高含硫氣田管道緩蝕劑批處理作業方式優化

褚文營,李海鳳,邵志勇,王保江,張永剛

(1.西安石油大學，陜西 西安，710000；2.中石化中原油田普光分公司,四川 達州，635000)

高含硫氣田管道緩蝕劑批處理作業方式優化

褚文營1,2,李海鳳2,邵志勇2,王保江2,張永剛2

(1.西安石油大學，陜西 西安，710000；2.中石化中原油田普光分公司,四川 達州，635000)

通過集輸管道緩蝕劑選型、清管器選型和批處理作業方式優化等措施，有效解決了傳統工藝存在的緩蝕劑聚集在管道底部、管道上部涂抹不均勻、氣井開關過于頻繁、批處理周期較長、生產能耗較大等問題。減少了調產次數，縮短批處理時間，降低了集輸系統因緩蝕劑批處理帶來的產量波動，提高集輸系統的生產效率及平穩性。緩蝕劑批處理作業次序的調整又可以利用批處理停井期間進行設備維護維修，將涉硫、放空的作業集中進行，減少了放空酸氣的產生，保證了普光主體集輸系統的正常、穩定、安全及環保生產。

批處理 緩蝕劑 優化

普光氣田作為世界第二、亞洲第一大整裝海相氣田，是最具代表性的高含硫氣田，具有高壓、高產、高含硫的特點，其地面集輸系統的管道大部分處于山地位置，管道落差起伏較大、管彎較多，對管道防腐蝕要求更加嚴格。普光氣田集輸方式屬于氣液混輸，管道內流體流速較大，組分變化較大，因此，管道腐蝕速率較大，特別是在管道彎頭、低洼等位置更易發生腐蝕穿孔的危險。普光氣田采取緩蝕劑批處理技術進行管道防腐蝕，有效降低了管道腐蝕、損壞，確保了氣田安全平穩生產和周邊居民的生命安全。

1 傳統批處理技術存在不足

普光氣田目前有21條集輸管道，按照高酸氣田集輸管道防腐蝕技術要求，每月需進行1次批處理作業，但地面集輸管道大部分位于山區，且每次作業施工時間長達20 d，在批處理效果上和對氣田生產會有一定的影響。

1.1 目前使用的緩蝕劑主要為油溶性緩蝕劑，為一種黏稠性液體，緩蝕劑段塞在發球前氣體排放不完全，可能會在緩蝕劑段塞上部存在部分氣體，使管道上部涂抹不到位。特別是當管道因地勢起伏不定時，清管器夾著緩蝕劑段塞在運行過程中，運行速度無法嚴格控制在1 m/s以內，涂膜球運行速度不穩定，可能存在涂抹不到或不均勻的部位。同時，在緩蝕劑涂抹到管壁上之后，由于重力作用緩蝕劑會沿著管壁流下，聚集在管道的底部，對防腐效果產生影響。

1.2 為達到有效防腐蝕效果，管道緩蝕劑批處理時間需要控制在5～10 s，因此須控制批處理作業期間的管輸氣量來達到成膜清管器的運行球速，每條管道批處理氣量需求在普光主體和大灣區塊的53口生產井中進行調整，造成生產井氣量頻繁調動，對氣井平穩生產和安全開采產生影響，同時影響集氣總站外輸瞬時氣量的平穩，特別是大管徑管道批處理時，外輸總氣量需要降產，增加系統生產能耗，對人員和生產成本造成浪費。

2 批處理技術優化的目的及意義

經過幾年的現場試驗，通過對緩蝕劑批處理方式的優化，提高了緩蝕劑批處理涂膜效果，涂膜更加均勻。批處理時間的優化，既保證外輸氣量的平穩，又可以利用批處理停井期間進行設備維護維修，將涉硫、放空的作業集中進行，減少了放空酸氣的產生。同時減少生產井氣量調動，提高集輸系統生產平穩性，減少集輸、凈化系統生產能耗。

3 優化方式

針對傳統緩蝕劑批處理技術存在的問題，以大灣區塊地面集輸系統優化方式為例，通過對緩蝕劑選型、清管器選型和批處理方式等方面的優化，在增強緩蝕劑緩蝕效果的同時，提高批處理工作效率。

3.1 緩蝕劑選型優化

大灣區塊緩蝕劑在選型上進行了優化，并在批處理清管器發送完成后，增加了一組優化球，使得緩蝕劑涂抹在管壁上更加均勻。

3.1.1 傳統緩蝕劑

普光區塊集氣站連續加注緩蝕劑選用WESTCOR CI-1204，批處理用緩蝕劑選用WESTCOR CI-545，分別為油溶性和水溶性緩蝕劑。批處理為穩定性強的陽離子薄膜型胺類緩蝕劑，該緩蝕劑可在管線上形成黏性極強的薄膜，有效防止采出流體中硫化氫、二氧化碳以及鹽水造成的腐蝕，并能在清除沉淀物時起到去垢作用。

