Chemische injectielijnen in het boorgat: waarom falen ze?Ervaringen, uitdagingen en toepassing van nieuwe testmethoden

 

Geval

 

Abstract

Statoil exploiteert verschillende velden waar in de boorput continue injectie van kalkremmer wordt toegepast.Het doel is om de bovenste slangen en de veiligheidsklep te beschermen tegen (Ba/Sr) SO4ofCaCO;schaalvergroting, in gevallen waarin schaalverkleining moeilijk en kostbaar kan zijn om op regelmatige basis uit te voeren, bijvoorbeeld het koppelen van onderzeese velden.

 

Continue injectie van kalkremmer in het boorgat is een technisch geschikte oplossing om de bovenste buizen en de veiligheidsklep te beschermen in putten die kalkaanslag kunnen veroorzaken boven de productiepacker;vooral in putten die niet op regelmatige basis moeten worden afgeknepen vanwege het risico op schaalvergroting in het nabijgelegen gebied van de boorput.

 

Het ontwerpen, exploiteren en onderhouden van de chemische injectielijnen vereisen extra aandacht voor materiaalselectie, chemische kwalificatie en monitoring.Druk, temperatuur, stromingsregimes en geometrie van het systeem kunnen uitdagingen voor een veilige werking met zich meebrengen.Er zijn uitdagingen vastgesteld bij de kilometerslange injectieleidingen van de productiefaciliteit naar de onderzeese boormal en bij de injectiekleppen in de putten.

 

Veldervaringen die de complexiteit van continue injectiesystemen in het boorgat laten zien met betrekking tot neerslag- en corrosieproblemen worden besproken.Laboratoriumstudies en toepassing van nieuwe methoden voor chemische kwalificatie zijn vertegenwoordigd.Er wordt tegemoet gekomen aan de behoeften aan multidisciplinaire acties.

 

Invoering

Statoil exploiteert verschillende velden waar continue injectie van chemicaliën in de boorput is toegepast.Dit omvat voornamelijk de injectie van kalkremmer (SI), waarbij het doel is om de bovenste buizen en de veiligheidsklep in het boorgat (DHSV) te beschermen tegen (Ba/Sr) SO4 of CaCO;schaal.In sommige gevallen wordt emulsiebreker in het boorgat geïnjecteerd om het scheidingsproces zo diep mogelijk in de put op een relatief hoge temperatuur te starten.

 

Continue injectie van kalkremmer in het boorgat is een technisch geschikte oplossing om het bovenste deel van de putten, waar kalkafzetting mogelijk is, boven de productiepacker te beschermen.Continue injectie kan worden aanbevolen, vooral in putten die niet hoeven te worden afgedicht vanwege het lage schaalpotentieel in de nabije boorput;of in gevallen waarin schaalverkleining moeilijk en kostbaar kan zijn om op regelmatige basis uit te voeren, bijvoorbeeld het koppelen van onderzeese velden.

 

Statoil heeft uitgebreide ervaring met continue injectie van chemicaliën in topside-systemen en onderzeese templates, maar de nieuwe uitdaging is om het injectiepunt verder diep in de put te brengen.Het ontwerpen, exploiteren en onderhouden van de chemicaliëninjectielijnen vraagt ​​om extra aandacht op meerdere onderwerpen;zoals materiaalselectie, chemische kwalificatie en monitoring.Druk, temperatuur, stromingsregimes en geometrie van het systeem kunnen uitdagingen voor een veilige werking met zich meebrengen.Er zijn problemen geïdentificeerd bij lange (enkele kilometers) injectieleidingen van de productiefaciliteit naar de onderzeese sjabloon en naar de injectiekleppen beneden in de putten;Figuur 1.Sommige injectiesystemen hebben volgens plan gewerkt, terwijl andere om verschillende redenen faalden.Er zijn verschillende nieuwe veldontwikkelingen gepland voor chemische injectie in het boorgat (DHCI);Echter;in sommige gevallen is de apparatuur nog niet volledig gekwalificeerd.

