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        高壓注水管線可靠性評(píng)估方法應(yīng)用

        2021-03-20 13:32:24李海榮閆琦于立松中國(guó)石油中東公司
        石油石化節(jié)能 2021年3期
        關(guān)鍵詞:排序效益生產(chǎn)

        李海榮 閆琦 于立松(中國(guó)石油中東公司)

        油田開發(fā)到一定階段后,需要進(jìn)行注水保持地層能量,通過注水泵和注水管線將處理后的地表水或者生產(chǎn)水回注地下。注水管線運(yùn)行一段時(shí)間后,由于輸送介質(zhì)和鋪設(shè)環(huán)境的影響,沖蝕和內(nèi)外腐蝕的共同作用[1],導(dǎo)致壁厚減薄,產(chǎn)生泄漏。高壓注水管線由于輸送壓力高,甚至?xí)l(fā)生管線爆裂,造成生產(chǎn)注水量的損失。

        1 概述

        伊拉克某油田目前共有注水井153 口,其中正常注水生產(chǎn)的井僅占63%,而因管線泄漏導(dǎo)致無法生產(chǎn)的井約占11%。注水管線均為埋地敷設(shè),沒有陰極保護(hù),只有外防腐層。目前新建管線為1 500磅級(jí) (25 MPa),API-5L 碳鋼,GR.X60, SCH160(壁厚18.26 mm,3 mm腐蝕余量)。埋地管線由于無法準(zhǔn)確檢測(cè)壁厚,很難預(yù)測(cè)管線的使用情況,無法確定是否已經(jīng)到了使用年限,是否需要進(jìn)行更換。油田早期還有部分管線采用900 磅級(jí)(15 MPa)管線,部分管線建設(shè)時(shí)間在1979 年前后,運(yùn)行時(shí)間將近40年。

        由于整個(gè)油田注水井多,管線數(shù)量大,隨著注水開采的深入,管線泄漏導(dǎo)致的注水井停注損失越來越高,有些井在2019年1年就維修了4次。管線泄漏后需要截?cái)嘈孤┨幑芫€前后各2 m延長(zhǎng)線的管線,重新焊接新管段。從發(fā)現(xiàn)管線泄漏到開挖,維修后焊接探傷、試壓到恢復(fù)注水,需要至少2 周。如果管線泄漏位置在水渠和鐵路附近,開挖維修的時(shí)間則需要4周,對(duì)注水生產(chǎn)任務(wù)的完成造成很大影響。

        因此,生產(chǎn)部要求提高管道的完整性管理水平[2],減少停注時(shí)間,建立一套簡(jiǎn)單實(shí)用的評(píng)估方法,對(duì)泄漏嚴(yán)重的管線進(jìn)行綜合評(píng)估。根據(jù)評(píng)估結(jié)果,逐年對(duì)舊管線進(jìn)行更新,滿足注水生產(chǎn)的需要。

        2 油田注水管線腐蝕泄漏現(xiàn)狀

        注水管線破壞的原因較為復(fù)雜,水中的雜質(zhì)、氫離子和氫氧根離子腐蝕管壁;磨損腐蝕造成管底部磨損嚴(yán)重,變薄甚至開裂[3];由于埋地管道所處的地質(zhì)環(huán)境影響,不同電位差造成電化學(xué)腐蝕,或者周圍的放電源對(duì)管道產(chǎn)生局部腐蝕,都可能是管線泄漏的原因[4]。

        油田2014 年以來的管線泄漏維修均有記錄,到2019 年累計(jì)6 年,共149 次與注水管線有關(guān)的泄漏。管線泄漏次數(shù)統(tǒng)計(jì)如圖1 所示。由圖1 可知,在運(yùn)行10年的管線中,有40%至少泄漏1次;在運(yùn)行35年以上的管線中,有55%至少泄漏1次。

        運(yùn)行5 年內(nèi)的管線泄漏次數(shù)在1 到2 次左右。根據(jù)記錄,大部分是地面管線安裝的閥門、法蘭和取樣閥的泄漏,基本是由于安裝和材料質(zhì)量問題導(dǎo)致的;而運(yùn)行35 年以上管線出現(xiàn)的多是埋地管線的泄漏。

