קווי הזרקה כימיים למטה - מדוע הם נכשלים?חוויות, אתגרים ויישום שיטות בדיקה חדשות
זכויות יוצרים 2012, האגודה למהנדסי נפט
תַקצִיר
Statoil מפעילה מספר שדות שבהם מיושמת הזרקה רציפה של מעכב אבנית למטה.המטרה היא להגן על הצינור העליון ושסתום הבטיחות מפני (Ba/Sr) SO4orCaCO;קנה מידה, במקרים שבהם סחיטת אבנית עשויה להיות קשה ויקרה לביצוע על בסיס קבוע, למשל חיבור של שדות תת-ימיים.
הזרקה רציפה של מעכב אבנית אל תוך הבור היא פתרון מתאים מבחינה טכנית להגנה על הצינור העליון ושסתום הבטיחות בבארות שיש להן פוטנציאל קנה המידה מעל אורז הייצור;במיוחד בבארות שאין צורך לסחוט אותן על בסיס קבוע עקב פוטנציאל קנה המידה באזור הקידוח הקרוב.
תכנון, הפעלה ותחזוקה של קווי ההזרקה הכימיים דורשים התמקדות נוספת בבחירת חומרים, הסמכה כימית וניטור.לחץ, טמפרטורה, משטרי זרימה וגיאומטריה של המערכת עשויים להכניס אתגרים להפעלה בטוחה.אתגרים זוהו בקווי הזרקה באורך מספר קילומטרים ממתקן הייצור לתבנית התת-ימית ובשסתומי ההזרקה למטה בבארות.
נידונים התנסויות בשטח המראות את המורכבות של מערכות הזרקה רציפות במורד הבור בנוגע לבעיות משקעים וקורוזיה.מחקרי מעבדה ויישום שיטות חדשות להסמכה כימית א מיוצג.הצרכים של פעולות רב-תחומיות מקבלים מענה.
מבוא
Statoil מפעילה מספר שדות שבהם יושמה הזרקה מתמשכת של כימיקלים למטה.זה כולל בעיקר הזרקה של מעכב אבנית (SI) כאשר המטרה היא להגן על הצינור העליון ושסתום הבטיחות למטה (DHSV) מפני (Ba/Sr) SO4orCaCO;סוּלָם.במקרים מסוימים מוזרק מפסק אמולסיה לבור כדי להתחיל את תהליך ההפרדה עמוק ככל האפשר בבאר בטמפרטורה גבוהה יחסית.
הזרקה רציפה של מעכב אבנית לבור היא פתרון מתאים מבחינה טכנית להגנה על החלק העליון של הבארות שיש להן פוטנציאל קנה המידה מעל אורז הייצור.הזרקה רציפה עשויה להיות מומלצת במיוחד בבארות שאין צורך לסחוט אותן בגלל פוטנציאל קנה מידה נמוך בקידוח הקרוב;או במקרים שבהם סחיטת אבנית עשויה להיות קשה ויקרה לביצוע על בסיס קבוע, למשל חיבור של שדות תת-ימיים.
ל-Statoil יש ניסיון רב בהזרקה כימית רציפה למערכות עליון ותבניות תת-ימיות, אך האתגר החדש הוא לקחת את נקודת ההזרקה עמוק יותר לתוך הבאר.תכנון, הפעלה ותחזוקה של קווי ההזרקה הכימיים דורש מיקוד נוסף במספר נושאים;כגון בחירת חומרים, הסמכה כימית וניטור.לחץ, טמפרטורה, משטרי זרימה וגיאומטריה של המערכת עשויים להכניס אתגרים להפעלה בטוחה.זוהו אתגרים בקווי הזרקה ארוכים (מספר קילומטרים) ממתקן הייצור לתבנית התת-ימית ואל שסתומי ההזרקה למטה בבארות;איור.1.חלק ממערכות ההזרקה פעלו לפי התוכנית, בעוד שאחרות כשלו מסיבות שונות.מספר פיתוחי שדה חדשים מתוכננים להזרקה כימית למטה (DHCI);למרות זאת;במקרים מסוימים הציוד עדיין לא הוכשר במלואו.
יישום DHCI הוא משימה מורכבת.זה כרוך בהשלמה ועיצובי הבאר, כימיה של הבאר, מערכת הצד העליון ומערכת המינון הכימית של תהליך הצד העליון.הכימיקל יישאב מהצד העליון דרך קו ההזרקה הכימי לציוד ההשלמה ולמטה לתוך הבאר.מכאן שבתכנון וביצוע של פרויקט מסוג זה יש חשיבות מכרעת לשיתוף פעולה בין מספר דיסציפלינות.יש להעריך שיקולים שונים וחשובה תקשורת טובה במהלך התכנון.מהנדסי תהליכים, מהנדסי תת-ים ומהנדסי השלמה מעורבים, העוסקים בנושאים של כימיה באר, בחירת חומרים, הבטחת זרימה וניהול כימיקלים בייצור.האתגרים יכולים להיות מלך האקדח הכימי או יציבות הטמפרטורה, קורוזיה ובמקרים מסוימים אפקט ואקום עקב השפעות לחץ וזרימה מקומיות בקו ההזרקה הכימית.בנוסף לאלה, תנאים כגון לחץ גבוה, טמפרטורה גבוהה, קצב גז גבוה, פוטנציאל קנה מידה גבוה,טבור למרחקים ארוכים ונקודת הזרקה עמוקה בבאר, מעניקים אתגרים טכניים ודרישות שונות לכימיקל המוזרק ולשסתום ההזרקה.
סקירה כללית של מערכות ה-DHCI המותקנות בפעילות Statoil מראה שהניסיון לא תמיד היה מוצלח. טבלה 1. עם זאת, מתבצע תכנון לשיפור תכנון ההזרקה, ההסמכה הכימית, התפעול והתחזוקה.האתגרים משתנים מתחום לתחום, והבעיה היא לא בהכרח ששסתום ההזרקה הכימי בעצמו אינו פועל.
