在深井、超深井酸化壓裂作業(yè)后，必須將注入的酸液及時(shí)返排出井筒，排出的酸液攜帶著高壓油氣流，酸性濃度pH值2～3左右，對常規(guī)地面測試設(shè)備的金屬結(jié)構(gòu)具有很高的腐蝕性。目前，國內(nèi)外地面測試分離器不具備防酸特性，按照操作規(guī)程的要求，只允許pH值5～6即含酸濃度≤4%的進(jìn)入分離器，否則酸性流體會(huì)加重設(shè)備的腐蝕并加速設(shè)備的減值，甚至導(dǎo)致高壓泄漏、起火爆炸、人員中毒傷亡等安全事故。為避免上述問題，酸化作業(yè)后往往是通過管線將含油、氣、水的高酸油氣流直接排放至廢液坑，未經(jīng)分離器分離的流體中如果含有硫化氫氣體，則必須點(diǎn)火燃燒，這種施工方法會(huì)對環(huán)境造成極大污染，同時(shí)存在嚴(yán)重的安全隱患。
防酸防硫地面測試裝備是針對油氣層酸化壓裂作業(yè)和酸性油氣流地面測試的需求，為解決高濃度酸性流體直接排放造成的環(huán)境污染和酸性介質(zhì)對設(shè)備腐蝕造成的安全隱患問題，自主研發(fā)的一套具有當(dāng)前國內(nèi)外最高抗酸性腐蝕能力的地面測試裝備，同時(shí)制定了一套完整的應(yīng)對惡劣腐蝕工況的地面測試施工工藝。
自行研制開發(fā) 操作安全
防酸防硫地面測試裝備由防酸防硫控制頭、防酸防硫地面安全閥、防酸防硫油嘴管匯、防酸防硫熱交換器、防酸防硫三相分離器、原油分配管匯、防酸防硫緩沖罐、原油傳輸泵、防酸計(jì)量罐、自動(dòng)點(diǎn)火燃燒器、數(shù)據(jù)采集及在線監(jiān)測系統(tǒng)組成。
課題組通過高壓酸性流體對地面測試設(shè)備腐蝕行為和控制方法的研究，獲取到大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)成果，經(jīng)專家論證，結(jié)合實(shí)際工作中取得的經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)選出了適應(yīng)分離容器腐蝕特征的新型抗腐蝕復(fù)合材料、適應(yīng)井口裝置超高壓工況下抗腐蝕能力強(qiáng)的合金材料、適應(yīng)蒸汽熱交換器高效換熱和大溫差工況下的復(fù)合合金材料以及配套輔助設(shè)施應(yīng)用的防腐材料，采用先進(jìn)的熱處理工藝及特種焊接技術(shù)，設(shè)備整體抗酸耐腐性能指標(biāo)達(dá)FF級，處于國內(nèi)外同行業(yè)設(shè)備的領(lǐng)先水平。設(shè)備性能適用于處理酸性濃度15%，pH值≥1的高壓地層流體，日處理液體流量2000m3、天然氣流量160×104m3，可有效避免鹽酸、草酸溶液和硫化氫、二氧化碳等酸性氣體對設(shè)備造成嚴(yán)重的孔蝕、裂縫和脫層破壞，避免酸性腐蝕導(dǎo)致的設(shè)備高壓泄漏、起火爆炸，人員中毒傷亡等安全事故。
防酸防硫地面測試裝備在酸化壓裂井和硫化氫、二氧化碳酸性氣藏的現(xiàn)場應(yīng)用中，通過對發(fā)生安全事故和環(huán)境危害等因素的研究，結(jié)合該裝備的工藝特點(diǎn)，制訂了相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備操作規(guī)程，形成了一整套獨(dú)有的、具有專業(yè)化技術(shù)優(yōu)勢的地面測試全封閉施工工藝，極大提升了酸性流體井和高含硫化氫井施工的安全環(huán)保作業(yè)水平;避免了毒害氣體對施工場地周圍環(huán)境和大氣環(huán)境的污染。為確保高危環(huán)境下設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)，開發(fā)出的酸性濃度及硫化氫含量在線數(shù)據(jù)采集監(jiān)測技術(shù)，通過在線測量儀表可全天候、多角度、全方位的對酸性濃度、硫化氫含量、設(shè)備腐蝕等情況進(jìn)行在線監(jiān)測;配備經(jīng)特殊工藝處理耐酸性腐蝕的壓力、溫度和流量傳感器，結(jié)合前沿的電子計(jì)算方法和處理方法，形成了一套兼容自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)關(guān)井的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，有效提高了測試作業(yè)中的井控管理水平，提升了整套設(shè)備的操作安全性及資料錄取能力。
功能齊全 優(yōu)勢凸顯
防酸防硫地面測試裝備的功能、特點(diǎn)主要體現(xiàn)在三方面：
一是具有強(qiáng)耐酸性腐蝕能力。設(shè)備可以對壓裂后酸性pH值1-3的高壓混項(xiàng)流體進(jìn)行及時(shí)處理，提高了設(shè)備在高壓、溫差變化大、高含酸、高含硫復(fù)雜工況下的施工作業(yè)效率，使得錄取的數(shù)據(jù)更為全面、精準(zhǔn)。
二是現(xiàn)場布置在線監(jiān)測硫化氫、二氧化碳、可燃性氣體濃度，應(yīng)用超限值自動(dòng)報(bào)警及自動(dòng)控制裝置，理論上杜絕了人員和設(shè)備事故發(fā)生的幾率，提高了設(shè)備的操作安全性。