 

Toepassing van DHCI is een complexe taak.Het omvat de voltooiing en putontwerpen, putchemie, topside-systeem en het chemische doseringssysteem van het topside-proces.De chemische stof wordt van bovenaf via de injectielijn voor chemische stoffen naar de voltooiingsapparatuur en naar beneden in de put gepompt.Bij de planning en uitvoering van dit soort projecten is samenwerking tussen meerdere disciplines dan ook cruciaal.Er moeten verschillende afwegingen worden gemaakt en goede communicatie tijdens het ontwerp is belangrijk.Er zijn procesingenieurs, onderzeese ingenieurs en voltooiingsingenieurs bij betrokken, die zich bezighouden met de onderwerpen boorputchemie, materiaalkeuze, stroomborging en productiechemiebeheer.De uitdagingen kunnen te maken hebben met chemische wapens of temperatuurstabiliteit, corrosie en in sommige gevallen een vacuümeffect als gevolg van lokale druk- en stromingseffecten in de chemische injectielijn.Daarnaast geven omstandigheden zoals hoge druk, hoge temperatuur, hoge gassnelheid, hoog schaalpotentieel, navelstreng over lange afstand en diep injectiepunt in de put, verschillende technische uitdagingen en eisen aan de geïnjecteerde chemische stof en aan de injectieklep.

 

Uit een overzicht van de bij Statoil geïnstalleerde DHCI-systemen blijkt dat de ervaringen niet altijd succesvol zijn geweest. Tabel 1. Er worden echter plannen gemaakt voor verbetering van het injectieontwerp, de chemische kwalificatie, de bediening en het onderhoud.De uitdagingen variëren van veld tot veld, en het probleem is niet noodzakelijkerwijs dat de chemicaliëninjectieklep zelf niet werkt.

 

De afgelopen jaren zijn er verschillende uitdagingen geweest met betrekking tot chemische injectieleidingen in het boorgat.In dit artikel worden enkele voorbeelden gegeven van deze ervaringen.Het artikel bespreekt uitdagingen en maatregelen die zijn genomen om de problemen met betrekking tot DHCI-lijnen op te lossen.Er worden twee casuïstieken gegeven;één over corrosie en één over chemische wapens.Veldervaringen die de complexiteit van continue injectiesystemen in het boorgat laten zien met betrekking tot neerslag- en corrosieproblemen worden besproken.

 

Laboratoriumstudies en de toepassing van nieuwe methoden voor chemische kwalificatie worden ook overwogen;hoe de chemische stof moet worden gepompt, schaalvergroting en preventie, complexe toepassing van apparatuur en hoe de chemische stof het bovensysteem zal beïnvloeden wanneer de chemische stof wordt teruggeproduceerd.Acceptatiecriteria voor chemische toepassingen hebben betrekking op milieukwesties, efficiëntie, opslagcapaciteit aan de bovenkant, pompsnelheid, of een bestaande pomp kan worden gebruikt enz. Technische aanbevelingen moeten gebaseerd zijn op vloeistof- en chemische compatibiliteit, restdetectie, materiaalcompatibiliteit, ontwerp van de onderzeese navelstreng, chemisch doseringssysteem en materialen in de omgeving van deze lijnen.Het is mogelijk dat de chemische stof moet worden beschermd tegen hydraten om verstopping van de injectieleiding door gasinvasie te voorkomen, en de chemische stof mag niet bevriezen tijdens transport en opslag.In de bestaande interne richtlijnen staat een checklist van welke chemicaliën op elk punt in het systeem mogen worden toegepast. Fysische eigenschappen zoals viscositeit zijn belangrijk.Het injectiesysteem kan een afstand van 3 tot 50 km van de onderzeese navelstreng en 1 tot 3 km diep in de put impliceren.Daarom is de temperatuurstabiliteit ook belangrijk.Evaluatie van de effecten stroomafwaarts, bijvoorbeeld in raffinaderijen, moet mogelijk ook worden overwogen.