במהלך השנים האחרונות חוו מספר אתגרים הנוגעים לקווי הזרקת כימיקלים למטה.במאמר זה מובאות כמה דוגמאות מהתנסויות אלו.המאמר דן באתגרים ובצעדים שננקטו כדי לפתור את הבעיות הקשורות לקווי DHCI.שני תיאורי מקרה מובאים;אחד על קורוזיה ואחד על רובה כימי מלך.נידונים התנסויות בשטח המראות את המורכבות של מערכות הזרקה רציפות במורד הבור בנוגע לבעיות משקעים וקורוזיה.
גם מחקרי מעבדה ויישום שיטות חדשות להסמכה כימית נחשבים;כיצד לשאוב את הכימיקל, פוטנציאל האבנית ומניעה, יישום ציוד מורכב וכיצד הכימיקל ישפיע על המערכת העליונה כאשר הכימיקל יופק בחזרה.קבל קריטריונים ליישום כימי כרוך בבעיות סביבתיות, יעילות, קיבולת אחסון עליון, קצב המשאבה, האם ניתן להשתמש במשאבה קיימת וכו'. המלצות טכניות חייבות להתבסס על תאימות נוזלים וכימיה, זיהוי שאריות, תאימות חומרים, עיצוב טבור תת-ימי, מערכת מינון כימיקלים וחומרים בסביבת הקווים הללו.ייתכן שיהיה צורך לעכב את הכימיקלים כדי למנוע סתימה של קו ההזרקה מפני פלישת גז ואסור שהכימיקל יקפא במהלך הובלה ואחסון.בהנחיות הפנימיות הקיימות יש רשימת בדיקה של אילו כימיקלים ניתן ליישם בכל נקודה במערכת תכונות פיזיקליות כגון צמיגות חשובות.מערכת ההזרקה עשויה לרמוז על מרחק של 3-50 ק"מ מקו הזרימה התת-מימי הטבורי ו-1-3 ק"מ למטה לתוך הבאר.מכאן שגם יציבות הטמפרטורה חשובה.ייתכן שיהיה צורך לשקול גם הערכה של השפעות במורד הזרם, למשל בבתי זיקוק.
מערכות הזרקה כימיות למטה
עלות - תועלת
הזרקה רציפה של מעכב אבנית לבור כדי להגן על DHS Vor צינורות הייצור עשויה להיות חסכונית בהשוואה לסחיטת הבאר עם מעכב אבנית.יישום זה מפחית את הפוטנציאל לנזקי היווצרות בהשוואה לטיפולי סחיטת אבנית, מפחית את הפוטנציאל לבעיות בתהליך לאחר סחיטת אבנית ונותן אפשרות לשלוט בקצב ההזרקה הכימית ממערכת ההזרקה העליונה.מערכת ההזרקה עשויה לשמש גם להזרקת כימיקלים אחרים ברציפות לבור ובכך יכולה להפחית אתגרים אחרים שעלולים להתרחש בהמשך הזרם של מפעל התהליך.
בוצע מחקר מקיף לפיתוח אסטרטגיה בקנה מידה למטה של Oseberg S או שדה.החשש בקנה מידה העיקרי היה CaCO;קנה המידה בצינור העליון וכשל אפשרי ב-DHSV.שיקולי אסטרטגיית ה-Oseberg S או ניהול קנה מידה הגיעו למסקנה כי במשך שלוש שנים, DHCI היה הפתרון היעיל ביותר בבארות שבהן פעלו קווי ההזרקה הכימיים.מרכיב העלות העיקרי ביחס לטכניקה המתחרה של סחיטת אבנית היה הנפט הנדחה ולא העלות הכימית/תפעולית.עבור יישום מעכב אבנית בהרמת גז, הגורם העיקרי בעלות הכימיקלים היה קצב הרמת הגז הגבוה שהוביל לריכוז SI גבוה, מכיוון שהיה צורך לאזן את הריכוז עם קצב הרמת הגז כדי להימנע ממלכוד הנשק הכימי.עבור שתי בארות ב-Oseberg S או שיש להן קווי DHC I מתפקדים היטב, אפשרות זו נבחרה כדי להגן על ה-DHS V מפני CaCO;דֵרוּג.
מערכת הזרקה רציפה ושסתומים
פתרונות ההשלמה הקיימים באמצעות מערכות הזרקה כימיות רציפות עומדים בפני אתגרים למניעת סתימה של הקווים הנימים.בדרך כלל מערכת ההזרקה מורכבת מקו קפילרי, בקוטר חיצוני של 1/4 אינץ' או 3/8 אינץ' (OD), המחובר לסעפת משטחית, מוזן דרכו ומחובר למתלה הצינורות בצד הטבעתי של הצינור.הקו הנימי מחובר לקוטר החיצוני של צינור הייצור על ידי מהדקי צווארון צינורות מיוחדים ועובר על החלק החיצוני של הצינור עד למטה עד לציר ההזרקה הכימי.המדרל ממוקם באופן מסורתי במעלה הזרם של DHS V או עמוק יותר בבאר מתוך כוונה לתת לכימיקל המוזרק מספיק זמן פיזור ולמקם את הכימיקל במקום בו נמצאים האתגרים.
בשסתום ההזרקה הכימית, איור 2, מחסנית קטנה בקוטר של כ-1.5 אינץ' מכילה את שסתומי הסימון המונעים מנוזלים של צינורות הקידוח להיכנס לקו הנימים.זה פשוט קפיץ קטן שרוכב על קפיץ.כוח הקפיץ קובע ומנבא את הלחץ הדרוש לפתיחת הפופט ממושב האיטום.כאשר הכימיקל מתחיל לזרום, הפפט מורם ממושבו ופותח את שסתום הסימון.
יש צורך להתקין שני שסתומי סימון.שסתום אחד הוא המחסום הראשוני המונע מנוזלי הקידוח להיכנס לקו הנימים.יש לזה לחץ פתיחה נמוך יחסית (2-15bars). אם הלחץ ההידרוסטטי בתוך הקו הנימי נמוך מלחץ הקידוח, נוזלי הקידוח ינסו להיכנס לקו הנימים.לשסתום הסימון השני יש לחץ פתיחה לא טיפוסי של 130-250 בר והוא ידוע כמערכת מניעת U-tube.שסתום זה מונע מהכימיקל שבתוך הקו הנימי לזרום בחופשיות לתוך צינור הקידוח אם הלחץ ההידרוסטטי בתוך הקו הנימי יהיה גדול יותר מלחץ צינור הקידוח בנקודת ההזרקה הכימית בתוך צינור הייצור.