        圖1 管線泄漏次數(shù)統(tǒng)計(jì)

        3 注水管線可靠性評(píng)估方法

        隨著可靠性工程學(xué)的廣泛應(yīng)用,對(duì)于含缺陷壓力管道的可靠性評(píng)定目前也日益受到人們的重視[5],管道完整性管理也逐漸成為生產(chǎn)管理的重要環(huán)節(jié)。對(duì)于埋地管道可靠性研究的相關(guān)文獻(xiàn)主要集中在以可靠性為基礎(chǔ)的焊接接頭檢測(cè)和維修方面研究[6],多為基于概率論來進(jìn)行安全評(píng)估[7],也有根據(jù)在線檢測(cè)數(shù)據(jù)、腐蝕增長(zhǎng)模型和缺陷嚴(yán)重度預(yù)測(cè)的模型[8]。而這些方法往往包括函數(shù)和概率計(jì)算等,對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)來說,都過于復(fù)雜,可執(zhí)行性比較差。需要采取更加簡(jiǎn)單、直觀、方便操作的方法進(jìn)行評(píng)估。

        根據(jù)油田注水生產(chǎn)管線更換的要求,采用兩種對(duì)于注水管線泄漏的評(píng)估方法,作為是否更換舊管線的依據(jù)。

        3.1 損失評(píng)估法

        油田2018 年以前采用定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法,該方法為管道完整性管理的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過定量描述管線泄漏發(fā)生的可能性和后果,計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)水平,分析風(fēng)險(xiǎn)的可接受性[9]。對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)的管線及時(shí)更換新管線,以減少維護(hù)費(fèi)用和停注風(fēng)險(xiǎn)。

        式中:V為管線泄漏風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值;P為管線泄漏可能性;C為管線泄漏對(duì)注水量影響后果。

        管線泄漏可能性見表1。根據(jù)泄漏總次數(shù)(包括地面部分管線和管件)給予評(píng)分。管線泄漏對(duì)注水量影響后果見表2。管線風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值及判別標(biāo)準(zhǔn)見表3。

        這種方法是按照常規(guī)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法,用泄漏可能性和后果量化值來進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估。但泄漏次數(shù),它采用的是全部地上部分和埋地管線的總泄漏次數(shù),對(duì)于是否更換地下管線來說,缺乏準(zhǔn)確性。另外,注水量的高低并不意味著油藏獲得最大產(chǎn)出,注水生產(chǎn)重要的是要注到需要的地方,而不只是關(guān)注注水量。

        表1 管線泄漏可能性

        表2 管線泄漏對(duì)注水量影響后果

        表3 管線泄漏風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值

        計(jì)算實(shí)例:損失評(píng)估法對(duì)4 號(hào)站M-13 井評(píng)估結(jié)果為24,屬于高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),需要更換。注水管線評(píng)估計(jì)算結(jié)果見表4。

        表4 注水管線評(píng)估計(jì)算結(jié)果

        3.2 效益評(píng)估法(三分法)

        這種評(píng)估方法主要包括管線可靠性評(píng)估和生產(chǎn)效益評(píng)估。通過定性分析,將管線泄漏次數(shù)、運(yùn)行時(shí)間、油藏重要程度、單井重要程度4個(gè)因素考慮權(quán)重后,按照高、中、低三部分打分,最終得出風(fēng)險(xiǎn)分值。權(quán)重需要組織生產(chǎn)部、工程部、油藏部和維護(hù)部共同討論決定。采用三分法進(jìn)行打分,中間分值為1.5,最高3分,最低1分;判別標(biāo)準(zhǔn):評(píng)估總分值大于1.5 分為有風(fēng)險(xiǎn)需要更換的管線。注水管線更換評(píng)估見表5。

        由表1 可知,當(dāng)管線泄漏超過3 次時(shí),可能會(huì)繼續(xù)泄漏。因此,考慮到更換新管線的時(shí)間和成本,將泄漏3次作為判斷管線整體承壓能力降低的表現(xiàn)。另外,就3年前的泄漏,維修后如果沒有繼續(xù)發(fā)生泄漏,則是局部腐蝕或局部問題,不代表整個(gè)管線的腐蝕情況。當(dāng)最近3 年發(fā)生3 次以上的泄漏,則認(rèn)為管線的整體使用情況不太樂觀,需要進(jìn)行評(píng)估。