3.1.2 優化后緩蝕劑

大灣區塊批處理選用PHILMPLUS 5K35緩蝕劑，與大灣區塊集氣站連續加注的是同一種溶于水、在油-水系統中分散的緩蝕劑，是一種高持久性、陽離子型胺類緩蝕劑，主要由季銨烷基吡啶氯化物組成。同樣屬于油氣井的穩定性強的陽離子薄膜型胺類緩蝕劑。它可在管線上形成黏性極強的薄膜，能有效防止采出流體中硫化氫、二氧化碳以及腐蝕性鹽水造成的腐蝕。

3.1.3 緩蝕劑對比結果

緩蝕劑在氣田集輸系統使用中分為集氣站場連續加注和集輸管道預涂膜(批處理)兩部分，普光區塊選用了兩種不同型號的緩蝕劑，分別為油溶性和水溶性。而大灣區塊選擇了同一種型號緩蝕劑，降低了投入成本，便于統一存放管理。具體性能對比見表1。

表1 普光與大灣區塊批處理緩蝕劑性能對比

通過比對，大灣區塊緩蝕劑選型較傳統緩蝕劑選型來說，在穩定性、流動性和持久性上均有較大提升，能夠提高緩蝕劑的使用效率。

3.2 清管器選型優化

3.2.1 傳統清管器選型

普光區塊清管器選用了耐磨抗硫聚乙烯材料，主要分為前導向球和后涂膜球兩種(分別見圖1和圖2)，前導向球負責在運行過程中的方向引導并清理部分積水；后成膜球負責將柴油緩蝕劑混合液均勻涂抹在管壁上，并利用前后球的壓力差排除段塞中的氣體。

圖1 傳統清管器的前導向球

圖2 傳統清管器的后涂膜球

3.2.2 優化后清管器選型

大灣區塊選用了由金屬構架和耐磨抗硫聚乙烯皮碗組合而成的清管器，分為導向涂膜球和優化球兩種(分別見圖3和圖4)，導向涂膜球負責在運行過程中的方向引導和將柴油緩蝕劑混合液涂抹在管壁上；優化球前頭開孔，球身結構中空，球后增加了6至8個噴頭，負責將管壁上的緩蝕劑涂抹得更加均勻，達到提高緩蝕劑防腐蝕效果的目的。

圖3 優化后清管器的導向涂膜球

圖4 優化后清管器的優化球

3.2.3 清管器比對結果

(1)傳統清管器由人工組裝完成，能肢解更換已經磨損或損壞的部件，可重復利用，缺點是在壓差過大或運行速度過大會破碎。

(2)優化后的清管器可以肢解更換聚乙烯皮碗，重復利用清管器，不容易破碎。

通過比對，優化后的清管器除具備傳統清管器優點外，還具備較強的耐用性，能有效降低投入成本。

3.3 批處理方式優化

3.3.1 傳統批處理方式

分為清管和緩蝕劑批處理兩個步驟：清管主要為了清除管道內積水、雜質；批處理是通過特殊親金屬性化學鍵作用，使緩蝕劑和管內金屬表面強烈結合，形成一層保護膜，化學鍵的另一端為疏水端，隔絕腐蝕介質和管道內壁接觸。批處理過程中緩蝕劑與管壁接觸5～10 s，即可形成厚度約0.1 mm左右的保護膜，有效阻止酸性氣體對管道的腐蝕。

傳統的緩蝕劑批處理采取兩個清管球夾緩蝕劑的方法對管道進行涂膜，通過控制氣井產量，利用酸氣推動清管球，調整清管球移動速度，達到涂膜的目的(見圖5)。

圖5 傳統緩蝕劑批處理示意

3.3.2 優化后批處理方式

傳統批處理過程中，易出現管道上部涂抹不到位、不均勻的情況，或因重力作用，多余緩蝕劑會沿著管壁流下，聚集在管道的底部。大灣區塊緩蝕劑批處理在傳統批處理基礎上，增加了一組優化球的發送，將聚集在管道底部的緩蝕劑再次進行涂抹。同時，優化球對方位噴頭的設計，可對管道上部未涂抹到的部位進行補充噴涂，保證已涂在管壁上的緩蝕劑更加均勻，達到涂膜效果優化的目的(見圖6)。緩蝕劑批處理優化后工作流程見圖7。

