二氧化碳集氣工藝優(yōu)化探討

王興權(quán) 大慶油田二氧化碳驅(qū)項目經(jīng)理部

二氧化碳集氣工藝優(yōu)化探討

王興權(quán) 大慶油田二氧化碳驅(qū)項目經(jīng)理部

大慶油田已經(jīng)在多個區(qū)塊開展了CO2驅(qū)油試驗，先后投產(chǎn)了部分氣源井、集氣站、液化站和集氣管道，以氣源井供氣、集氣站處理、液化站制冷液化為主的CO2驅(qū)油工業(yè)化試驗的工藝體系基本成型，但在CO2集氣生產(chǎn)過程中，卻發(fā)現(xiàn)設備腐蝕、凍堵管線、井口排液困難等情況，導致集氣系統(tǒng)無法正常運行，因此開展了集氣工藝的研究。

二氧化碳；集氣工藝；優(yōu)化

大慶油田已經(jīng)在多個區(qū)塊開展了二氧化碳（CO2）驅(qū)油試驗，先后投產(chǎn)了部分氣源井、集氣站、液化站和集氣管道，以氣源井供氣、集氣站處理、液化站制冷液化為主的CO2驅(qū)油工業(yè)化試驗的工藝體系基本成型，但在CO2集氣生產(chǎn)過程中，卻發(fā)現(xiàn)設備腐蝕、凍堵管線、井口排液困難等情況，導致集氣系統(tǒng)無法正常運行，因此開展了集氣工藝的研究。

1 集氣工藝

從2003年開始，為了解決二氧化碳驅(qū)油試驗氣源供給問題，大慶油田先后投產(chǎn)了多口CO2氣源井、多個集氣站和液化站，建成了3種主要集氣工藝：①井口節(jié)流加熱工藝，見圖1；②站內(nèi)加熱節(jié)流工藝，見圖2；③保溫集氣工藝，流程為集氣站或凈化廠?液化站。

圖1 井口節(jié)流加熱工藝

圖2 站內(nèi)加熱節(jié)流工藝

在集氣過程中，3種工藝不同程度存在腐蝕、集氣管線凍堵和排液勞動強度大等問題，影響氣體外輸量，嚴重時導致關井或停站。各井站集氣工藝見表1。

表1 各井站集氣工藝

2 工藝存在的問題

2.1 集氣工藝管道凍堵

單井集氣支線凍堵主要原因是采出CO2中含有水、烴、殘余壓井液等雜質(zhì)，隨CO2氣體進入管道，由于CO2集氣過程中發(fā)生相變吸熱降溫，導致發(fā)生凍堵[1]。昌德氣田芳深9—1井壓裂后，由于完井過程中壓井液返排率低，后期生產(chǎn)過程中，壓井液堵塞輸氣管道導致無法開井。

集氣干線凍堵主要是受集氣站工藝設備能力的限制，外輸氣態(tài)CO2中存在一定量的飽和水和烴類氣體，隨著長輸管線內(nèi)CO2介質(zhì)的壓降和溫降，將析出一定量的飽和水，形成結(jié)晶狀的水合物，輸氣管道縮徑最終造成減輸或停輸。芳深9集氣站到芳48液化站的集氣干線冬季運行經(jīng)常發(fā)生凍堵，該管道長18.7 km，集氣站外輸口的壓力約為4.8 MPa，溫度為20℃，露點為-56℃以下。而在芳48液化站末端口的壓力為3.2 MPa，溫度為5℃，在整條集氣管道中，存在水合物析出的堵塞點（該點溫度約為9℃，壓力約為3.6 MPa），如圖3所示，導致凍堵情況經(jīng)常發(fā)生。

圖3CO2與甲烷的混合氣體水合物形成曲線

2.2 管線和設備CO2腐蝕

CO2腐蝕為電化學腐蝕，在陰極和陽極處表現(xiàn)不同，在陽極處鐵不斷溶解導致了均勻腐蝕或局部腐蝕，表現(xiàn)為金屬設施壁厚逐漸變薄或點蝕穿孔等局部腐蝕破壞；在陰極處二氧化碳溶解于水中形成碳酸，釋放出氫離子，促進陽極鐵溶解而導致腐蝕，同時氫原子進入鋼中，導致金屬構(gòu)件的開裂。CO2腐蝕主要受CO2分壓、溫度、pH值、流速、腐蝕產(chǎn)物膜等環(huán)境因素影響[2]。