 

Chemische injectiesystemen in het boorgat

 

Kostenvoordeel

 

Continue injectie van kalkremmer in het boorgat om de DHS voor de productiebuizen te beschermen kan kosteneffectief zijn in vergelijking met het uitknijpen van de put met kalkremmer.Deze toepassing vermindert de kans op formatieschade in vergelijking met behandelingen met kalkaanslag, vermindert de kans op procesproblemen na het samenknijpen van kalkaanslag en biedt de mogelijkheid om de injectiesnelheid van chemicaliën te regelen via het injectiesysteem aan de bovenzijde.Het injectiesysteem kan ook worden gebruikt om andere chemicaliën continu in het boorgat te injecteren en kan daardoor andere uitdagingen verminderen die zich verderop in de procesinstallatie kunnen voordoen.

 

Er is een uitgebreide studie uitgevoerd om een ​​strategie op schaal van het Oseberg S-veld te ontwikkelen.Het grootste schaalprobleem was CaCO;aanslag in de bovenste slangen en mogelijk DHSV-falen.Uit de overwegingen van de Oseberg S-strategie of schaalbeheerstrategie werd geconcludeerd dat DHCI over een periode van drie jaar de meest kostenefficiënte oplossing was in de putten waar de injectielijnen voor chemicaliën functioneerden.Het belangrijkste kostenelement met betrekking tot de concurrerende techniek van schaalvergroting was de uitgestelde olie in plaats van de chemische/operationele kosten.Voor de toepassing van kalkremmer bij gaslift was de belangrijkste factor op de chemische kosten de hoge gasliftsnelheid die tot een hoge SI-concentratie leidde, aangezien de concentratie in evenwicht moest worden gebracht met de gasliftsnelheid om chemische wapens te vermijden.Voor de twee putten op Oseberg S of die over goed functionerende DHC I-lijnen beschikten, werd voor deze optie gekozen om de DHS V's te beschermen tegen CaCO;schaalvergroting.

 

Continu injectiesysteem en kleppen

 

Bestaande voltooiingsoplossingen die gebruik maken van continue chemische injectiesystemen worden geconfronteerd met uitdagingen om verstopping van de capillaire lijnen te voorkomen.Normaal gesproken bestaat het injectiesysteem uit een capillaire lijn met een buitendiameter van 1/4” of 3/8” (buitendiameter), aangesloten op een oppervlaktespruitstuk, doorgeleid en verbonden met de slanghanger aan de ringvormige zijde van de slang.De capillaire leiding wordt met speciale slangkraagklemmen aan de buitendiameter van de productieslang bevestigd en loopt aan de buitenkant van de slang helemaal tot aan de injectiedoorn voor chemicaliën.De doorn wordt traditioneel stroomopwaarts van de DHS V of dieper in de put geplaatst met de bedoeling de geïnjecteerde chemische stof voldoende dispersietijd te geven en de chemische stof daar te plaatsen waar de problemen zich voordoen.

 

Bij de chemische injectieklep, figuur 2, bevat een kleine patroon met een diameter van ongeveer 1,5 inch de terugslagkleppen die voorkomen dat boorvloeistoffen de capillaire lijn binnendringen.Het is gewoon een kleine pop die op een veer rijdt.De veerkracht bepaalt en voorspelt de druk die nodig is om de schotel van de afdichtingszitting te openen.Wanneer de chemische stof begint te stromen, wordt de schotel van zijn zitting getild en wordt de terugslagklep geopend.