בנוסף לשני שסתומי הסימון, יש בדרך כלל מסנן מקוון, המטרה של זה היא להבטיח ששום פסולת מכל סוג שהוא לא יכולה לסכן את יכולות האיטום של מערכות שסתומי הסימון.
הגדלים של שסתומי הסימון המתוארים קטנים למדי, וניקיון הנוזל המוזרק חיוני לתפקוד התפעולי שלהם.מאמינים שניתן לשטוף פסולת במערכת על ידי הגדלת קצב הזרימה בתוך הקו הנימי, כך ששסתומי הסימון ייפתחו בכוונה.
כאשר שסתום הסימון נפתח, הלחץ הזורם יורד במהירות ומתפשט במעלה הקו הנימי עד שהלחץ שוב עולה.לאחר מכן שסתום הסימון ייסגר עד שזרימת הכימיקלים תגבש לחץ מספיק כדי לפתוח את השסתום;התוצאה היא תנודות לחץ במערכת שסתום הסימון.ככל שלחץ הפתיחה של מערכת שסתום הסימון גבוה יותר, כך נוצר פחות שטח זרימה כאשר שסתום הסימון נפתח והמערכת מנסה להשיג תנאי שיווי משקל.
לשסתומי ההזרקה הכימיים יש לחץ פתיחה נמוך יחסית;ואם לחץ הצינורות בנקודת הכניסה הכימית יפחת מסכום הלחץ ההידרוסטטי של כימיקלים בתוך הקו הנימי בתוספת לחץ פתיחת שסתום הסימון, יתרחשו ליד ואקום או ואקום בחלק העליון של הקו הנימי.כאשר הזרקת הכימיקל נעצרת או זרימת הכימיקלים נמוכה, יתחילו להתרחש תנאי ואקום קרובים בחלק העליון של הקו הנימי.
רמת הוואקום תלויה בלחץ הקידוח, במשקל הסגולי של התערובת הכימית המוזרקת המשמשת בתוך הקו הנימי, לחץ פתיחת שסתום הסימון בנקודת ההזרקה וקצב הזרימה של הכימיקל בתוך הקו הנימי.תנאי הבאר ישתנו לאורך חיי השדה ולכן פוטנציאל הוואקום ישתנה גם בשעות נוספות.חשוב להיות מודעים למצב זה כדי לקחת את השיקול והזהירות הנכונים לפני שהאתגרים הצפויים מתרחשים.
יחד עם שיעורי הזרקות נמוכים, בדרך כלל הממסים המשמשים ביישומים מסוג זה מתאדים וגורמים להשפעות שלא נחקרו במלואן.השפעות אלו הן מלך הנשק או משקעים של מוצקים, למשל פולימרים, כאשר הממס מתאדה.
יתר על כן, תאים גלווניים יכולים להיווצר בשלב המעבר בין משטח הנוזל של הכימיקל לבין שלב הגז המלא באדי כמעט-וואקום למעלה.זה יכול להוביל לקורוזיה מקומית של בור בתוך הקו הנימי כתוצאה מאגרסיביות מוגברת של הכימיקל בתנאים אלה.פתיתים או גבישי מלח הנוצרים כסרט בתוך הקו הנימי כשהחלק הפנימי שלו מתייבש עלולים להיתקע או לסתום את הקו הנימי.
פילוסופיית מחסום ובכן
בעת תכנון פתרונות באר חזקים, Statoil דורשת שבטיחות הבאר תהיה במקום בכל עת במהלך מחזור החיים של הבאר.לפיכך, Statoil דורשת שיהיו שני מחסומי באר עצמאיים ללא פגע.איור 3 מציג סכימת מחסום באר לא טיפוסית, כאשר הצבע הכחול מייצג את מעטפת מחסום הבאר הראשית;במקרה זה צינור הייצור.הצבע האדום מייצג את מעטפת המחסום המשנית;המעטפת.בצד שמאל בסקיצה, ההזרקה הכימית מסומנת כקו שחור עם נקודת הזרקה לצינור הייצור באזור המסומן באדום (מחסום משני).על ידי החדרת מערכות הזרקה כימיות לתוך הבאר, הן מחסומי הקידוח הראשוני והן המשניים בסכנה.
היסטוריית מקרים על קורוזיה
רצף האירועים
הזרקה כימית לבור של מעכב אבנית הושמה לתוך שדה נפט המופעל על ידי Statoil על המדף היבשתי הנורבגי.במקרה זה מעכב האבנית שהופעל היה מוסמך במקור ליישום עליון ותת-ימי.השלמת הבאר הושלמה לאחר התקנת DHCIpointat2446mMD, איור 3.הזרקת הבור של מעכב האבנית העליונה החלה ללא בדיקה נוספת של הכימיקל.
לאחר שנה של פעילות נצפו דליפות במערכת ההזרקה הכימית והחלו חקירות.לדליפה הייתה השפעה מזיקה על מחסומי הבאר.אירועים דומים התרחשו עבור כמה בארות וחלק מהן נאלצו להיסגר בזמן שהחקירה נמשכת.
צינור הייצור נמשך ונלמד בפירוט.התקפת הקורוזיה הוגבלה לצד אחד של הצינור, וכמה מפרקי צינורות היו כל כך שחוקים עד שלמעשה היו חורים דרכם.פלדת כרום בעובי של כ-8.5 מ"מ בעובי 3% התפרקה תוך פחות מ-8 חודשים.הקורוזיה העיקרית התרחשה בחלק העליון של הבאר, מראש הבאר עד ל-380 מ' MD בקירוב, וחיבורי הצינורות הקורוזיים החמורים ביותר נמצאו בסביבות 350 מ' MD.מתחת לעומק זה נצפתה קורוזיה מועטה או לא, אך נמצאו הרבה פסולת על ה-OD של הצינורות.
