, inhibidor de incrustacións ácidas) para a inxección continua no pozo.Para cada aplicación hai que realizar unha proba de corrosividade estendida antes de que se poida implementar a inxección de produtos químicos.
Discusión
Hai que avaliar as vantaxes e inconvenientes da inxección química continua no pozo.Inxección continua de inhibidor de cal para protexer o DHS Vor o tubo de produción é un método elegante para protexer o pozo da incrustación.Como se menciona neste documento, hai varios desafíos coa inxección química continua en fondo de pozo,non obstante, para reducir o risco é importante comprender os fenómenos relacionados coa solución.
Unha forma de reducir o risco é centrarse no desenvolvemento de métodos de proba.En comparación coa inxección química superior ou submarina, hai condicións diferentes e máis severas no pozo.O procedemento de cualificación de produtos químicos para a inxección continua de produtos químicos no pozo ten que ter en conta estes cambios nas condicións.A cualificación dos produtos químicos debe facerse segundo o material co que poidan entrar en contacto os produtos químicos.Deben actualizarse e implementarse os requisitos para a cualificación e probas de compatibilidade en condicións que reproduzan o máis semellantes posible ás distintas condicións do ciclo de vida do pozo nas que funcionarán estes sistemas.O desenvolvemento do método de proba debe desenvolverse máis adiante a probas máis realistas e representativas.
Ademáis,a interacción entre os produtos químicos e os equipos é esencial para o éxito.O desenvolvemento das válvulas de inxección química debe ter en conta as propiedades químicas e a localización da válvula de inxección no pozo.Debe considerarse a inclusión de válvulas de inxección reais como parte do equipo de proba e a realización de probas de rendemento do inhibidor de cal e do deseño da válvula como parte do programa de cualificación.Para cualificar inhibidores de escala,o foco principal estivo anteriormente nos desafíos do proceso e na inhibición de escala,pero unha boa inhibición da escala depende dunha inxección estable e continua.Sen inxección estable e continua o potencial de escala aumentará.Se a válvula de inxección do inhibidor de incrustacións está sucia e non hai inxección de inhibidor de cal no fluxo de fluído,o pozo e as válvulas de seguridade non están protexidos contra a incrustación e, polo tanto, a produción segura pode verse en perigo.O procedemento de cualificación ten que atender os desafíos relacionados coa inxección do inhibidor de incrustacións ademais dos desafíos do proceso e a eficiencia do inhibidor de incrustacións cualificado.
O novo enfoque implica varias disciplinas e hai que clarificar a cooperación entre as disciplinas e as respectivas responsabilidades.Nesta aplicación o sistema de proceso superior,Están implicados modelos submarinos e deseño e finalización de pozos.As redes multidisciplinares centradas no desenvolvemento de solucións robustas para sistemas de inxección de produtos químicos son importantes e quizais o camiño cara ao éxito.A comunicación entre as distintas disciplinas é fundamental;É importante unha comunicación especialmente estreita entre os químicos que teñen o control dos produtos químicos aplicados e os enxeñeiros de pozos que teñen o control dos equipos utilizados no pozo.Comprender os retos das distintas disciplinas e aprender uns dos outros é fundamental para comprender a complexidade de todo o proceso.
Conclusión
● Inxección continua de inhibidor de incrustacións para protexer o DHS Vor o tubo de produción é un método elegante para protexer o pozo da incrustación.
● Resolver os retos identificados,as seguintes recomendacións son:
● Debe realizarse un procedemento de cualificación DHCI dedicado.
● Método de cualificación de válvulas de inxección química
● Métodos de proba e cualificación da funcionalidade química
● Desenvolvemento do método
● Probas de materiais relevantes
● A interacción multidisciplinar onde a comunicación entre as distintas disciplinas implicadas é fundamental para o éxito.
Agradecementos
O autor quere agradecer a Statoil AS A o permiso para publicar este traballo e a Baker Hughes e Schlumberger por permitir o uso da imaxe da Fig.2.
Nomenclatura
(Ba/Sr)SO4=sulfato de bario/estroncio
CaCO3=carbonato de calcio
DHCI = inxección química de fondo
DHSV = válvula de seguridade de fondo
p.ex.=por exemplo
GOR=proporción de gasóleo
HSE = ambiente de seguridade sanitaria
HPHT = alta presión alta temperatura
ID=diámetro interior
ie = é dicir
km = quilómetros
mm = milímetro
MEG = monoetilenglicol
mMD=metro de profundidade medida
OD = diámetro exterior
SI = inhibidor de escala
mTV D=metro de profundidade vertical total
Tubo en U=Tubo en forma de U
VPD = depresor da presión de vapor
Figura 1. Visión xeral dos sistemas de inxección química submarina e de fondo de pozo en campo atípico.Esbozo da inxección química augas arriba do DHSV e os desafíos previstos relacionados.DHS V = válvula de seguridade de fondo, PWV = válvula de ala de proceso e PM V = válvula mestra de proceso.
Figura 2. Esbozo dun sistema atípico de inxección química de fondo co mandril e a válvula.O sistema está conectado ao colector de superficie, alimentado e conectado ao colgador de tubos no lado anular do tubo.O mandril de inxección química colócase tradicionalmente profundamente no pozo coa intención de dar protección química.
Figura 3. Esquema típico da barreira do pozo,onde a cor azul representa a envolvente da barreira do pozo primario;neste caso a tubaxe de produción.A cor vermella representa o sobre de barreira secundario;a carcasa.No lado esquerdo indícase a inxección química, liña negra co punto de inxección ao tubo de produción na zona marcada en vermello (barrera secundaria).
Figura 4. Burato perforado atopado na sección superior da liña de inxección de 3/8”.A zona móstrase no esbozo do esquema de barreira de pozo atípico, sinalado con elipse laranxa.
Figura 5. Ataque de corrosión severo no tubo de cromo de 7” 3%.A figura mostra o ataque de corrosión despois da pulverización do inhibidor de incrustacións desde a liña de inxección de produtos químicos con picaduras ata o tubo de produción.
Figura 6. Restos atopados na válvula de inxección química.Os restos neste caso eran virutas metálicas probablemente procedentes do proceso de instalación ademais dalgúns restos esbrancuxados.O exame dos restos brancos demostrou ser polímeros cunha química similar á do produto químico inxectado.
Hora de publicación: 27-Abr-2022