国内CO2驱规模应用油田防腐措施应用现状分析

2022-05-18蒲育马晓宇师朋飞邹思佳薛志恒赵敏

中国设备工程 2022年8期

蒲育，马晓宇，师朋飞，邹思佳，薛志恒，赵敏

（1.中石化西北油田分公司，新疆乌鲁木齐 830011；2.中国石油大学（北京）克拉玛依校区，新疆克拉玛依 834000）

CO2是温室气体，大量排放CO2会引起气候变暖，引发自然灾害，CO2的排放及处理等问题已引起世界各国的重视。我国政府承诺“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。实现这一目标的关键就是减少空气中二氧化碳的浓度。在石油行业中，为提高原油采收率，可采用CO2驱油技术，同时实现CO2气体回收处理。但采用CO2驱油技术时，会引发CO2腐蚀等问题。因此，本文对国内采用CO2驱规模油田的防腐措施进行了详细的现场调研和文献调研，对于大规模采用CO2驱油技术、提高CO2的回收率、控制温室效应具有十分重要的意义。

1 国内调研油田基本情况

本文对中石化某油田等3个规模应用CO2驱油的油田基本情况进行了了解，具体如表1所示。从表1可以看出，上述各油田的注气时间最长可到14年，最短为9年，在采用CO2驱油技术时采收率提高效果显著，最高的油田采收率提高了17.7%，埋存率最高可达90%。

表1 各油田CO2驱基本情况对比表

2 采油井工艺技术

在应用CO2驱采油时，采用井工艺主要考虑2个方面：一是要解决机采气锁问题，二是要解决井下工具防腐问题。各油田具体工艺技术应用情况见表2所示。

表2 国内CO2驱采油井工艺技术应用情况

2.1 采油井管柱结构

通过3个油田的调研，在采出井管柱结构仍然使用未注前自喷、抽油井管柱结构。正常生产井沿用井下在用的管、杆、泵、井下工具，暂不更换；含水低于30%的采油井，管、杆、泵、井下工具采用常规材质；含水高于30%的采油井，油管采用3Cr防腐油管，抽油杆选用的K级、KD级等具有耐腐蚀性能的抽油杆，抽油泵采用耐腐蚀泵，井下工具材料采用含Cr量不低于13%的不锈钢材料，橡胶材料选用耐CO2材料。

2.2 井口装置

各油田采油井井口装置均沿用在用井口装置。因考虑产出气体增加，压力上升，中石化某油田适当提高了抽油井井口防喷盒的压力等级，并在井口连接套管进行放压流程，定期泄放套压，防止套管压力过高。中石油某油田2针对个别气窜井冲击集输系统的问题，安装了井口压力、温度预警系统，发生超压、降温时报警，可及时发现并关闭井口；同时对转油站实行数字化改造，对阀组间异常参数及时发现。

2.3 井下防气技术

在采出井方面，各油田根据实际情况，对采油井进行产出气体监测，同时采用气液分离器+防气泵防气工艺开展机采防气工作。

2.4 采油井防腐技术

各油田根据油层产出物特性，均研制了适用于本区块的缓蚀剂，通过油套环空自然沉降滴入至泵吸入口，以达到延缓采油管柱腐蚀速率的目的。

3 地面工艺系统

注CO2驱地面工艺系统包括“采集、净化、集输、注入、处理、回收、防腐”等多个方面，通过调研3个油田的地面工艺系统，各个环节工艺技术成熟，地面管线设备防腐可控（见表3所示）。

表3 国内CO2驱地面工艺系统对比表

3.1 捕集工艺

国内外厂家从混合气体中提取CO2方法很多，常见的有化学吸收法、变压吸附法、膜分离法等。

国内外应用最为广泛的化学吸收法脱CO2是活化MDEA法，通过在MDEA溶液中加入乙醇胺、咪唑、甲基咪唑等活化剂，进一步提高脱碳效率，加快CO2的吸收和再生。活化 MDEA 法脱碳工艺具有以下特点：净化度高，吸收压力低；投资省，工艺流程简单；溶剂无毒，无腐蚀性；设备费用低，能耗低；操作手段灵活。

变压吸附法捕集CO2主要靠物理吸附剂对CO2气体分子进行吸收和解吸循环操作，使得混合气体中的CO2得到捕集和提纯。工业上常采用多个吸附床，使得吸附和再生交替或依次循环进行，保证整个吸附过程的连续。各吸附床一般包括吸附、降压、抽真空、升压4步循环。

膜分离法是利用气体分离膜对伴生气中不同组分的选择性和渗透性的不同，对伴生气中的CO2进行捕集。膜分离材料包括有机材料、无机材料或者两者的混合材料。膜分离法的工艺包括单级膜分离和多级膜分离。

3.2 地面集输

采用常规的二级布站模式，即单井来液先进入计量间或计转站，然后再进入脱水站或联合站进行集中处理，若在老区已建设施基础上注入CO2驱油，初期CO2碳含量不高时，维持现有模式直接进站。随着采出液中CO2含量越来越高，出于防腐要求，需要对设备及管材材质进行升级，同时将分离出的伴生气（含CO2）引接至CO2回收系统。站外集输回到接转站进行气液分离，由于CO2在油中和水中都有较高的溶解度，甚至油中的溶解度更大，采出流体呈现出发泡原油的特点，需要提高采出流体分离效率，优化分离器结构和停留时间，增加捕雾器、波纹板和消泡装置。

4 腐蚀监测技术的应用

国内油田进行油、水井井下腐蚀状况评价时，经常采用的方法有腐蚀挂片法、电阻探针法、电感探针法等。但这些方法的监测原理和特点不同，因此对常用方法的优缺点及现场适用性进行了仔细地分析和总结，如表4所示。从表中可以看出，表中所列的监测方法大多可使用于井口腐蚀监测、井下管柱腐蚀监测以及地面集输管线腐蚀监测。由于各类方法均有其独有的优势和不足，目前的监测技术无法完全解决针对管柱腐蚀的全面实时监测问题，通常只能监测管柱全面腐蚀或井口附近的局部腐蚀情况，现场多应用较为方便的挂片法以及较为成熟的电阻探针法对管道腐蚀及管柱腐蚀进行监测。