גם המעטפת בגודל 9-5/8 אינץ' נחתכה ומשכה ונצפו השפעות דומות;עם קורוזיה בחלק העליון של הבאר בצד אחד בלבד.הדליפה המושרה נגרמה כתוצאה מפריצת החלק המוחלש של המעטפת.
חומר קו ההזרקה הכימי היה סגסוגת 825.
הסמכה כימית
מאפיינים כימיים ובדיקות קורוזיה הם מוקדים חשובים בהסמכה של מעכבי אבנית ומעכבי האבנית בפועל הוסמכו והשתמשו בו ביישומים עליון ותת-ימי במשך מספר שנים.הסיבה ליישום הכימיקל בפועל במורד הבור הייתה שיפור התכונות הסביבתיות על ידי החלפת הכימיקל הקיים למטה. אולם, מעכב האבנית שימש רק בטמפרטורות הסביבה וקרקעית הים (4-20℃).כאשר מוזרק לבאר, הטמפרטורה של הכימיקל יכולה להגיע עד 90 מעלות צלזיוס, אך לא בוצעו בדיקות נוספות בטמפרטורה זו.
בדיקות קורוזיביות ראשוניות בוצעו על ידי הספק הכימי והתוצאות הראו 2-4 מ"מ לשנה עבור פלדת פחמן בטמפרטורה גבוהה.במהלך שלב זה הייתה מעורבות מינימלית של הכשירות הטכנית החומרית של המפעיל.מאוחר יותר בוצעו בדיקות חדשות על ידי המפעיל שהראו כי מעכב האבנית היה מאכל מאוד עבור החומרים בצינורות הייצור ומעטפת הייצור, עם שיעורי קורוזיה העולה על 70 מ"מ לשנה.חומר קו ההזרקה הכימי Alloy 825 לא נבדק מול מעכב האבנית לפני ההזרקה.טמפרטורת הבאר עשויה להגיע ל-90℃ והיה צריך לבצע בדיקות מתאימות בתנאים אלה.
החקירה גם גילתה כי מעכב האבנית כפתרון מרוכז דיווח על pH של <3.0.עם זאת, ה-pH לא נמדד.מאוחר יותר ה-pH שנמדד הראה ערך נמוך מאוד של pH 0-1.זה ממחיש את הצורך במדידות ובשיקולים חומריים בנוסף לערכי pH נתונים.
פרשנות התוצאות
קו ההזרקה (איור 3) בנוי כדי לתת לחץ הידרוסטטי של מעכב האבנית העולה על הלחץ היטב בנקודת ההזרקה.המעכב מוזרק בלחץ גבוה יותר מזה שקיים בקידוח.זה גורם לאפקט של צינור U בסגירה של הבאר.השסתום תמיד ייפתח בלחץ גבוה יותר בקו ההזרקה מאשר בבאר.לכן עלולים להתרחש ואקום או אידוי בקו ההזרקה.קצב הקורוזיה והסיכון להיווצרות גלים הם הגדולים ביותר באזור מעבר גז/נוזל עקב אידוי הממס.ניסויי מעבדה שבוצעו על קופונים אישרו תיאוריה זו.בבארות בהן נרשמה דליפה, כל החורים בקווי ההזרקה היו ממוקמים בחלק העליון של קו ההזרקה הכימי.
איור 4 מציג צילום של קו DHC I עם קורוזיה משמעותית בבור.הקורוזיה שנראתה על צינור הייצור החיצוני הצביעה על חשיפה מקומית של מעכב אבנית מנקודת דליפת הבור.הדליפה נגרמה על ידי קורוזיה של כימיקלים קורוזיביים מאוד וזליגה דרך קו ההזרקה הכימי למעטפת הייצור.מעכב האבנית רוסס מקו הנימים המחורצים אל המעטפת והצינורות והתרחשו דליפות.לא נשקלו כל השלכות משניות של דליפות בקו ההזרקה.התקבלה מסקנה שקורוזיית המעטפת והצינורות הייתה תוצאה של מעכבי אבנית מרוכזים שהוטלו מקו הנימים המחורצים אל המעטפת והצינור, איור 5.
במקרה זה היה חוסר מעורבות של מהנדסי כישורי חומר.קורוזיביות של הכימיקל בקו DHCI לא נבדקה וההשפעות המשניות עקב דליפה לא הוערכו;כגון האם החומרים שמסביב יכולים לסבול חשיפה כימית.
היסטוריה של המקרה של מלך הנשק הכימי
רצף האירועים
האסטרטגיה למניעת אבנית עבור שדה HP HT הייתה הזרקה מתמשכת של מעכב אבנית במעלה הזרם של שסתום הבטיחות למטה.בבאר זוהה פוטנציאל קנה המידה של סידן פחמתי חמור.אחד האתגרים היה טמפרטורה גבוהה וקצב ייצור גבוה של גז וקונדנסט בשילוב עם קצב ייצור מים נמוך.החשש מהזרקת מעכב אבנית היה שהממס יוסר על ידי קצב ייצור הגז הגבוה והמלך של הכימיקל יתרחש בנקודת ההזרקה במעלה הזרם של שסתום הבטיחות בבאר, איור 1.
במהלך ההסמכה של מעכב האבנית ההתמקדות הייתה ביעילות המוצר בתנאי HP HT כולל התנהגות במערכת התהליך העליון (טמפרטורה נמוכה).משקעים של מעכב האבנית עצמו בצינור הייצור עקב קצב הגז הגבוה היו החשש העיקרי.בדיקות מעבדה הראו כי מעכב אבנית עשוי לזרז ולהיצמד לקיר הצינור.הפעלת שסתום הבטיחות עלולה אפוא לנצח את הסיכון.
הניסיון הראה כי לאחר מספר שבועות של פעולה הקו הכימי דלף.ניתן היה לנטר את לחץ הקידוח במד השטח המותקן בקו הנימים.הקו היה מבודד כדי להשיג שלמות היטב.
