二氧化碳集气工艺优化探讨

王兴权 大庆油田二氧化碳驱项目经理部

二氧化碳集气工艺优化探讨

王兴权 大庆油田二氧化碳驱项目经理部

大庆油田已经在多个区块开展了CO2驱油试验，先后投产了部分气源井、集气站、液化站和集气管道，以气源井供气、集气站处理、液化站制冷液化为主的CO2驱油工业化试验的工艺体系基本成型，但在CO2集气生产过程中，却发现设备腐蚀、冻堵管线、井口排液困难等情况，导致集气系统无法正常运行，因此开展了集气工艺的研究。

二氧化碳；集气工艺；优化

大庆油田已经在多个区块开展了二氧化碳（CO2）驱油试验，先后投产了部分气源井、集气站、液化站和集气管道，以气源井供气、集气站处理、液化站制冷液化为主的CO2驱油工业化试验的工艺体系基本成型，但在CO2集气生产过程中，却发现设备腐蚀、冻堵管线、井口排液困难等情况，导致集气系统无法正常运行，因此开展了集气工艺的研究。

1 集气工艺

从2003年开始，为了解决二氧化碳驱油试验气源供给问题，大庆油田先后投产了多口CO2气源井、多个集气站和液化站，建成了3种主要集气工艺：①井口节流加热工艺，见图1；②站内加热节流工艺，见图2；③保温集气工艺，流程为集气站或净化厂➝液化站。

图1 井口节流加热工艺

图2 站内加热节流工艺

在集气过程中，3种工艺不同程度存在腐蚀、集气管线冻堵和排液劳动强度大等问题，影响气体外输量，严重时导致关井或停站。各井站集气工艺见表1。

表1 各井站集气工艺

2 工艺存在的问题

2.1 集气工艺管道冻堵

单井集气支线冻堵主要原因是采出CO2中含有水、烃、残余压井液等杂质，随CO2气体进入管道，由于CO2集气过程中发生相变吸热降温，导致发生冻堵[1]。昌德气田芳深9—1井压裂后，由于完井过程中压井液返排率低，后期生产过程中，压井液堵塞输气管道导致无法开井。

集气干线冻堵主要是受集气站工艺设备能力的限制，外输气态CO2中存在一定量的饱和水和烃类气体，随着长输管线内CO2介质的压降和温降，将析出一定量的饱和水，形成结晶状的水合物，输气管道缩径最终造成减输或停输。芳深9集气站到芳48液化站的集气干线冬季运行经常发生冻堵，该管道长18.7 km，集气站外输口的压力约为4.8 MPa，温度为20℃，露点为-56℃以下。而在芳48液化站末端口的压力为3.2 MPa，温度为5℃，在整条集气管道中，存在水合物析出的堵塞点（该点温度约为9℃，压力约为3.6 MPa），如图3所示，导致冻堵情况经常发生。

图3CO2与甲烷的混合气体水合物形成曲线

2.2 管线和设备CO2腐蚀

CO2腐蚀为电化学腐蚀，在阴极和阳极处表现不同，在阳极处铁不断溶解导致了均匀腐蚀或局部腐蚀，表现为金属设施壁厚逐渐变薄或点蚀穿孔等局部腐蚀破坏；在阴极处二氧化碳溶解于水中形成碳酸，释放出氢离子，促进阳极铁溶解而导致腐蚀，同时氢原子进入钢中，导致金属构件的开裂。CO2腐蚀主要受CO2分压、温度、pH值、流速、腐蚀产物膜等环境因素影响[2]。

目前CO2集气单井管线采用的材质为316L，集气干线采用的材质为普通碳钢，集气设备如电加热器、锅炉盘管采用的材质大多为316L，具有较强的抗腐蚀能力，但由于部分工艺设备处于高浓度Clˉ和H2S的地层水的侵蚀环境中，腐蚀程度将大大增强，苏6—2井口电加热盘管在高温底水的作用下，造成不到半年设备报废。

2.3 气源井排液工艺不合理

海拉尔的气源井采用井口节流降压加热输送的集气工艺，存在两方面问题：一是集气工艺分散，每个井口都需要单独架设分离器和电加热器，管理的点多面广；二是工艺操作的工作量大，井口排污罐容积仅为2 m3，分离出的底水需要定时排出、定期拉走，导致员工在井口操作频度大，尤其冬季处于半停产状态。

3 工艺优化的思路和建议

3.1 输气工艺防冻堵的思路

一是优化外输管道的设计，综合考虑冻堵的各种影响因素，对于长距离输气管道，可以考虑增设管道加热点，提高输气过程温度，避开水合物生成点；二是优选高效脱水工艺，尤其要提高分子筛的效率，降低外输气的露点，减少CO2含水量；三是摸索水合物抑制剂的加注规律，降低水合物生成的温度，防止冻堵的发生。研究表明，甲醇抑制水合物的效果要优于乙二醇，且成本较低。

3.2 缓蚀剂与选材相结合的防腐的思路

一是采用固定式缓蚀剂加注工艺和临时移动式加药装置相结合的综合防腐措施，有效减缓腐蚀；二是优选管道和容器的内衬材质，选用防腐效果好、价格低的耐腐蚀合金钢衬里、环氧树脂内涂层的管材，增加抗腐蚀性能。各种防腐方式优缺点见表2。

表2 各种防腐方式优缺点

3.3 优化采气工艺流程的思路

对于CO2生产井较少的气源开发区块，可采取井口节流加热分离工艺；对于开发井较多的区块，适合采取站内集中加热节流分离工艺。一是改变目前海拉尔的集气工艺，井口节流加热分离工艺改为站内加热节流分离工艺，井口和集气干线铺设电热带伴热，统一输送到液化站进行分离和液化，操作管理方便；二是对井口集气工艺进行优化，对于目前海拉尔集气工艺进行改造，扩大井口分离罐的容积，同时增加液位远传、自动排污远传控制，员工在液化站内就能进行排液操作，降低员工劳动强度。

目前，CO2驱油处于现场试验阶段，CO2集气工艺种类较多，没有完全固化，随着大庆外围油田工业化驱油的推广，CO2的需求量逐年增长，应该规划在大庆内部建设稳定、充足的气源供应点，形成CO2统一集输管网，满足工业化驱油的需求。

[1]Teng H，Masutani S M，et al．Solubility of CO2in the Ocean and ItsEffectonCO2Dissolution[J]．EnergyConversionandManagement，1996，37（6-8）：1 029-1 038．

[2]周琦，王建刚，周毅．二氧化碳的腐蚀规律及研究进展[J]．甘肃科学学报，2005，17（1）：37-40.

（栏目主持张秀丽）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.5.014