二氧化碳吞吐油井采出液處理裝置研制與應用

1研制背景

隨著二氧化碳吞吐技術的推廣應用，油田油井增產效果顯著，經濟效益可觀，是一種有效的增產措施，但同時也給油田地面生產帶來了諸多問題。CO2氣體和油井產出的天然氣混合后供加熱爐燃燒，天然氣中的CO2極易導致加熱爐不可預見性熄滅，當不能被及時發現時有可能使鍋爐發生爆炸，使油田生產存在重大安全隱患；大部分油井投產3∽4月后，開始出現集油管線穿孔現象，造成油氣泄漏，帶來安全隱患和環境污染。現場部分油井實驗數據顯示：游離CO2含量293.44mg/L，pH值偏酸性，鐵離子含量222mg/L，根據鐵離子與腐蝕速率的關系計算，鋼管靜態平均腐蝕速率為0.1243mm/a，腐蝕嚴重。這種現象表明，采出液對集輸系統影響嚴重，必須對其中的CO2采取防止措施。

2二氧化碳腐蝕影響因素分析

根據資料顯示，二氧化碳對金屬材料的腐蝕包括諸多因素，但主要有是以下幾種因素。

2.1介質中二氧化碳的含量

由二氧化碳的腐蝕機理可知，隨著溶于水中的二氧化碳的濃度增大，ｐＨ值變小，氫離子的還原反應加速，對金屬材料的腐蝕速率變大，腐蝕性增強。將清水中的二氧化碳含量３０ｍｇ／Ｌ和污水中的二氧化碳含量２００ｍｇ／Ｌ分別作為其界限值，即控制水中二氧化碳的含量，可有效控制其對金屬的腐蝕速率。［1］

2.2介質中水含量

無論在氣相還是在液相中,CO2腐蝕的發生都離不開水對鋼鐵表面的浸濕作用。因此,水在介質中的含量是影響CO2腐蝕的一個重要因素。在油水混合液中,將會形成乳狀液。如果形成一個油包水(水/油)乳液,則將阻止或大大降低鋼的水潤濕性,從而降低腐蝕速率;相反,如果形成水包油(油/水)乳液,則發生明顯的水潤濕作用。在許多油管中,由(水/油)乳液向(油/水)乳液的轉變發生在W(H2O)為30%∽40%,根據經驗,當W(H2O)為30%時,腐蝕速率明顯降低。［2］

2.3溫度的影響

大量的研究表明,介質溫度是影響CO2腐蝕的一個重要參數。溫度強烈影響著表面膜的性質、特征和形貌,也影響著CO2腐蝕過程。根據溫度對腐蝕的影響,鐵的CO2腐蝕可分為:(1)t<60℃時,腐蝕產物膜為FeCO3,軟而無附著力,金屬表面光滑,主要發生均勻腐蝕;(2)t為60∽110℃時,鐵表面可生成具有一定保護性的腐蝕產物膜,局部腐蝕較突出;(3)t為110℃時,均勻腐蝕速度較高,局部腐蝕嚴重(一般為深孔),腐蝕產物為厚而松的FeCO3粗結晶;(4)t為150℃以上時,生成細致、緊密、附著力強的FeCO3和Fe3O4膜,腐蝕速率較低。Ikeda認為CO2腐蝕速率先升高后又降低,在100℃時腐蝕速率zui高。其原因主要是由于在高溫時容易形成致密的腐蝕產物膜,對基體金屬的保護性增強所至。［2］

3油井采出液處理裝置研制

3.1技術方案

在井口安裝一具撬裝放噴池，油井產出液進放噴池，氣體在放噴池內分離、放散于大氣中，液體經由管道泵增壓后進地面集輸系統、進站集中處理。配套工藝：加熱系統；安裝液位計，實現液位與泵啟停閉環、自動控制；加藥裝置。

3.2裝置工作原理

（1）主體工藝：油井產出液經輸油管道進入放噴池，在放噴池內氣、液進行充分分離，使液體中的二氧化碳含量小于２００ｍｇ／Ｌ；CO2氣體通過放散管放散于大氣中；液體再通過管道泵增壓后輸至集中站處理。

（2）附屬工藝

①第一部分：電伴熱系統（電加熱棒和管道電伴熱帶）、液位顯示、排污管等。放噴池內采用2根電加熱棒維溫加熱，管道采用電熱帶伴熱；液位顯示采用磁翻板液位計（帶電信號輸出）；為了運輸、檢修方便，設有排污閥。

②第二部分：加藥裝置。當原油含水低于３０％時，二氧化碳腐蝕傾向較小，系統不需要加藥；當原油含水大于3０％時，發生二氧化碳腐蝕傾向加大，需要適當加藥。采用自動計量加藥裝置，根據油井產出液的具體數據設定加藥劑量，對呈弱酸性的液體加堿液中和，降低其對金屬的腐蝕速率。

③第三部分：自動控制。當放噴池的液位達到磁翻板液位計設定的高點時，液位計輸出一個開關量信號給管道泵的控制柜，使管道泵啟動，開始工作；當放噴池的液位降低到磁翻板液位計設定的低點時，液位計將輸出一個開關量信號給管道泵的控制柜，使管道泵停止工作。

3.3主要技術參數

3.3.1主體結構尺寸

首先考慮能滿足現場生產要求，根據油田數據顯示，二氧化碳吞吐油井產液量一般在10∽40m3/d，約合0.42∽1.67m3/h；其次考慮滿足道路運輸的要求，主要是車輛寬度的要求，道路、橋梁、涵洞的高度和載重量等的要求；還要考慮設備的成本和經濟性等因素。經過綜合考慮，確定放噴池容積15m3，設備總體尺寸為：長5.5m、寬2.4m、高3.2m，設備重量約為：2580kg。3.3.2管道泵（增壓泵）揚程的確定

4油井采出液處理裝置的應用及效果

經過一段時間的實驗和改進，油井采出液處理裝置已定型并成批（套）進行生產，能及時運抵現場、滿足生產之需。到目前為止，該裝置已在采用二氧化碳吞吐技術的油井推廣應用50余臺（套），解決了因CO2進入天然氣系統而造成加熱爐熄火的問題，從而杜絕了此類安全隱患，保證了安全生產；降低了液體中的CO2含量、并將其控制在一定范圍內，從而控制其對金屬材料的腐蝕速率。經現場實驗證明，采用該裝置后油井采出液對金屬材料的腐蝕速率由0.1243mm/a降低到0.0685mm/a，延長了管線壽命，減少了生產維護費用。

5結語

油井采出液處理裝置的研制成功和推廣應用，解決了二氧化碳吞吐技術帶來的生產安全問題和其對集輸系統的嚴重影響，保證了油田的正常生產，促進了二氧化碳吞吐技術的廣泛應用。