目前CO2集氣單井管線采用的材質(zhì)為316L，集氣干線采用的材質(zhì)為普通碳鋼，集氣設備如電加熱器、鍋爐盤管采用的材質(zhì)大多為316L，具有較強的抗腐蝕能力，但由于部分工藝設備處于高濃度Clˉ和H2S的地層水的侵蝕環(huán)境中，腐蝕程度將大大增強，蘇6—2井口電加熱盤管在高溫底水的作用下，造成不到半年設備報廢。

2.3 氣源井排液工藝不合理

海拉爾的氣源井采用井口節(jié)流降壓加熱輸送的集氣工藝，存在兩方面問題：一是集氣工藝分散，每個井口都需要單獨架設分離器和電加熱器，管理的點多面廣；二是工藝操作的工作量大，井口排污罐容積僅為2 m3，分離出的底水需要定時排出、定期拉走，導致員工在井口操作頻度大，尤其冬季處于半停產(chǎn)狀態(tài)。

3 工藝優(yōu)化的思路和建議

3.1 輸氣工藝防凍堵的思路

一是優(yōu)化外輸管道的設計，綜合考慮凍堵的各種影響因素，對于長距離輸氣管道，可以考慮增設管道加熱點，提高輸氣過程溫度，避開水合物生成點；二是優(yōu)選高效脫水工藝，尤其要提高分子篩的效率，降低外輸氣的露點，減少CO2含水量；三是摸索水合物抑制劑的加注規(guī)律，降低水合物生成的溫度，防止凍堵的發(fā)生。研究表明，甲醇抑制水合物的效果要優(yōu)于乙二醇，且成本較低。

3.2 緩蝕劑與選材相結(jié)合的防腐的思路

一是采用固定式緩蝕劑加注工藝和臨時移動式加藥裝置相結(jié)合的綜合防腐措施，有效減緩腐蝕；二是優(yōu)選管道和容器的內(nèi)襯材質(zhì)，選用防腐效果好、價格低的耐腐蝕合金鋼襯里、環(huán)氧樹脂內(nèi)涂層的管材，增加抗腐蝕性能。各種防腐方式優(yōu)缺點見表2。

表2 各種防腐方式優(yōu)缺點

3.3 優(yōu)化采氣工藝流程的思路

對于CO2生產(chǎn)井較少的氣源開發(fā)區(qū)塊，可采取井口節(jié)流加熱分離工藝；對于開發(fā)井較多的區(qū)塊，適合采取站內(nèi)集中加熱節(jié)流分離工藝。一是改變目前海拉爾的集氣工藝，井口節(jié)流加熱分離工藝改為站內(nèi)加熱節(jié)流分離工藝，井口和集氣干線鋪設電熱帶伴熱，統(tǒng)一輸送到液化站進行分離和液化，操作管理方便；二是對井口集氣工藝進行優(yōu)化，對于目前海拉爾集氣工藝進行改造，擴大井口分離罐的容積，同時增加液位遠傳、自動排污遠傳控制，員工在液化站內(nèi)就能進行排液操作，降低員工勞動強度。

目前，CO2驅(qū)油處于現(xiàn)場試驗階段，CO2集氣工藝種類較多，沒有完全固化，隨著大慶外圍油田工業(yè)化驅(qū)油的推廣，CO2的需求量逐年增長，應該規(guī)劃在大慶內(nèi)部建設穩(wěn)定、充足的氣源供應點，形成CO2統(tǒng)一集輸管網(wǎng)，滿足工業(yè)化驅(qū)油的需求。

[1]Teng H，Masutani S M，et al．Solubility of CO2in the Ocean and ItsEffectonCO2Dissolution[J]．EnergyConversionandManagement，1996，37（6-8）：1 029-1 038．

[2]周琦，王建剛，周毅．二氧化碳的腐蝕規(guī)律及研究進展[J]．甘肅科學學報，2005，17（1）：37-40.

（欄目主持張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.5.014