南海某平臺降低水下氣田化學藥劑消耗的實踐

林湧濤，宗俊斌，吳海濤，殷珠輝，楊 勇，周生林

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司白云天然氣作業公司，廣東深圳 518000）

南海某平臺降低水下氣田化學藥劑消耗的實踐

林湧濤，宗俊斌，吳海濤，殷珠輝，楊 勇，周生林

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司白云天然氣作業公司，廣東深圳 518000）

南海某平臺的水下氣田，使用甲醇作為水合物抑制劑，在開發生產初期，由于頻繁進行開井、關井作業，甲醇消耗量大；同時，作為水下氣田開發的配套設施乙二醇回收裝置，運行過程中需使用檸檬酸清洗換熱器，由于重沸器頻繁結垢，檸檬酸使用量大。平臺人員針對化學藥劑消耗量大的問題，進行分析研究，采取了減少開關井次數、優化開井程序、合理調整重沸器操作參數和改善重沸器酸洗方法等措施，最終使甲醇、檸檬酸的使用量大幅度減少，有效降低生產能耗。

甲醇；檸檬酸；優化生產；減少消耗

南海某氣田平臺是一座集鉆井模塊、油氣水處理系統和水下氣田開發配套設施的綜合平臺。其中的水下氣田開發及配套設施[1]，在正常運行時需消耗大量的化學藥劑，如用乙二醇和甲醇抑制海管中井流物生成水合物，檸檬酸用于換熱器除垢作業。由于遠離陸地，藥劑運送至平臺的費用昂貴，導致整個化學藥劑使用成本較高。

1 原因簡析

水下氣田開井初期，需要長時間注入甲醇到油嘴處，防止天然氣節流降溫導致水合物生成[2]；關井前后，也需注入甲醇掃線，保障海管安全。由于氣田天然氣產量是根據下游用戶需求制定，在下游用戶用氣量波動較大的情況下，水下氣田需要調整產量，甚至短期關井，這導致了甲醇的消耗量較大。另外，早期工作人員并無水下氣田操作的成熟經驗，為了最大限度保障氣田運營安全，實際注入甲醇的量大于設計推薦值。

平臺有一套乙二醇脫水再生單元（以下簡稱MRU），用以回收處理從海管返回的富乙二醇，使其可循環再利用。MRU在運行過程中，重沸器經常發生結垢，導致重沸器換熱效果差，無法滿足工藝生產需求。為了恢復重沸器的工作性能，工作人員必須使用檸檬酸對重沸器酸洗除垢，消耗了大量的檸檬酸。

根據上述分析，對甲醇和檸檬酸消耗量大的各種原因（見表1）。

表1 化學藥劑消耗量大的分析表

2 采取的措施

2.1 減少開井次數

早期該平臺的配產量波動較大，水下氣田無法持續保持生產狀態，個別情況下需關井減產，隨后根據需求再復產。開井時，為保障海管流動安全，水下采油樹油嘴下游溫度必須上升至24℃以后才能停止甲醇注入，單井注甲醇時間長，消耗大量甲醇。

為了減少水下井口的開關井次數，該平臺優化生產井管理，當平臺配產量減小而需關閉某些井口時，優先關閉地面井口。地面井口在開井時也需注入甲醇防止管線凍堵，但由于無需考慮海管流動安全保障，甲醇消耗量小于開水下井口（見表2）。水下氣田持續保持在產狀態，無需消耗甲醇。

表2 水下、水上氣田開井甲醇消耗表

2.2 優化開井操作程序

該平臺共有7口水下采油樹，各井口的水深不一，因此串聯各個水下井口的海管，其路由呈高低起伏狀態。為保障海管流動安全，防止井流物往低點聚集而淹沒海管，水下開井時，必須遵循由遠及近的開井原則，使海管里的井流物正向流動至平臺。

針對水下井口開井時間長，甲醇用量大的問題，平臺工作人員不斷優化開井程序。在保證最遠端井口生產的前提下，優先選取產能好的井口開井，這有助于提高海管溫度，壓縮單井注甲醇時長。同時，在開井時將單井產量逐步調至峰值，加大攜液量，快速提高油嘴下游溫度，待升至20℃時，再將產量逐步調至配產產量。經多次實踐驗證，此操作法在保證水下井口和海管流動安全的前提下，每次開井可減少12 m3的甲醇消耗。