 

Er moeten twee terugslagkleppen geïnstalleerd zijn.Eén klep is de primaire barrière die verhindert dat boorvloeistoffen de capillaire lijn binnendringen.Dit heeft een relatief lage openingsdruk (2-15 bar). Als de hydrostatische druk in de capillaire lijn lager is dan de boorgatdruk, zullen de boorvloeistoffen proberen de capillaire lijn binnen te dringen.De andere terugslagklep heeft een atypische openingsdruk van 130-250 bar en staat bekend als het U-buispreventiesysteem.Deze klep verhindert dat de chemische stof in de capillaire lijn vrijelijk in het boorgat kan stromen als de hydrostatische druk in de capillaire lijn groter is dan de druk in het boorgat op het chemische injectiepunt in de productiebuizen.

 

Naast de twee terugslagkleppen is er normaal gesproken een in-line filter. Het doel hiervan is ervoor te zorgen dat geen enkel vuil de afdichtingsmogelijkheden van de terugslagklepsystemen in gevaar zou kunnen brengen.

 

De afmetingen van de beschreven terugslagkleppen zijn vrij klein, en de zuiverheid van de geïnjecteerde vloeistof is essentieel voor hun operationele functionaliteit.Er wordt aangenomen dat vuil in het systeem kan worden weggespoeld door de stroomsnelheid in de capillaire lijn te vergroten, zodat de terugslagkleppen moedwillig opengaan.

 

Wanneer de terugslagklep opent, neemt de stromingsdruk snel af en plant zich voort langs de capillaire lijn totdat de druk weer toeneemt.De terugslagklep zal dan sluiten totdat de stroom chemicaliën voldoende druk opbouwt om de klep te openen;het resultaat zijn drukschommelingen in het terugslagklepsysteem.Hoe hoger de openingsdruk van het terugslagklepsysteem is, des te kleiner is het doorstroomoppervlak wanneer de terugslagklep opent en het systeem evenwichtsomstandigheden probeert te bereiken.

 

De chemicaliëninjectiekleppen hebben een relatief lage openingsdruk;en mocht de slangdruk bij het chemische inlaatpunt minder worden dan de som van de hydrostatische druk van chemicaliën in de capillaire lijn plus de openingsdruk van de terugslagklep, dan zal er bijna vacuüm of vacuüm optreden in het bovenste deel van de capillaire lijn.Wanneer de injectie van chemicaliën stopt of de stroom chemicaliën laag is, zullen er bijna vacuümomstandigheden ontstaan ​​in het bovenste gedeelte van de capillaire lijn.

 

Het vacuümniveau is afhankelijk van de boorputdruk, het soortelijk gewicht van het geïnjecteerde chemische mengsel dat in de capillaire lijn wordt gebruikt, de openingsdruk van de terugslagklep op het injectiepunt en de stroomsnelheid van de chemische stof in de capillaire lijn.De putomstandigheden zullen gedurende de levensduur van het veld variëren en het potentieel voor vacuüm zal daarom ook in de loop van de tijd variëren.Het is belangrijk om op de hoogte te zijn van deze situatie en de juiste overwegingen en voorzorgsmaatregelen te nemen voordat de verwachte problemen zich voordoen.

 

Samen met de lage injectiesnelheden verdampen de oplosmiddelen die in dit soort toepassingen worden gebruikt doorgaans effecten die nog niet volledig zijn onderzocht.Deze effecten zijn wapenkoning of precipitatie van vaste stoffen, bijvoorbeeld polymeren, wanneer het oplosmiddel verdampt.

 

Verder kunnen galvanische cellen worden gevormd in de overgangsfase tussen het vloeistofoppervlak van de chemische stof en de met damp gevulde bijna-vacuümgasfase erboven.Dit kan leiden tot lokale putcorrosie in de capillaire lijn als gevolg van de verhoogde agressiviteit van de chemische stof onder deze omstandigheden.Vlokken of zoutkristallen die als een film in de capillaire lijn worden gevormd wanneer de binnenkant ervan uitdroogt, kunnen de capillaire lijn vastlopen of verstoppen.

