在深井、超深井酸化壓裂作業(yè)后，必須將注入的酸液及時返排出井筒，排出的酸液攜帶著高壓油氣流，酸性濃度pH值2～3左右，對常規(guī)地面測試設備的金屬結(jié)構(gòu)具有很高的腐蝕性。目前，國內(nèi)外地面測試分離器不具備防酸特性，按照操作規(guī)程的要求，只允許pH值5～6即含酸濃度≤4%的進入分離器，否則酸性流體會加重設備的腐蝕并加速設備的減值，甚至導致高壓泄漏、起火爆炸、人員中毒傷亡等安全事故。為避免上述問題，酸化作業(yè)后往往是通過管線將含油、氣、水的高酸油氣流直接排放至廢液坑，未經(jīng)分離器分離的流體中如果含有硫化氫氣體，則必須點火燃燒，這種施工方法會對環(huán)境造成極大污染，同時存在嚴重的安全隱患。
防酸防硫地面測試裝備是針對油氣層酸化壓裂作業(yè)和酸性油氣流地面測試的需求，為解決高濃度酸性流體直接排放造成的環(huán)境污染和酸性介質(zhì)對設備腐蝕造成的安全隱患問題，自主研發(fā)的一套具有當前國內(nèi)外最高抗酸性腐蝕能力的地面測試裝備，同時制定了一套完整的應對惡劣腐蝕工況的地面測試施工工藝。
自行研制開發(fā) 操作安全
防酸防硫地面測試裝備由防酸防硫控制頭、防酸防硫地面安全閥、防酸防硫油嘴管匯、防酸防硫熱交換器、防酸防硫三相分離器、原油分配管匯、防酸防硫緩沖罐、原油傳輸泵、防酸計量罐、自動點火燃燒器、數(shù)據(jù)采集及在線監(jiān)測系統(tǒng)組成。
課題組通過高壓酸性流體對地面測試設備腐蝕行為和控制方法的研究，獲取到大量試驗數(shù)據(jù)成果，經(jīng)專家論證，結(jié)合實際工作中取得的經(jīng)驗，優(yōu)選出了適應分離容器腐蝕特征的新型抗腐蝕復合材料、適應井口裝置超高壓工況下抗腐蝕能力強的合金材料、適應蒸汽熱交換器高效換熱和大溫差工況下的復合合金材料以及配套輔助設施應用的防腐材料，采用先進的熱處理工藝及特種焊接技術(shù)，設備整體抗酸耐腐性能指標達FF級，處于國內(nèi)外同行業(yè)設備的領先水平。設備性能適用于處理酸性濃度15%，pH值≥1的高壓地層流體，日處理液體流量2000m3、天然氣流量160×104m3，可有效避免鹽酸、草酸溶液和硫化氫、二氧化碳等酸性氣體對設備造成嚴重的孔蝕、裂縫和脫層破壞，避免酸性腐蝕導致的設備高壓泄漏、起火爆炸，人員中毒傷亡等安全事故。
防酸防硫地面測試裝備在酸化壓裂井和硫化氫、二氧化碳酸性氣藏的現(xiàn)場應用中，通過對發(fā)生安全事故和環(huán)境危害等因素的研究，結(jié)合該裝備的工藝特點，制訂了相應的技術(shù)標準及設備操作規(guī)程，形成了一整套獨有的、具有專業(yè)化技術(shù)優(yōu)勢的地面測試全封閉施工工藝，極大提升了酸性流體井和高含硫化氫井施工的安全環(huán)保作業(yè)水平;避免了毒害氣體對施工場地周圍環(huán)境和大氣環(huán)境的污染。為確保高危環(huán)境下設備安全運轉(zhuǎn)，開發(fā)出的酸性濃度及硫化氫含量在線數(shù)據(jù)采集監(jiān)測技術(shù)，通過在線測量儀表可全天候、多角度、全方位的對酸性濃度、硫化氫含量、設備腐蝕等情況進行在線監(jiān)測;配備經(jīng)特殊工藝處理耐酸性腐蝕的壓力、溫度和流量傳感器，結(jié)合前沿的電子計算方法和處理方法，形成了一套兼容自動報警和自動關井的自動化控制系統(tǒng)，有效提高了測試作業(yè)中的井控管理水平，提升了整套設備的操作安全性及資料錄取能力。
功能齊全 優(yōu)勢凸顯
防酸防硫地面測試裝備的功能、特點主要體現(xiàn)在三方面：
一是具有強耐酸性腐蝕能力。設備可以對壓裂后酸性pH值1-3的高壓混項流體進行及時處理，提高了設備在高壓、溫差變化大、高含酸、高含硫復雜工況下的施工作業(yè)效率，使得錄取的數(shù)據(jù)更為全面、精準。