        表5 注水管線更換評(píng)估

        油藏重要程度是按照注水站不同油藏來打分的,注水站油藏評(píng)估見表6。單井注水則按照每口井對(duì)油藏的貢獻(xiàn)來排序,4號(hào)站M2油藏注水井排序見表7所示。

        表6 注水站油藏評(píng)估

        表7 4號(hào)站M2油藏注水井排序

        4號(hào)站共有13口注水井,排序前30%的井分值為3,中間30%~60%的井分值為2,剩余注水井分值為1。4 號(hào)站M-13 井注水管線評(píng)估計(jì)算見表8。由表8 可知,最終評(píng)估值為2.2,大于1.5,推薦新建管線。

        表8 注水管線評(píng)估計(jì)算

        3.3 評(píng)估方法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

        生產(chǎn)部將2019年前6年記錄發(fā)生泄漏的管線用兩種方法同時(shí)進(jìn)行評(píng)估,發(fā)現(xiàn)損失評(píng)估法中有30%的管線估值過高,屬于誤判。主要原因是計(jì)入了法蘭、取樣閥等地面管件的泄漏次數(shù),造成管線泄漏可能性的分值過高,從而建議更換管線。兩種評(píng)估方法的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比。損失評(píng)估法優(yōu)點(diǎn):最大限度避免注水損失,給出泄漏風(fēng)險(xiǎn)分值;缺點(diǎn):無法考慮油藏注水需求沒有針對(duì)埋地管線進(jìn)行評(píng)估,存在風(fēng)險(xiǎn)估值過高,誤判管線風(fēng)險(xiǎn)程度的可能。效益評(píng)估法優(yōu)點(diǎn):注水油藏效益最大化精確評(píng)估埋地管線風(fēng)險(xiǎn),給出風(fēng)險(xiǎn)排序,評(píng)估結(jié)果直觀且易于操作;缺點(diǎn):沒有針對(duì)性避免現(xiàn)有注水量損失。以滿足從滿足油田注水生產(chǎn)整體效益,對(duì)油藏能量恢復(fù)的貢獻(xiàn)及合理投資的角度出發(fā),效益評(píng)估法對(duì)于管線更換的評(píng)估結(jié)果更優(yōu)。

        由于生產(chǎn)部、工程部、油藏部和維護(hù)部都對(duì)效益評(píng)估法(三分法)的評(píng)估結(jié)果表示滿意,2019年油田生產(chǎn)部采用效益評(píng)估法代替了損失評(píng)估法,目前已篩選出6口注水井進(jìn)行更換。根據(jù)管線泄漏情況共進(jìn)行了11口井的評(píng)估,涉及5個(gè)注水站,有投產(chǎn)2年的井也有投產(chǎn)40年的井,按評(píng)估分值高低進(jìn)行排序,2019年注水管線評(píng)估見表9。根據(jù)工程部預(yù)算和優(yōu)先排序,決定排在前6的井M-13、M-09、M-10、M-14、M-12、M-102進(jìn)行管線更換。

        表9 2019年注水管線評(píng)估

        4 結(jié)論

        評(píng)估埋地注水管線的可靠性,有利于平衡管線維修費(fèi)和新建管線費(fèi)用,可以為注水生產(chǎn)節(jié)省大量的投資。兩種評(píng)估方法都可以確認(rèn)管線風(fēng)險(xiǎn)程度:損失評(píng)估法側(cè)重于管線泄漏后可能帶來的注水損失;效益評(píng)估法(三分法)綜合了油藏的要求和管線本身的泄漏風(fēng)險(xiǎn),脫離了單純的風(fēng)險(xiǎn)分析識(shí)別范疇[10],體現(xiàn)對(duì)未來效益的需求。后者估算直接,更加切合生產(chǎn)實(shí)際,而且便于所評(píng)估管線的準(zhǔn)確排序,作為將來生產(chǎn)預(yù)算和計(jì)劃的依據(jù)。效益評(píng)估法(三分法)的應(yīng)用將大大推動(dòng)油田注水管線的完整性管理。

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