三是采用地面測試全封閉流程工藝，高壓地層流體首先通過分離器進(jìn)行一級分離，然后液體進(jìn)入緩沖罐進(jìn)行二級分離，帶有殘存氣體的原油再通過除硫裝置進(jìn)入環(huán)保罐進(jìn)行三級分離，最終所有氣體經(jīng)過充分分離和燃燒，保證工作環(huán)境的硫化氫濃度低于安全限值。
在防酸防硫地面測試施工工藝中，設(shè)備準(zhǔn)備工作是流程安裝、調(diào)試、試壓及現(xiàn)場應(yīng)用儀器、儀表的標(biāo)定。設(shè)備運(yùn)行工作有五個(gè)環(huán)節(jié)：一是開啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、環(huán)境檢測系統(tǒng)、自動(dòng)報(bào)警及全自動(dòng)關(guān)井控制系統(tǒng);二是按設(shè)計(jì)要求安裝油嘴設(shè)定工作制度，控制流體達(dá)到臨界流動(dòng)狀態(tài)，滿足產(chǎn)量計(jì)量要求;三是開井初期液體通過旁通管線將單相酸性流體導(dǎo)入計(jì)量罐，隨著壓力升高，流體中氣體相分率增加，將流體導(dǎo)入分離器流程，進(jìn)行分離器壓力控制和液面控制;從地面見液開始，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)錄取各項(xiàng)參數(shù)，并通過含砂儀測量流體中的固相顆粒含量;四是當(dāng)分離器壓力和容器內(nèi)液面高度均達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，開始進(jìn)行油、氣、水的各項(xiàng)計(jì)量，并通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得各項(xiàng)產(chǎn)量;五是通過罐車將井內(nèi)產(chǎn)出的殘酸液和含酸性原油回收，含硫化氫氣體通過自動(dòng)點(diǎn)火燃燒裝置燃燒處理。
在施工結(jié)束時(shí)，要采用氮?dú)饣蚯逅畬υO(shè)備進(jìn)行掃線清洗，匯總各項(xiàng)資料進(jìn)行評價(jià)解釋。
應(yīng)用效果顯著 前景廣闊
從2008年第一臺(tái)樣機(jī)投入塔里木油田現(xiàn)場試驗(yàn)使用至今，已完成60余井次的應(yīng)用。通過數(shù)字統(tǒng)計(jì)、質(zhì)量分析、應(yīng)用對比，取得防酸防硫地面測試系統(tǒng)的應(yīng)用效果如下：防酸防硫地面測試裝備設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，完全符合耐酸抗腐設(shè)計(jì)的各項(xiàng)工作指標(biāo)，滿足高含酸性流體工況下的施工工藝要求，施工質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率達(dá)到100%，施工安全率100%;追蹤探傷檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)備在現(xiàn)場應(yīng)用中未發(fā)生明顯的腐蝕損傷，印證了設(shè)備材料選擇的適用性;在壓裂施工后流體即時(shí)導(dǎo)入防酸防硫地面測試系統(tǒng)，提前了數(shù)據(jù)錄取的時(shí)間，提升了采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，為提高油氣層隨鉆捕捉能力與實(shí)時(shí)的評價(jià)解釋水平提供了完整的基礎(chǔ)數(shù)據(jù);采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、全天候監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)及全自動(dòng)關(guān)井控制系統(tǒng)，提高了施工中的井控安全系數(shù)，理論上杜絕了發(fā)生工程事故的幾率;采用全封閉地面測試技術(shù)，使施工中的有毒，有害物質(zhì)對環(huán)境污染和人員健康損傷降到最低;耐酸抗腐整體性能領(lǐng)先于進(jìn)口設(shè)備，而購置成本和維護(hù)保養(yǎng)成本遠(yuǎn)低于進(jìn)口設(shè)備;設(shè)備在適用性上適合所有井況條件下的地面測試作業(yè)，并不局限于含酸性流體地層的測試，在處理能力上處于國際先進(jìn)水平。
2012年3月17日，中國石油天然氣集團(tuán)公司科技管理部在天津組織召開了由渤海鉆探工程公司研發(fā)的《BH-STS防酸防硫地面測試裝備》成果鑒定會(huì)。由院士專家組成的鑒定委員會(huì)認(rèn)為，“該成果填補(bǔ)了高級別防酸防硫地面測試設(shè)備空白，主要性能指標(biāo)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平，在高酸性油氣田具有廣泛的應(yīng)用前景”。
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