中原油田二氧化碳驱提高采收率技术安全环保风险分析

孙立辉

（中国石化中原油田分公司，河南濮阳 457000）

中原油田根据油藏特点，经过前期技术攻关，自2010年起，先后在濮城沙一、胡96、文181、卫42等区块进行二氧化碳驱扩大试验。截至目前，累计实施11个区块32个井组，累计注气69.87万吨，增油16.44万吨，取得了良好的增油效果。但在实施二氧化碳驱过程中，因二氧化碳的特性以及受设备、地面系统配套等的限制，出现了套漏、套管错段、管线穿孔、二氧化碳外排等现象，引发了一系列安全环保问题[1-3]。文章在整理分析井下管柱数据及地面系统现状的基础上，对中原油田二氧化碳驱安全环保风险进行了识别与评估，并制定了有效的预防和控制措施，对于保障中原油田二氧化碳驱安全环保生产具有重要意义。

1 二氧化碳驱工艺流程

1.1 注入流程

液体CO2通过槽车运输至注气站内的CO2储罐（–20℃，2.0 MPa）中，经喂液泵升压至2.5 MPa，输送至CO2注入泵，增压后输送至注入井口，注入地层。

1.2 产出液集输流程

采出气液利用原单井管线输至单拉罐，在重力作用下进行气液分离，气体排空，液体输送至联合站，利用现有的油水分离设施进行集中处理，分离后的原油进入联合站外输系统，污水进入联合站污水处理系统[4]。

2 安全环保风险分析

2.1 注入、产出井风险分析

1）水泥返高未到地面。水泥返高井中有注入井32口、产出井79口，油套水泥返高1 000米以下的98口；未下技套的39口，详见表1。

2）固井质量差。固井质量合格及未评98口，其中有77口1 000米以上油套固井较差（连续优质25 m或累计优质段50 m），固井质量不合格14口。

表1 中原油田CO2驱水泥返高井统计

3）油、套管非抗CO2腐蚀材质。注采井套管材质主要为N80、P110，油管材质主要为N80，非气密封、非抗CO2腐蚀材质，目前已有39口井出现故障（见表2）。

水泥返高未到地面、固井质量差、油套管均非抗CO2腐蚀材质，存在泄漏、井口飞起伤人、窒息、井喷等风险，现场情况见图1。

2.2 注入系统风险分析

1）储罐腐蚀、液态CO2气化排空。储罐腐蚀穿孔发生CO2泄漏；液态CO2在储罐内由于温差变化容易气化，造成大罐压力升高引发爆炸风险，定期泄压排空引发环保风险。

表2 中原油田CO2驱故障井统计

2）注入泵连续排气。中原油田共有25台CO2注入泵，在注气过程中需要连续排气，平均单台泵排放量约1.38 t/d。

3）安全间距不足。P1-32井、V42-27井距离民宅不足100 m，安全距离不足。

储罐腐蚀穿孔、液态CO2气化储罐压力升高、储罐泄压排空、注入泵连续排气、安全间距不足，存在泄漏、爆炸、窒息、冻伤等风险，现场情况见图2。

2.3 集输系统风险分析

1）产出井单井管线采用普通碳钢材质，未做防腐处理，易出现腐蚀穿孔，且在泄压、生产过程中，温差急剧变化导致管线焊口脆断，有5口井出现进罐管线自焊口处崩断的情况。

图1 井口漏气、井喷以及井口上移现场

图2 储罐泄漏、注入泵排气、安全间距不足现场

2）产出液采用单拉罐储存，产出CO2外排；目前共有单拉罐19个，外排CO2约9 885 m3/d。

3）分离出的污水pH值约为5.0，需增加预处理流程，药剂量增加，造成污泥量增加。以濮二污水站为例，A剂加药浓度由360 mg/L增加到1 300 mg/L，每年增加酸性水预处理费用180万元；污泥量由60 m3/d增加到200 m3/d，年增加处理费用40万元。

单井管线穿孔、进罐管线焊口脆断、单拉罐CO2外排、污泥露天堆放，存在窒息、环境污染等风险，现场情况见图3。

图3 单井管线穿孔、产出液单拉罐现场

3 防控措施及建议

3.1 防控措施

1）定期整体检测液态CO2储罐，防止穿孔泄漏；施工人员进入现场必须穿戴齐全劳保防护服，防止人员冻伤，并配备CO2检测仪监测CO2浓度，防止发生窒息。

2）采用连续加药装置加注抗CO2缓蚀剂保护泵口以上管柱，采用固体缓蚀剂保护泵口以下管柱，防止管杆腐蚀造成泄漏、井口飞起伤人、井喷等风险。

3）环空带压井采用钢丝绳加地锚固定，井口装远传压力表，在生产指挥中心实时监控压力变化，井场安装监控探头，及时发现井场异常情况；连接生产流程及油套连通，出现渗漏等异常能够及时泄压。

4）采用第三代集成撬装式注入设备，实现CO2零排放（见图4）。

5）单井管线、干线采用抗CO2材质，实现产出液全部进入集输系统；中转站配套不锈钢三相分离器，实现油气水分别处理。

图4 第三代集成撬装式注入设备

6）完善、建立CO2回注系统和分离液化回收系统，将产出的CO2进行回注。

3.2 建议

1）注采方案选井要综合考虑套管水泥返高、固井质量等情况，对于水泥返高未至地面、固井质量差、套管存在严重变形和损伤的井，不建议作为CO2驱注采井使用。

2）定期对CO2驱注入井及产出井开展井况监测，对套管损坏严重的井停止生产；定期监测产出井CO2含量，对CO2含量升高的井要加大监测力度，对不能有效控制腐蚀的停止生产。

3）对油井采用可加药穿越式封隔器卡封生产，保护上部套管、减缓套管腐蚀。

4）开展防气窜技术、酸性水处理技术攻关。

4 结论

通过对中原油田实施CO2驱工艺流程分析，找出了注入、产出、集输等工艺流程中存在的安全环保风险。通过加强现场管理可以避免CO2驱部分安全环保风险，但在方案部署、地面配套、工艺技术等方面要进一步优化完善，从源头保障CO2驱安全环保实施。