 

Nou, barrièrefilosofie

 

Bij het ontwerpen van robuuste putoplossingen vereist Statoil dat de putveiligheid te allen tijde aanwezig is tijdens de levenscyclus van de put.Statoil vereist dus dat er twee onafhankelijke putbarrières intact zijn.Fig. 3 toont een atypisch putbarrièreschema, waarbij de blauwe kleur de primaire putbarrièreomhulling voorstelt;in dit geval de productiebuizen.De rode kleur vertegenwoordigt de secundaire barrière-omhulling;de behuizing.Aan de linkerkant van de schets is de injectie van chemicaliën aangegeven als een zwarte lijn met een injectiepunt naar de productieslang in het rood gemarkeerde gebied (secundaire barrière).Door chemische injectiesystemen in de put te introduceren, komen zowel de primaire als de secundaire boorbarrière in gevaar.

 

Casusgeschiedenis van corrosie

 

Volgorde van de gebeurtenissen

 

In een olieveld van Statoil op het Noorse continentale plat is chemische injectie van een kalkremmer in het boorgat toegepast.In dit geval was de toegepaste kalkremmer oorspronkelijk gekwalificeerd voor boven- en onderzeese toepassing.Het opnieuw voltooien van de put werd gevolgd door de installatie van DHCIpointat2446mMD, figuur 3.De injectie van de aanslagremmer aan de bovenzijde in het boorgat werd gestart zonder verdere tests van de chemische stof.

 

Na een jaar in bedrijf te zijn geweest, werden lekkages in het chemicaliëninjectiesysteem geconstateerd en werd er onderzoek gestart.De lekkage had een nadelig effect op de putbarrières.Soortgelijke gebeurtenissen deden zich voor bij verschillende putten en sommige moesten worden afgesloten terwijl het onderzoek gaande was.

 

De productiebuizen werden getrokken en in detail bestudeerd.De corrosie-aantasting bleef beperkt tot één kant van de buis en sommige buisverbindingen waren zo gecorrodeerd dat er daadwerkelijk gaten doorheen zaten.Ongeveer 8,5 mm dik 3% chroomstaal was in minder dan 8 maanden gedesintegreerd.De belangrijkste corrosie vond plaats in het bovenste gedeelte van de put, vanaf de putmond tot ongeveer 380 meter MD, en de ergste gecorrodeerde buisverbindingen werden gevonden op ongeveer 350 meter MD.Beneden deze diepte werd weinig of geen corrosie waargenomen, maar er werd veel vuil aangetroffen op de buitendiameters van de buizen.

 

De 9-5/8''-behuizing werd ook doorgesneden en getrokken en soortgelijke effecten werden waargenomen;met slechts aan één zijde corrosie in het bovenste gedeelte van de put.Het veroorzaakte lek werd veroorzaakt door het barsten van het verzwakte deel van de behuizing.

 

Het materiaal van de chemische injectieleiding was Alloy 825.

 

Chemische kwalificatie

 

Chemische eigenschappen en corrosietesten zijn belangrijke aandachtspunten bij de kwalificatie van aanslagremmers en de daadwerkelijke aanslagremmer wordt al enkele jaren gekwalificeerd en gebruikt in boven- en onderzeese toepassingen.De reden voor het toepassen van de eigenlijke chemische stof in het boorgat was de verbeterde milieu-eigenschappen door het vervangen van de bestaande chemische stof in het boorgat. De kalkremmer werd echter alleen gebruikt bij omgevingstemperaturen aan de bovenzijde en op de zeebodem (4-20℃).Wanneer de chemische stof in de put wordt geïnjecteerd, kan de temperatuur oplopen tot 90℃, maar bij deze temperatuur zijn geen verdere tests uitgevoerd.