圖6 緩蝕劑優化球示意

圖7 緩蝕劑批處理優化后工作流程

3.4 批處理作業時間的優化

3.4.1 傳統批處理時間

為保證氣田安全生產，優化前普光、大灣區塊的21條酸氣管道每月需要進行一次緩蝕劑批處理作業，按照上下游的順序每天完成一條管道緩蝕劑批處理，一個月中幾乎每天都批處理工作，特別是在DN400和DN500管道批處理時需要降低外輸氣量，導致氣井開關過于頻繁，造成系統生產能耗增加。

3.4.2 優化后批處理時間

批處理時間的優化主要包括批處理周期優化和批處理順序的優化兩方面。按照“小管連續、大管集中、區塊分批、產量互補”的原則，對DN400以下管徑管道從上游至下游依次進行，DN400以上管徑管道集中在同一時間段依次進行；大灣區塊投產后，普光區塊和大灣區塊批處理交錯開展，通過對DN400以上管道緩蝕劑批處理期間的產量統一調整，統籌協調普光和大灣區塊氣井生產。

(1)批處理周期的優化

普光區塊管道緩蝕劑批處理周期為30 d，而大灣區塊由于所選擇的緩蝕劑性能較為穩定，緩蝕劑薄膜分子之間化學鍵的維持穩定時間45 d，因此調整大灣區塊批處理周期為45 d，只對已經脫落或者不穩定的保護膜進行補充彌補。

(2)批處理流程的優化

流程優化主要包括上游集氣站進站閥門開關優化和總站四個生產分離器連通優化，減少DN500管道集氣總站外輸總氣量的波動(見圖8和圖9)。

圖8 流程優化前外輸瞬時氣量

圖9 流程優化后外輸瞬時氣量

①在進行DN400管徑以上管道批處理時，關閉上游集氣站氣井及上游集氣站進站閥門，將批處理期間波動管容量降至最低，防止批處理時因壓力升高，管容氣竄至上游管道，造成氣量降低。

②對集氣總站四個生產分離器進行連通，防止段塞流液體進入一個分離器，避免因短時間液量過大，造成生產分離器冒罐。同時，在批處理前，提前將四個生產分離器及緩沖罐排空，提高生產分離器的分離能力，避免因清管液體短時聚集冒罐，防止液體攜帶至下游。

(3)批處理制度的優化

通過加強生產管理，統籌協調緩蝕劑批處理作業次序。按照“小管連續、大管集中、區塊分批、產量互補”的原則，氣量要求相近的DN400以下管徑管道從上游至下游同一天依次連續進行兩條管道批處理，DN400以上管徑管道集中在同一時間段集中進行。縮短批處理調產次數及時間，減少因管道批處理調產帶來的產量波動，降低能耗，即保證外輸氣量的平穩。

該方案能夠減少生產井產量的調整，將傳統批處理作業日期由21 d縮短為12 d，平均每周期的批處理可減少調產次數8次，傳統批處理作業時間由90 h縮短為79 h，共縮短了11 h，每月可提高混合氣產量4.96%。

4 結 論

通過對高含硫氣田管道緩蝕劑批處理作業方式的優化，有效提高了批處理工作效率和涂膜效果，保證了外輸氣量輸送平穩，減少了酸氣放空量，降低了生產井氣量調控頻次和集輸、凈化系統生產能耗，對同類特大型高含硫氣田緩蝕劑批處理技術的應用提供了重要參考依據。

(編輯 張向陽)

Optimization of Corrosion Inhibitor Batch Operation in Gas Fields with High Sulfur

ChuWenying1,2,LiHaifeng2,ShaoZhiyong2,WangBaojiang2,ZhangYonggang2
(1.Xi’anPetroleumUniversity,Xi'an710000，China;2.PuguangCompanyofSINOPECZhongyuanOilfield,Dazhou635000,China)

The appropriate selections of corrosion inhibitors and pigs and optimization of batch operation for the gathering pipeline operation have effectively solved the problems of accumulation of corrosion inhibitor at the bottom of pipeline, un-uniform coating on the upper section of pipelines, frequent opening and closing of gas wells, longer batch operation and greater energy consumption, etc. As the results, the number of adjustment is reduced, the time for batch treatment is shortened, the capacity fluctuation of the system resulted from corrosion inhibitor batch treatment is minimized, and production efficiency and stability of transportation system have been improved. Whereas, the adjustment of order of corrosion inhibitor batch treatments makes it possible for the maintenance of equipment during the batch treatment. The sulfur emission and venting operations can be made in one time, which can reduce the production of sour gas and ensure the normal, stable, safe and environmentally friendly operation of the main gathering transportation system.

batch treatment, corrosion inhibitor, optimization

2016-09-14；修改稿收到日期：2016-10-28。

褚文營(1983-)，西安石油大學機械動力工程專業在讀碩士研究生，現在該公司從事安全管理工作。E-mail：jack0777@163.com