二是現(xiàn)場布置在線監(jiān)測硫化氫、二氧化碳、可燃性氣體濃度，應用超限值自動報警及自動控制裝置，理論上杜絕了人員和設備事故發(fā)生的幾率，提高了設備的操作安全性。
三是采用地面測試全封閉流程工藝，高壓地層流體首先通過分離器進行一級分離，然后液體進入緩沖罐進行二級分離，帶有殘存氣體的原油再通過除硫裝置進入環(huán)保罐進行三級分離，最終所有氣體經(jīng)過充分分離和燃燒，保證工作環(huán)境的硫化氫濃度低于安全限值。
在防酸防硫地面測試施工工藝中，設備準備工作是流程安裝、調(diào)試、試壓及現(xiàn)場應用儀器、儀表的標定。設備運行工作有五個環(huán)節(jié)：一是開啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、環(huán)境檢測系統(tǒng)、自動報警及全自動關井控制系統(tǒng);二是按設計要求安裝油嘴設定工作制度，控制流體達到臨界流動狀態(tài)，滿足產(chǎn)量計量要求;三是開井初期液體通過旁通管線將單相酸性流體導入計量罐，隨著壓力升高，流體中氣體相分率增加，將流體導入分離器流程，進行分離器壓力控制和液面控制;從地面見液開始，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)錄取各項參數(shù)，并通過含砂儀測量流體中的固相顆粒含量;四是當分離器壓力和容器內(nèi)液面高度均達到預設值時，開始進行油、氣、水的各項計量，并通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得各項產(chǎn)量;五是通過罐車將井內(nèi)產(chǎn)出的殘酸液和含酸性原油回收，含硫化氫氣體通過自動點火燃燒裝置燃燒處理。
在施工結(jié)束時，要采用氮氣或清水對設備進行掃線清洗，匯總各項資料進行評價解釋。
應用效果顯著 前景廣闊
從2008年第一臺樣機投入塔里木油田現(xiàn)場試驗使用至今，已完成60余井次的應用。通過數(shù)字統(tǒng)計、質(zhì)量分析、應用對比，取得防酸防硫地面測試系統(tǒng)的應用效果如下：防酸防硫地面測試裝備設計結(jié)構(gòu)合理，完全符合耐酸抗腐設計的各項工作指標，滿足高含酸性流體工況下的施工工藝要求，施工質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率達到100%，施工安全率100%;追蹤探傷檢驗數(shù)據(jù)，設備在現(xiàn)場應用中未發(fā)生明顯的腐蝕損傷，印證了設備材料選擇的適用性;在壓裂施工后流體即時導入防酸防硫地面測試系統(tǒng)，提前了數(shù)據(jù)錄取的時間，提升了采集數(shù)據(jù)的準確度，為提高油氣層隨鉆捕捉能力與實時的評價解釋水平提供了完整的基礎數(shù)據(jù);采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、全天候監(jiān)測報警系統(tǒng)及全自動關井控制系統(tǒng)，提高了施工中的井控安全系數(shù)，理論上杜絕了發(fā)生工程事故的幾率;采用全封閉地面測試技術(shù)，使施工中的有毒，有害物質(zhì)對環(huán)境污染和人員健康損傷降到最低;耐酸抗腐整體性能領先于進口設備，而購置成本和維護保養(yǎng)成本遠低于進口設備;設備在適用性上適合所有井況條件下的地面測試作業(yè)，并不局限于含酸性流體地層的測試，在處理能力上處于國際先進水平。
2012年3月17日，中國石油天然氣集團公司科技管理部在天津組織召開了由渤海鉆探工程公司研發(fā)的《BH-STS防酸防硫地面測試裝備》成果鑒定會。由院士專家組成的鑒定委員會認為，“該成果填補了高級別防酸防硫地面測試設備空白，主要性能指標達到了國際領先水平，在高酸性油氣田具有廣泛的應用前景”。
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