二氧化碳吞吐油井采出液处理装置研制与应用

1研制背景

随着二氧化碳吞吐技术的推广应用，油田油井增产效果显著，经济效益可观，是一种有效的增产措施，但同时也给油田地面生产带来了诸多问题。CO2气体和油井产出的天然气混合后供加热炉燃烧，天然气中的CO2极易导致加热炉不可预见性熄灭，当不能被及时发现时有可能使锅炉发生爆炸，使油田生产存在重大安全隐患；大部分油井投产3∽4月后，开始出现集油管线穿孔现象，造成油气泄漏，带来安全隐患和环境污染。现场部分油井实验数据显示：游离CO2含量293.44mg/L，pH值偏酸性，铁离子含量222mg/L，根据铁离子与腐蚀速率的关系计算，钢管静态平均腐蚀速率为0.1243mm/a，腐蚀严重。这种现象表明，采出液对集输系统影响严重，必须对其中的CO2采取防止措施。

2二氧化碳腐蚀影响因素分析

根据资料显示，二氧化碳对金属材料的腐蚀包括诸多因素，但主要有是以下几种因素。

2.1介质中二氧化碳的含量

由二氧化碳的腐蚀机理可知，随着溶于水中的二氧化碳的浓度增大，ｐＨ值变小，氢离子的还原反应加速，对金属材料的腐蚀速率变大，腐蚀性增强。将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分别作为其界限值，即控制水中二氧化碳的含量，可有效控制其对金属的腐蚀速率。［1］

2.2介质中水含量

无论在气相还是在液相中,CO2腐蚀的发生都离不开水对钢铁表面的浸湿作用。因此,水在介质中的含量是影响CO2腐蚀的一个重要因素。在油水混合液中,将会形成乳状液。如果形成一个油包水(水/油)乳液,则将阻止或大大降低钢的水润湿性,从而降低腐蚀速率;相反,如果形成水包油(油/水)乳液,则发生明显的水润湿作用。在许多油管中,由(水/油)乳液向(油/水)乳液的转变发生在W(H2O)为30%∽40%,根据经验,当W(H2O)为30%时,腐蚀速率明显降低。［2］

2.3温度的影响

大量的研究表明,介质温度是影响CO2腐蚀的一个重要参数。温度强烈影响着表面膜的性质、特征和形貌,也影响着CO2腐蚀过程。根据温度对腐蚀的影响,铁的CO2腐蚀可分为:(1)t<60℃时,腐蚀产物膜为FeCO3,软而无附着力,金属表面光滑,主要发生均匀腐蚀;(2)t为60∽110℃时,铁表面可生成具有一定保护性的腐蚀产物膜,局部腐蚀较突出;(3)t为110℃时,均匀腐蚀速度较高,局部腐蚀严重(一般为深孔),腐蚀产物为厚而松的FeCO3粗结晶;(4)t为150℃以上时,生成细致、紧密、附着力强的FeCO3和Fe3O4膜,腐蚀速率较低。Ikeda认为CO2腐蚀速率先升高后又降低,在100℃时腐蚀速率zui高。其原因主要是由于在高温时容易形成致密的腐蚀产物膜,对基体金属的保护性增强所至。［2］

3油井采出液处理装置研制

3.1技术方案

在井口安装一具撬装放喷池，油井产出液进放喷池，气体在放喷池内分离、放散于大气中，液体经由管道泵增压后进地面集输系统、进站集中处理。配套工艺：加热系统；安装液位计，实现液位与泵启停闭环、自动控制；加药装置。

3.2装置工作原理

（1）主体工艺：油井产出液经输油管道进入放喷池，在放喷池内气、液进行充分分离，使液体中的二氧化碳含量小于２００ｍｇ／Ｌ；CO2气体通过放散管放散于大气中；液体再通过管道泵增压后输至集中站处理。

（2）附属工艺

①第一部分：电伴热系统（电加热棒和管道电伴热带）、液位显示、排污管等。放喷池内采用2根电加热棒维温加热，管道采用电热带伴热；液位显示采用磁翻板液位计（带电信号输出）；为了运输、检修方便，设有排污阀。

②第二部分：加药装置。当原油含水低于３０％时，二氧化碳腐蚀倾向较小，系统不需要加药；当原油含水大于3０％时，发生二氧化碳腐蚀倾向加大，需要适当加药。采用自动计量加药装置，根据油井产出液的具体数据设定加药剂量，对呈弱酸性的液体加碱液中和，降低其对金属的腐蚀速率。

③第三部分：自动控制。当放喷池的液位达到磁翻板液位计设定的高点时，液位计输出一个开关量信号给管道泵的控制柜，使管道泵启动，开始工作；当放喷池的液位降低到磁翻板液位计设定的低点时，液位计将输出一个开关量信号给管道泵的控制柜，使管道泵停止工作。

3.3主要技术参数

3.3.1主体结构尺寸

首先考虑能满足现场生产要求，根据油田数据显示，二氧化碳吞吐油井产液量一般在10∽40m3/d，约合0.42∽1.67m3/h；其次考虑满足道路运输的要求，主要是车辆宽度的要求，道路、桥梁、涵洞的高度和载重量等的要求；还要考虑设备的成本和经济性等因素。经过综合考虑，确定放喷池容积15m3，设备总体尺寸为：长5.5m、宽2.4m、高3.2m，设备重量约为：2580kg。3.3.2管道泵（增压泵）扬程的确定

4油井采出液处理装置的应用及效果

经过一段时间的实验和改进，油井采出液处理装置已定型并成批（套）进行生产，能及时运抵现场、满足生产之需。到目前为止，该装置已在采用二氧化碳吞吐技术的油井推广应用50余台（套），解决了因CO2进入天然气系统而造成加热炉熄火的问题，从而杜绝了此类安全隐患，保证了安全生产；降低了液体中的CO2含量、并将其控制在一定范围内，从而控制其对金属材料的腐蚀速率。经现场实验证明，采用该装置后油井采出液对金属材料的腐蚀速率由0.1243mm/a降低到0.0685mm/a，延长了管线寿命，减少了生产维护费用。

5结语

油井采出液处理装置的研制成功和推广应用，解决了二氧化碳吞吐技术带来的生产安全问题和其对集输系统的严重影响，保证了油田的正常生产，促进了二氧化碳吞吐技术的广泛应用。