2.3 降低甲醇注入速率

水下氣田開發配套的甲醇注入泵，其設計排量為1 m3/h。早期使用該泵時，甲醇注入速率為1 m3/h左右。為了減少甲醇消耗，在保證不影響抑制水合物生成的前提下，工作人員嘗試將甲醇泵沖程逐步調小，同時密切監測油嘴下游溫度上升速率。發現即使甲醇注入泵沖程由100%降至60%，也不影響抑制水合物生成的效果。此項措施每小時約可節約0.4 m3甲醇。

2.4 優化重沸器操作，減少結垢頻率

平臺的乙二醇脫水再生系統有兩套重沸器，用于對富乙二醇加熱脫水。早期操作時，重沸器每3 d～5 d就會結垢，導致不能正常工作需及時進行酸洗除垢作業[3]。針對重沸器頻繁結垢的問題，平臺工作人員積極查找結垢原因并制定相應防垢措施，一方面提高重沸器進料富乙二醇的潔凈度，同時加強對生產操作參數的分析。根據廠家設計要求，富乙二醇在預處理過濾階段需添加氫氧化鈉，富乙二醇pH值維持在9～10，使溶液中的Ca2+、Mg2+發生化學反應產生固體物，并最終在預處理單元除去。實際生產時由于重沸器結垢嚴重，工作人員將pH值降低至8.0左右。由于進重沸器的富乙二醇流量直接影響溫控閥開度，進而導致進入重沸器的熱媒油流量波動，因此需嚴格控制進重沸器的富乙二醇流量穩定[4]。此外，設置重沸器熱媒出口溫控閥最大限度控制在10%以內，待換熱效率降低后再把溫控閥稍微開一點。由于重沸器溫度高低直接影響結垢情況，工作人員嘗試是否可以降低重沸器的溫度設定值，根據廠家推薦，重沸器溫度設定值在131.9℃，實際生產中通過數據分析發現，富乙二醇含水率70%左右，再生塔塔底溫度達到123℃以上即可生產出含水合格的貧乙二醇（見表3）。

表3 再生塔貧MEG側塔底溫度與貧MEG含水率關系表

因此，工作人員逐漸降低重沸器溫度設定值至128℃左右，再生塔貧乙二醇側的溫度保持在123℃以上，貧乙二醇含水合格。以上各種措施組合實施后，重沸器的結垢情況有所好轉，由3 d～5 d結垢一次延長至10 d以上，大大減少酸洗所需的檸檬酸量。

2.5 改善酸洗操作程序，提高酸洗效果

重沸器配套設計的酸洗流程，可以循環利用檸檬酸溶液。但由于重沸器結垢物成分復雜，為避免結垢物進入檸檬酸罐后導致污染，早期的酸洗作業沒有使用現有流程進行在線循環酸洗，而是采用檸檬酸浸泡的方式。將檸檬酸泵入重沸器浸泡，使檸檬酸與結垢物發生化學反應；工作人員每隔4 h從重沸器底部取酸液測pH值并記錄，作業早期pH值會迅速上升至5以上，此時需更換檸檬酸繼續除垢，直至酸樣pH值2.5左右且不再上漲，可認為酸洗結束。隨后工作人員采用內窺儀檢測重沸器內部情況，判斷結垢物是否去除干凈。該方法雖然能除去結垢物，但檸檬酸的消耗量大，每酸洗一個重沸器，需消耗檸檬酸約3.5 m3，耗時3 d（見圖1）。

為了提高酸洗效率，工作人員對酸洗方法做了改進[5]：使用200 L油桶和外接氣動泵，將檸檬酸加壓泵入重沸器底部后，檸檬酸從重沸器頂部流出并回到200 L油桶；此外工作人員還使用過濾網過濾檸檬酸，防止雜質二次污染重沸器。由此形成酸洗循環，大大提高了酸洗效率，每次約消耗2.0 m3檸檬酸，酸洗時長縮減到2 d（見表4）。由表4可以看出，與簡單酸泡的方法對比，外接氣動泵循環酸洗作業方式不僅提高工作效率，每次酸洗作業可節約1.5 m3檸檬酸。

2.6 水洗酸洗結合，減少檸檬酸消耗

在逐步改善酸洗重沸器工藝的同時，工作人員還深入分析結垢原因。認為結垢物是由于富乙二醇在換熱壁受熱后，水分快速蒸發而析出的結晶鹽，理論上采用熱水沖洗重沸器的方法可除去垢。隨后采取淡水沖洗的方法，利用現有流程，向重沸器注入新鮮淡水后循環加熱至80℃，連續沖洗重沸器內部。同時通過控制流量，間歇性大排量沖刷重沸器內部，使得結垢物去除效果更加明顯。