קו ההזרקה הכימי נשלף מהבאר, נפתח ונבדק כדי לאבחן את הבעיה ולמצוא סיבות אפשריות לכשל.כפי שניתן לראות באיור 6, נמצאה כמות משמעותית של משקעים וניתוח כימי הראה שחלק מזה היה מעכב האבנית.המשקעים אותרו באטם ולא ניתן היה להפעיל את הקפיץ והשסתום.
כשל השסתומים נגרם על ידי פסולת בתוך מערכת השסתומים שמונעת משסתומי הסימון לאכול את מושב המתכת למתכת.הפסולת נבדקה והוכח שהחלקיקים העיקריים הם שבבי מתכת, שיוצרו כנראה במהלך תהליך ההתקנה של הקו הנימי.בנוסף, זוהתה חלק מהפסולת הלבנה בשני שסתומי הסימון, במיוחד בצד האחורי של השסתומים.זהו צד הלחץ הנמוך, כלומר הצד תמיד יהיה במגע עם נוזלי הקידוח.בתחילה, האמינו כי מדובר בפסולת מקידוח הייצור מכיוון שהשסתומים נתקעו פתוחים ונחשפו לנוזלי קידוח.אבל בדיקה שהפסולת התבררה כפולימרים בעלי כימיה דומה לכימיקל המשמש כמעכב אבנית.זה תפס את העניין שלנו וסטטואיל רצתה לחקור את הסיבות מאחורי פסולת פולימר אלו הנמצאת בקו הנימים.
הסמכה כימית
בתחום HP HT ישנם אתגרים רבים ביחס לבחירת כימיקלים מתאימים כדי להפחית את בעיות הייצור השונות.בהסמכה של מעכב האבנית להזרקה רציפה לבור, בוצעו הבדיקות הבאות:
● יציבות המוצר
● הזדקנות תרמית
● מבחני ביצועים דינמיים
● תאימות עם מי היווצרות ומעכבי לחות (MEG)
● מבחן מלך רובים סטטי ודינמי
● מי מידע לפירוק מחדש, כימיקלים טריים ו-MEG
הכימיקל יוזרק בשיעור מינון שנקבע מראש,אבל ייצור המים לא בהכרח יהיה קבוע,כלומר דליפת מים.בין שבלול המים,כאשר החומר הכימי חודר לקידוח,יפגוש אותו חם,זרם מהיר של גז פחמימנים.זה דומה להזרקת מעכב אבנית ביישום להרמת גז (Fleming etal.2003) .יחד עם
טמפרטורת הגז הגבוהה,הסיכון של הפשטת הממס הוא גבוה ביותר ו-gun king עלול לגרום לחסימה של שסתום ההזרקה.זהו סיכון אפילו עבור כימיקלים שנוסחו עם ממסים עם נקודת רתיחה גבוהה/לחץ אדים נמוך וחומרי לחץ אדים אחרים (VPD's). במקרה של חסימה חלקית,זרימת מי היווצרות,MEG ו/או כימיקלים טריים חייבים להיות מסוגלים להסיר או להמיס מחדש את הכימיקלים שהתייבשו או התרוקן.
במקרה זה תוכננה אסדת בדיקה מעבדתית חדשה לשכפל תנאי זרימה ליד יציאות ההזרקה במערכת ייצור HP/HTg.התוצאות מבדיקות ה-gun king הדינמיות מראות כי בתנאי היישום המוצעים נרשם אובדן ממס משמעותי.זה עלול להוביל להמלכת רובה מהירה ולחסימה בסופו של דבר של קווי הזרימה.לפיכך, העבודה הוכיחה כי קיים סיכון משמעותי יחסית להזרקת כימיקלים מתמשכת בבארות אלו לפני הפקת המים והובילה להחלטה להתאים את הליכי ההפעלה הרגילים לתחום זה, תוך דחיית הזרקת כימיקלים עד לגילוי פריצת מים.
ההסמכה של מעכב אבנית להזרקה רציפה לבור התמקדה בהסרת ממסים ובמלך האקדח של מעכב האבנית בנקודת ההזרקה ובקו הזרימה, אך לא הוערך הפוטנציאל למלכודת האקדח בשסתום ההזרקה עצמו.שסתום ההזרקה כנראה נכשל עקב אובדן ממס משמעותי ומלך אקדח מהיר,איור 6. התוצאות מראות שחשוב שתהיה ראייה הוליסטית של המערכת;לא רק להתמקד באתגרי הייצור,אלא גם אתגרים הקשורים להזרקת הכימיקל,כלומר שסתום הזרקה.
ניסיון מתחומים נוספים
אחד הדיווחים המוקדמים על בעיות בקווי הזרקה כימיקלים למרחקים ארוכים היה משדות הלוויין Gull fak sandVig dis (Osa etal.2001). קווי ההזרקה התת-ימי נחסמו מפני היווצרות הידרט בתוך הקו עקב פלישת גז מהנוזלים שהופקו. לתוך הקו דרך שסתום ההזרקה.פותחו קווים מנחים חדשים לפיתוח כימיקלים לייצור תת-מימיים.הדרישות כללו הסרת חלקיקים (סינון) והוספת מעכבי הידרט (למשל גליקול) לכל מעכבי האבנית המבוססים על מים שיוזרקו בתבניות התת-ימיות.יציבות כימית,גם צמיגות ותאימות (נוזל וחומרים) נשקלו.דרישות אלו נלקחו עוד יותר לתוך מערכת Statoil וכוללות הזרקה כימית לעומק הבור.