 

De eerste corrosiviteitstests waren uitgevoerd door de chemische leverancier en de resultaten lieten 2-4 mm/jaar zien voor koolstofstaal bij hoge temperaturen.Tijdens deze fase was er sprake van een minimale betrokkenheid van de materiaaltechnische competentie van de exploitant.Later werden nieuwe tests uitgevoerd door de operator, waaruit bleek dat de aanslagremmer zeer corrosief was voor de materialen in de productiebuizen en de productiebehuizing, met corrosiesnelheden van meer dan 70 mm/jaar.Het materiaal voor de chemische injectieleiding Alloy 825 was voorafgaand aan de injectie niet getest op de aanslagremmer.De puttemperatuur kan 90℃ bereiken en onder deze omstandigheden moeten adequate tests zijn uitgevoerd.

 

Uit het onderzoek bleek ook dat de kalkremmer als geconcentreerde oplossing een pH van <3,0 had gerapporteerd.De pH was echter niet gemeten.Later vertoonde de gemeten pH een zeer lage waarde van pH 0-1.Dit illustreert de noodzaak van metingen en materiaaloverwegingen naast de gegeven pH-waarden.

 

Interpretatie van de resultaten

 

De injectieleiding (Fig.3) is zo geconstrueerd dat de hydrostatische druk van de aanslagremmer ruimschoots groter is dan de druk op het injectiepunt.De remmer wordt geïnjecteerd bij een hogere druk dan in de boorput aanwezig is.Dit resulteert in een U-buiseffect bij het afsluiten van de put.De klep zal altijd openen bij een hogere druk in de injectieleiding dan in de put.Er kan daardoor vacuüm of verdamping in de injectieleiding ontstaan.De corrosiesnelheid en het risico op putvorming zijn het grootst in de gas/vloeistofovergangszone als gevolg van verdamping van het oplosmiddel.Laboratoriumexperimenten uitgevoerd op coupons bevestigden deze theorie.In de putten waar lekkage werd ervaren, bevonden alle gaten in de injectieleidingen zich in het bovenste gedeelte van de chemicaliëninjectieleiding.

 

Fig. 4 toont fotografie van de DHC I-lijn met aanzienlijke putcorrosie.De corrosie op de buitenste productiebuizen duidde op een lokale blootstelling aan kalkremmer vanaf het putjeslekpunt.De lekkage werd veroorzaakt door putcorrosie door zeer corrosieve chemicaliën en lekkage via de injectieleiding voor chemicaliën in de productiebehuizing.De aanslagremmer werd vanuit de capillaire leiding met putjes op de behuizing en de buizen gespoten en er traden lekkages op.Er was geen rekening gehouden met eventuele secundaire gevolgen van lekkages in de injectieleiding.Er werd geconcludeerd dat de corrosie van de behuizing en de buizen het gevolg was van geconcentreerde kalkremmers die vanuit de capillaire lijn met putjes op de behuizing en de buizen werden aangebracht, figuur 5.

 

In dit geval was er sprake van een gebrek aan betrokkenheid van ingenieurs op het gebied van de materiële competentie.De corrosiviteit van de chemische stof op de DHCI-lijn was niet getest en de secundaire effecten als gevolg van lekkage waren niet geëvalueerd;zoals de vraag of de omringende materialen chemische blootstelling kunnen verdragen.

 

Casusgeschiedenis van de koning van de chemische wapens

 

Volgorde van de gebeurtenissen

 

De strategie voor het voorkomen van kalkaanslag voor een HP HT-veld was de continue injectie van kalkremmer stroomopwaarts van de veiligheidsklep in het boorgat.In de put werd een ernstig calciumcarbonaataanslagpotentieel vastgesteld.Een van de uitdagingen was de hoge temperatuur en hoge gas- en condensaatproductie in combinatie met een lage waterproductie.De zorg bij het injecteren van kalkremmer was dat het oplosmiddel zou worden verwijderd door de hoge gasproductiesnelheid en dat de gun king van de chemische stof zou optreden bij het injectiepunt stroomopwaarts van de veiligheidsklep in de put, figuur 1.

