李發(fā)根，石 鑫，羊東明，丁 楠

(1.中國石油集團(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)安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西 西安 710077；2.中國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題[7]，某油田近四年來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際上還沒有先例，當(dāng)前國內(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有涉及[10～11]，對(duì)其可行性也沒有分析研究。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，該過程一般與油氣生產(chǎn)過程同步，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」艿赖姆栏瘑栴}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 萬元，其中減少值班人數(shù)每年節(jié)約勞務(wù)費(fèi)資金160 萬元，減少鹽水倒運(yùn)量費(fèi)用49.42 萬元，減少搶修維護(hù)次數(shù)費(fèi)用25.6 萬元。

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。