במהלך שלב הפיתוח של Oseberg S או שדה הוחלט כי יש להשלים את כל הבארות עם מערכות DHC I (Fleming etal.2006). המטרה הייתה למנוע CaCO；קנה המידה בצינור העליון על ידי הזרקת SI.אחד האתגרים העיקריים ביחס לקווי ההזרקה הכימיים היה השגת תקשורת בין פני השטח לשקע הבור.הקוטר הפנימי של קו ההזרקה הכימי הצטמצם מ-7 מ"מ ל-0.7 מ"מ (ID) סביב שסתום הבטיחות הטבעתי עקב מגבלות מקום ויכולת הובלת הנוזל דרך קטע זה השפיעו על שיעור ההצלחה.לכמה בארות פלטפורמה היו קווי הזרקה כימיים שהיו סתומים,אך הסיבה לא הובנה.רכבות של נוזלים שונים (גליקול,גס,מעובה,קסילן,מעכב אבנית,מים וכו') נבדקו במעבדה לגבי צמיגות ותאימות ונשאבו קדימה ובזרימה הפוכה כדי לפתוח את הקווים;למרות זאת,לא ניתן היה לשאוב את מעכב אבנית המטרה עד לשסתום ההזרקה הכימי.נוסף,נראו סיבוכים עם משקעים של מעכב אבנית הפוספונאטים יחד עם מלח שיורית השלמה של CaCl z בבאר אחת ומלך האקדח של מעכב האבנית בתוך באר עם יחס בנזין גבוה וחיתוך מים נמוך (Fleming etal.2006)
לקחים
פיתוח שיטות בדיקה
הלקחים העיקריים שנלמדו מהכשל של מערכות DHC I היו ביחס ליעילות הטכנית של מעכב האבנית ולא ביחס לפונקציונליות והזרקת כימיקלים.הזרקת עליון והזרקה תת-ימית תפקדו היטב שעות נוספות;למרות זאת,היישום הורחב להזרקה כימית למטה ללא עדכון מקביל של שיטות ההסמכה הכימית.הניסיון של Statoil משני מקרי השטח שהוצגו הוא שיש לעדכן את התיעוד המנהל או ההנחיות להסמכה כימית כדי לכלול סוג זה של יישום כימי.שני האתגרים העיקריים זוהו כ-i) ואקום בקו ההזרקה הכימי ו-ii) משקעים פוטנציאליים של הכימיקל.
אידוי של הכימיקל עלול להתרחש על צינור הייצור (כפי שניתן לראות במקרה של האקדח קינג) ובצינור ההזרקה (זוהה ממשק חולף במקרה של הוואקום) קיים סיכון שהמשקעים הללו יוזזו עם הזרימה והזרימה. לתוך שסתום ההזרקה ובהמשך לתוך הבאר.שסתום ההזרקה מתוכנן לעתים קרובות עם מסנן במעלה הזרם של נקודת ההזרקה,זהו אתגר,כמו במקרה של משקעים המסנן הזה עלול להיות סתום וגורם לכשל של השסתום.
התצפיות והמסקנות המקדימות מהלקחים הביאו למחקר מעבדתי נרחב על התופעות.המטרה הכוללת הייתה לפתח שיטות הסמכה חדשות כדי למנוע בעיות דומות בעתיד.במחקר זה בוצעו בדיקות שונות ועוצבו (פותחו במטרה) מספר שיטות מעבדה לבחינת כימיקלים ביחס לאתגרים שזוהו.
● סתימות מסנן ויציבות המוצר במערכות סגורות.
● ההשפעה של אובדן ממס חלקי על קורוזיביות הכימיקלים.
● ההשפעה של אובדן ממס חלקי בתוך נימי על היווצרות מוצקים או פקקים צמיגים.
במהלך הבדיקות של שיטות המעבדה זוהו מספר בעיות פוטנציאליות
● חסימות מסנן חוזרות ויציבות לקויה.
● היווצרות מוצקים בעקבות אידוי חלקי מנימה
● שינויים ב-PH עקב אובדן ממסים.
אופי הבדיקות שנערכו סיפק גם מידע וידע נוספים הנוגעים לשינויים בתכונות הפיזיקליות של כימיקלים בתוך נימים כשהם נתונים לתנאים מסוימים,וכיצד זה שונה מפתרונות בתפזורת הכפופים לתנאים דומים.עבודת הבדיקה זיהתה גם הבדלים ניכרים בין הנוזל בתפזורת,שלבי אדים ונוזלים שיוריים שיכולים להוביל לפוטנציאל מוגבר של משקעים ו/או למוגברת קורוזיביות.
הליך הבדיקה לקורוזיביות של מעכבי האבנית פותח ונכלל בתיעוד השולט.עבור כל יישום היה צורך לבצע בדיקות קורוזיביות מורחבות לפני שניתן ליישם הזרקת מעכב אבנית.כמו כן בוצעו בדיקות Gun king של הכימיקל בקו ההזרקה.
לפני תחילת ההסמכה של כימיקל חשוב ליצור היקף עבודה המתאר את האתגרים ואת מטרת הכימיקל.בשלב הראשוני חשוב לזהות את האתגרים העיקריים כדי להיות מסוגלים לבחור את סוגי הכימיקלים שיפתרו את הבעיה.סיכום של קריטריוני הקבלה החשובים ביותר ניתן למצוא בטבלה 2.
הסמכה של כימיקלים
הסמכה של כימיקלים מורכבת מבדיקות והערכות תיאורטיות עבור כל יישום.יש להגדיר ולקבוע מפרט טכני וקריטריוני בדיקה,למשל בתוך HSE,תאימות חומרים,יציבות המוצר ואיכות המוצר (חלקיקים).נוסף,נקודת הקיפאון,צמיגות ותאימות עם כימיקלים אחרים,מעכב לחות,יש לקבוע את מי היווצרות ואת הנוזל המופק.רשימה מופשטת של שיטות בדיקה שעשויות להשתמש בהסמכה של כימיקלים מובאת בטבלה 2.
התמקדות מתמשכת ביעילות הטכנית ובקרה עליהן,שיעורי המינון ועובדות HSE חשובים.הדרישות של מוצר יכולות לשנות תחום או מפעל תהליך חיים；להשתנות עם שיעורי הייצור כמו גם הרכב הנוזל.פעילות מעקב עם הערכת ביצועים,יש לבצע אופטימיזציה ו/או בדיקה של כימיקלים חדשים לעתים קרובות כדי להבטיח את תוכנית הטיפול האופטימלית.