 

Tijdens de kwalificatie van de kalkremmer lag de nadruk op de efficiëntie van het product onder HP HT-omstandigheden, inclusief het gedrag in het bovenzijdige processysteem (lage temperatuur).Het neerslaan van de kalkremmer zelf in de productiebuizen als gevolg van de hoge gassnelheid was het grootste probleem.Laboratoriumtests hebben aangetoond dat kalkremmers kunnen neerslaan en zich aan de buiswand kunnen hechten.Het bedienen van de veiligheidsklep kan daarom het risico verslaan.

 

Uit ervaring is gebleken dat na enkele weken gebruik de chemicaliënleiding lekte.Het was mogelijk de boorputdruk te controleren op de oppervlaktemeter die in de capillaire lijn was geïnstalleerd.De lijn werd geïsoleerd om de integriteit van de put te verkrijgen.

 

De injectielijn voor chemicaliën werd uit de put getrokken, geopend en geïnspecteerd om het probleem te diagnosticeren en mogelijke redenen voor het falen te vinden.Zoals te zien is in figuur 6 werd een aanzienlijke hoeveelheid neerslag gevonden en uit chemische analyse bleek dat een deel hiervan de aanslagremmer was.Het neerslag bevond zich bij de afdichting en de schotel en de klep konden niet worden bediend.

 

De klepstoring werd veroorzaakt door vuil in het klepsysteem, waardoor de terugslagkleppen niet aan de metaal-op-metaal zitting konden eten.Het puin werd onderzocht en de belangrijkste deeltjes bleken metaalspaanders te zijn, waarschijnlijk geproduceerd tijdens het installatieproces van de capillaire lijn.Bovendien werd er wat wit vuil aangetroffen op beide keerkleppen, vooral aan de achterkant van de kleppen.Dit is de lagedrukzijde, dwz de zijde die altijd in contact zal zijn met de boorvloeistoffen.Aanvankelijk werd aangenomen dat dit afval uit de productieputboring was, aangezien de kleppen open waren vastgelopen en waren blootgesteld aan boorvloeistoffen.Maar bij onderzoek bleken de brokstukken polymeren te zijn met een vergelijkbare chemie als de chemische stof die als aanslagremmer werd gebruikt.Dit trok onze interesse en Statoil wilde de redenen achter dit polymeerafval in de capillaire lijn onderzoeken.

 

Chemische kwalificatie

 

In een HP HT-veld zijn er veel uitdagingen met betrekking tot de selectie van geschikte chemicaliën om de verschillende productieproblemen te verzachten.Bij de kwalificatie van de kalkremmer voor continue injectie onder in het boorgat zijn de volgende tests uitgevoerd:

• Productstabiliteit
• Thermische veroudering
• Dynamische prestatietests
• Compatibiliteit met formatiewater en hydraatremmer (MEG)
• Statische en dynamische gun king-test
• Informatie over heroplossing water, verse chemische stof en MEG

 

De chemische stof zal worden geïnjecteerd met een vooraf bepaalde dosering, maar de waterproductie zal niet noodzakelijkerwijs constant zijn, dwz waterslibvorming.Tussen de waterslakken, wanneer de chemische stof de boorput binnendringt, wordt deze opgewacht door een hete, snelstromende stroom koolwaterstofgas.Dit is vergelijkbaar met het injecteren van een kalkremmer in een gaslifttoepassing (Fleming etal.2003). Samen met

Door de hoge gastemperatuur is het risico op het strippen van oplosmiddel extreem hoog en kan de pistoolkoning verstopping van de injectieklep veroorzaken.Dit is zelfs een risico voor chemicaliën die zijn geformuleerd met oplosmiddelen met een hoog kookpunt/lage dampdruk en andere dampdrukverlagende middelen (VPD's). In het geval van een gedeeltelijke verstopping moet de stroom formatiewater, MEG en/of verse chemicaliën kunnen worden verwijderd. of de gedehydrateerde of uitgestorven chemische stof opnieuw oplossen.