圖1 重沸器內部酸洗前后對比圖

表4 酸泡和循環酸洗作業方法對比

圖2 脫水單元重沸器及酸洗流程簡圖

表5 重沸器采用水洗酸洗結合記錄表

表6 兩個時間段檸檬酸消耗及酸洗頻率對比

使用熱水沖洗去除重沸器結垢物的方法，節約了大量檸檬酸，同時也減少了工作人員的工作負荷和受化學藥劑傷害的風險。正當工作人員認為可以不用檸檬酸就能使重沸器恢復正常工作時，又出現一個新的問題，重沸器在運行數月后，中間如果只使用熱水沖洗方法除垢，隨著時間積累，重沸器會出現工作效率低，結垢時間快等問題。分析其原因，判斷是有部分難溶于熱水的鈣鹽、鎂鹽等結垢物殘留在換熱壁上，隨著重沸器工作時長增加，這些結垢物變厚、變廣，最終影響了整個重沸器的換熱效果。于是工作人員再次采用檸檬酸酸洗的方法進行除垢，但與早期的直接酸洗重沸器不同，新的作業方式是首先用熱水沖刷重沸器，再使用檸檬酸對重沸器進行循環酸洗。由于此時重沸器內部分垢已經被除去，繼續使用檸檬酸循環時，就可以利用系統原設計流程，把檸檬酸儲罐、檸檬酸注入泵和重沸器串起來循環酸洗（見圖2）。

經實測，每酸洗一個重沸器，10 m3檸檬酸的pH值大約上升0.2（見表5），說明大部分的垢已經在熱水沖洗階段就被除去。從實際使用效果看，經過熱水水洗和檸檬酸酸洗后的重沸器，換熱效果良好，工作效率有了很大提升[6]。酸洗用的檸檬酸可重復使用，大大減少了化學藥劑消耗和排放量。

3 結論

通過合理分配井口產量、操作程序優化和不斷改善酸洗重沸器的方法，在保障水下氣田安全順利生產的前提下，降低了甲醇消耗量，同時也解決配套設施重沸器酸洗時檸檬酸消耗量大的問題。經測算，水下氣田每口井開井時所需的甲醇，已由生產初期的15立方米/井，降至目前的2立方米/井，檸檬酸消耗量從早期平均每月6 915 L降至目前1 938 L（見表6），化學藥劑消耗明顯減少，有效節約生產成本。

［1］ 李清平，朱海山，李新仲.深水水下生產技術發展現狀與展望［J］.中國工程科學，2016，（2）:76-84.

［2］ 胡善煒，田志強，邢同勝，金耀輝，梁偉龍.海底天然氣凝析管道中水合物抑制劑甲醇的注入量計算［J］.化工管理，2014，（35）:154-155.

［3］ 周耀南，等.螺旋板式換熱器結垢的檢查和酸洗方法［J］.林產化工通訊，1996，（2）:36-37.

［4］ 楊勇，張海磊，葉鋒，等.廢熱補燃裝置控制系統的改進及應用［J］.設備管理與維修，2015，（9）:46-48.

［5］ 曹景華，張戎，劉承溫，劉杰.循環酸洗法在換熱器清洗中的應用及推廣［J］.冶金動力，2013，（8）:26-27+33.

［6］ 王永立，保成瓊，趙麗娟，任軍勝.高效重沸器在煉油化工裝置的應用［J］.石油化工設備，2002，（4）:50-51.

Practice of reducing subsea gasfiled consumption of chemicals on a platform of south China sea

LIN Yongtao，ZONG Junbin，WU Haitao，YIN Zhuhui，YANG Yong，ZHOU Shenglin
（Cnooc（China）Ltd.，Shenzhen Branch，Shenzhen Guangdong 518000，China）

Subsea gasfield of the south China sea a platform,using methanol as hydrate inhibitors,at the beginning of the development and production,due to the frequent open well and shut well operations,large consumption of methanol.At the same time,as the subsea field development supporting facilities of the Mono-ethylene Glycol Recovery Unit,need to use the citric acid cleaning heat exchanger during the operation,due to the re-boiler frequent scale, large amounts of citric acid using.Platform personnel analysis for chemical waste problems, reduce switch the well frequency,optimization of well opening procedures,reasonable adjustment of re-boiler operation parameters and the measures to boost the re-boiler pickling methods,eventually make the use amount of methanol,citric acid are greatly reduced,effectively reduce the production consumption.

methanol；citric acid；optimize production；reducing consumption

TE934.3

A

1673-5285（2017）05-0062-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.05.014

2017－03-26

林湧濤，工程師，本科學歷，2007年畢業于浙江理工大學，從事海上天然氣氣田生產開發管理工作，郵箱：269567435@qq.com。