תלוי באיכות השמן,הפקת מים ואתגרים טכניים במפעל הייצור הימי,השימוש בכימיקלים לייצור אולי נחוץ כדי להשיג איכות יצוא,דרישות רגולטוריות,ולהפעיל את המתקן הימי בצורה בטוחה.לכל התחומים יש אתגרים שונים, וכימיקלים הייצור הדרושים ישתנו מתחום לתחום ומשעות נוספות.
חשוב להתמקד ביעילות טכנית של כימיקלים לייצור בתוכנית הסמכה,אבל חשוב מאוד גם להתמקד בתכונות הכימיקל,כגון יציבות,איכות המוצר ותאימות.תאימות בהגדרה זו פירושה תאימות עם הנוזלים,חומרים וכימיקלים אחרים לייצור.זה יכול להיות אתגר.לא רצוי להשתמש בחומר כימי כדי לפתור בעיה כדי לגלות מאוחר יותר שהכימיקל תורם או יוצר אתגרים חדשים.אולי תכונות הכימיקל ולא האתגר הטכני הוא האתגר הגדול ביותר.
דרישות מיוחדות
יש להחיל דרישות מיוחדות על סינון של מוצרים שסופקו עבור המערכת התת-ימית ועבור הזרקה רציפה למטה.יש לספק מסננות ומסננים במערכת ההזרקה הכימית בהתבסס על המפרט על הציוד במורד הזרם ממערכת ההזרקה העליונה,משאבות ושסתומי הזרקה,אל שסתומי ההזרקה למטה.כאשר מיושמת הזרקה רציפה של כימיקלים למטה, המפרט במערכת ההזרקה הכימית צריך להיות מבוסס על המפרט בעל הקריטיות הגבוהה ביותר.זה אולי המסנן בשסתום ההזרקה למטה.
אתגרי הזרקה
מערכת ההזרקה עשויה לרמוז על מרחק של 3-50 ק"מ של קו זרימה תת-מימי טבורי ו-1-3 ק"מ למטה לתוך הבאר.תכונות פיזיקליות כמו צמיגות ויכולת לשאוב את הכימיקלים חשובות.אם הצמיגות בטמפרטורת קרקעית הים גבוהה מדי, זה יכול להיות אתגר לשאוב את הכימיקל דרך קו ההזרקה הכימי בטבור התת-ימי ועד לנקודת ההזרקה התת-ימית או בבאר.הצמיגות צריכה להיות בהתאם למפרט המערכת בטמפרטורת האחסון או הפעולה הצפויה.יש להעריך זאת בכל מקרה ומקרה,ויהיה תלוי מערכת.כמו קצב הזרקת כימיקלים שולחן הוא גורם להצלחה בהזרקה כימית.כדי למזער את הסיכון של סתימת קו ההזרקה הכימי,הכימיקלים במערכת זו צריכים להיות מעוכבי הידרט (אם יש פוטנציאל לחות).יש לבצע תאימות לנוזלים הקיימים במערכת (נוזל שימור) ולמעכב ההידרט.בדיקות יציבות של הכימיקל בטמפרטורות בפועל (טמפרטורת הסביבה הנמוכה ביותר האפשרית,טמפרטורת הסביבה,טמפרטורת תת-ים,טמפרטורת הזרקה) יש לעבור.
יש לשקול גם תוכנית לשטיפת קווי הזרקת כימיקלים בתדירות נתונה.זה עשוי לתת אפקט מונע לשטוף באופן קבוע את קו ההזרקה הכימי בממס,גליקול או כימיקל ניקוי כדי להסיר משקעים אפשריים לפני שהוא נצבר ועלולים לגרום לסתימה של הקו.הפתרון הכימי הנבחר של נוזל השטיפה חייב להיותתואם את הכימיקל בקו ההזרקה.
במקרים מסוימים, קו ההזרקה הכימי משמש למספר יישומים כימיים המבוססים על אתגרים שונים לאורך חיי השדה ותנאי נוזלים.בשלב הייצור הראשוני לפני פריצת דרך המים, האתגרים העיקריים יכולים להיות שונים מאלה בסוף החיים הקשורים לרוב לייצור מים מוגבר.שינוי מעכב על בסיס ממסים שאינם מימיים כגון מעכב אספלט לכימיקל מבוסס מים כגון מעכב אבנית יכול לתת אתגרים עם תאימות.לכן חשוב להתמקד בתאימות ובכשירות ובשימושים של מרווחים כאשר מתוכנן להחליף כימיקלים בקו ההזרקה הכימיקלים.
חומרים
לגבי תאימות חומרים,כל הכימיקלים צריכים להיות תואמים לאטמים,אלסטומרים,אטמים וחומרי בנייה המשמשים במערכת ההזרקה הכימית ובמפעל הייצור.יש לפתח נוהל בדיקה של קורוזיביות של כימיקלים (למשל מעכב אבנית חומצי) להזרקה רציפה לבור.עבור כל יישום יש לבצע בדיקות קורוזיביות מורחבות לפני שניתן ליישם הזרקת כימיקלים.
דִיוּן
יש להעריך את היתרונות והחסרונות של הזרקה כימית מתמשכת למטה.הזרקה רציפה של מעכב אבנית כדי להגן על DHS Vor צינורות הייצור היא שיטה אלגנטית להגנה על הבאר מפני אבנית.כפי שהוזכר במאמר זה ישנם מספר אתגרים עם הזרקה כימית מתמשכת למטה,אולם כדי להפחית את הסיכון חשוב להבין את התופעות הקשורות לפתרון.
אחת הדרכים להפחית את הסיכון היא להתמקד בפיתוח שיטות בדיקה.בהשוואה להזרקת כימיקלים עליון או תת-מימי ישנם תנאים שונים וחמורים יותר למטה בבאר.הליך ההסמכה של כימיקלים להזרקה רציפה של כימיקלים לבור צריך לקחת בחשבון שינויים אלה בתנאים.ההסמכה של הכימיקלים חייבת להיעשות בהתאם לחומר שהכימיקלים עלולים לבוא איתו במגע.יש לעדכן וליישם את הדרישות לכשירות תאימות ולבדיקות בתנאים המשכפלים קרוב ככל האפשר את תנאי מחזור חיי הבאר השונים.יש לפתח את פיתוח שיטת הבדיקה לבדיקות מציאותיות ומייצגות יותר.
בנוסף,האינטראקציה בין הכימיקלים לציוד חיונית להצלחה.פיתוח השסתומים הכימיים בהזרקה צריך לקחת בחשבון את התכונות הכימיות ואת המיקום של שסתום ההזרקה בבאר.יש לשקול לכלול שסתומי הזרקה אמיתיים כחלק מציוד הבדיקה ולבצע בדיקות ביצועים של מעכב האבנית ותכנון השסתומים כחלק מתוכנית ההסמכה.כדי להכשיר מעכבי אבנית,ההתמקדות העיקרית הייתה קודם לכן באתגרי התהליך ועיכוב קנה המידה,אבל עיכוב אבנית טוב תלוי בהזרקה יציבה ורציפה.ללא הזרקה יציבה ורציפה פוטנציאל האבנית יגדל.אם שסתום הזרקת מעכב האבנית סדוק ואין הזרקת מעכב אבנית לזרם הנוזל,הבאר ושסתומי הבטיחות אינם מוגנים מאבנית ולכן ייצור בטוח עלול להסתכן.הליך ההסמכה צריך לדאוג לאתגרים הקשורים בהזרקת מעכב האבנית בנוסף לאתגרי התהליך וליעילותו של מעכב האבנית המוסמך.
הגישה החדשה כוללת מספר דיסציפלינות ויש להבהיר שיתוף פעולה בין הדיסציפלינות והאחריות המתאימות.ביישום זה מערכת התהליך העליון,תבניות תת-ים ועיצוב והשלמות בארים מעורבים.רשתות רב-תחומיות המתמקדות בפיתוח פתרונות חזקים למערכות הזרקה כימיות הן חשובות ואולי הדרך להצלחה.תקשורת בין הדיסציפלינות השונות היא קריטית;חשובה במיוחד תקשורת הדוקה בין הכימאים שיש להם שליטה על הכימיקלים המיושמים לבין מהנדסי הבאר שיש להם שליטה על הציוד המשמש בבאר.הבנת האתגרים של הדיסציפלינות השונות וללמוד אחד מהשני חיוני להבין את מורכבות התהליך כולו.
סיכום
● הזרקה רציפה של מעכב אבנית כדי להגן על ה-DHS Vor צינורות הייצור היא שיטה אלגנטית להגנה על הבאר עבור אבנית
● כדי לפתור את האתגרים שזוהו,ההמלצות הבאות הן:
● יש לבצע הליך הסמכה ייעודי ל-DHCI.
● שיטת הסמכה לשסתומי הזרקה כימיים
● שיטות בדיקה והסמכה לפונקציונליות כימית
● פיתוח שיטה
● בדיקות חומר רלוונטיות
● האינטראקציה הרב-תחומית שבה התקשורת בין הדיסציפלינות השונות המעורבות חיונית להצלחה.
תודות
המחבר מבקש להודות ל-Statoil AS A על הרשות לפרסם עבודה זו ול-Baker Hughes ושלumberger על כך שהתירו את השימוש בתמונה באיור 2.
מִנוּחַ
(Ba/Sr)SO4=בריום/סטרונציום סולפט
CaCO3=סידן פחמתי
DHCI=הזרקה כימית למטה
DHSV=שסתום בטיחות למטה
למשל=לדוגמה
GOR=יחס גז
HSE=סביבה בטיחות בריאותית
HPHT=לחץ גבוה טמפרטורה גבוהה
ID=קוטר פנימי
כלומר=כלומר
ק"מ=קילומטרים
מ"מ=מילימטר
MEG=מונו אתילן גליקול
mMD=מטר עומק נמדד
OD=קוטר חיצוני
SI=מעכב קנה מידה
mTV D=מטר עומק אנכי כולל
U-tube=צינור בצורת U
VPD=מדכא לחץ אדים
איור 1. סקירה כללית של מערכות הזרקה כימיות תת-ימיות ובתוך-בור בתחום הלא טיפוסי.שרטוט של הזרקת כימיקלים במעלה הזרם DHSV והאתגרים הצפויים הקשורים.DHS V = שסתום בטיחות למטה, PWV = שסתום כנף תהליך ו-PM V = שסתום ראשי תהליך.
איור 2. שרטוט של מערכת הזרקה כימית לא טיפוסית למטה עם המדרל והשסתום.המערכת מחוברת לסעפת פני השטח, מוזנת דרכה ומחוברת למתלה הצינורות בצד הטבעתי של הצינור.ציר ההזרקה הכימי ממוקם באופן מסורתי עמוק בבאר מתוך כוונה לתת הגנה כימית.
איור 3. סכמטי מחסום באר טיפוסי,כאשר הצבע הכחול מייצג את מעטפת מחסום הבאר הראשית;במקרה זה צינור הייצור.הצבע האדום מייצג את מעטפת המחסום המשנית;המעטפת.בצד שמאל מצוין ההזרקה הכימית, קו שחור עם נקודת הזרקה לצינור הייצור באזור המסומן באדום (מחסום משני).
איור 4. חור מחורר נמצא בחלק העליון של קו ההזרקה בגודל 3/8 אינץ'.השטח מוצג בשרטוט של סכמטי מחסום באר לא טיפוסי, מסומן באליפסה כתומה.
איור 5. התקפת קורוזיה חמורה על צינורות כרום 7 אינץ' 3%.האיור מציג את התקפת הקורוזיה לאחר ריסוס מעכב אבנית מקו ההזרקה הכימית המחוררת אל צינור הייצור.
איור 6. פסולת שנמצאה בשסתום ההזרקה הכימית.הפסולת במקרה זה הייתה שברי מתכת כנראה מתהליך ההתקנה בנוסף לפסולת לבנבנה.בדיקה של הפסולת הלבנה הוכיחה שהם פולימרים בעלי כימיה דומה לכימיקל המוזרק
זמן פרסום: 27 באפריל 2022