 

In dit geval werd een nieuwe laboratoriumtestinstallatie ontworpen om de stromingsomstandigheden nabij de injectiepoorten bij een HP/HTg-productiesysteem na te bootsen.De resultaten van de dynamische gun king-tests tonen aan dat onder de voorgestelde toepassingsomstandigheden een aanzienlijk oplosmiddelverlies werd geregistreerd.Dit zou kunnen leiden tot een snelle wapenkoning en uiteindelijk tot blokkering van de stroomlijnen.Het werk toonde daarom aan dat er een relatief significant risico bestond voor continue chemische injectie in deze putten voorafgaand aan de waterproductie en leidde tot de beslissing om de normale opstartprocedures voor dit veld aan te passen, waardoor de chemische injectie werd uitgesteld totdat er een waterdoorbraak werd gedetecteerd.

 

Bij de kwalificatie van ketelsteenremmer voor continue injectie in het boorgat lag de nadruk sterk op het strippen van oplosmiddelen en de gun king van de ketelsteenremmer op het injectiepunt en in de stroomlijn, maar het potentieel voor gun king in de injectieklep zelf werd niet geëvalueerd.De injectieklep faalde waarschijnlijk als gevolg van aanzienlijk verlies van oplosmiddel en snelle gun king, Fig.6. De resultaten laten zien dat het belangrijk is om een ​​holistisch beeld van het systeem te hebben;richten zich niet alleen op de productie-uitdagingen, maar ook op uitdagingen die verband houden met de injectie van de chemische stof, dat wil zeggen de injectieklep.

 

Ervaring uit andere vakgebieden

 

Een van de eerste rapporten over problemen met chemische injectieleidingen over lange afstanden was afkomstig van de Gull fak sandVig dis satellietvelden (Osa etal.2001). De onderzeese injectieleidingen waren geblokkeerd voor hydraatvorming binnen de leiding als gevolg van het binnendringen van gas uit de geproduceerde vloeistoffen. via de injectieklep in de leiding.Er werden nieuwe richtlijnen ontwikkeld voor de ontwikkeling van chemicaliën voor de onderzeese productie.De vereisten omvatten de verwijdering van deeltjes (filtratie) en de toevoeging van een hydraatremmer (bijv. glycol) aan alle kalkremmers op waterbasis die in de onderzeese sjablonen moesten worden geïnjecteerd.Er werd ook rekening gehouden met chemische stabiliteit, viscositeit en compatibiliteit (vloeistof en materialen).Deze vereisten zijn verder doorgevoerd in het Statoil-systeem en omvatten onder meer chemische injectie in het boorgat.

 

Tijdens de ontwikkelingsfase van het Oseberg S-veld werd besloten dat alle putten moesten worden aangevuld met DHC I-systemen (Fleming etal.2006). Het doel was om CaCO；-aanslag in de bovenste buizen te voorkomen door middel van SI-injectie.Een van de grootste uitdagingen met betrekking tot de injectieleidingen voor chemicaliën was het realiseren van communicatie tussen het oppervlak en de uitlaat in het boorgat.De interne diameter van de injectielijn voor chemicaliën versmalde van 7 mm tot 0,7 mm (ID) rond de veiligheidsklep in de annulus vanwege ruimtebeperkingen en het vermogen van de vloeistof om door deze sectie te worden getransporteerd, had invloed gehad op het succespercentage.Verschillende platformputten hadden chemische injectieleidingen die verstopt waren, maar de reden werd niet begrepen.Treinen met verschillende vloeistoffen (glycol, ruwe olie, condensaat, xyleen, aanslagremmer, water enz.) werden in het laboratorium getest op viscositeit en compatibiliteit en voorwaarts en in tegengestelde richting gepompt om de leidingen te openen;de beoogde aanslagremmer kon echter niet helemaal naar de chemische injectieklep worden gepompt.Verder werden complicaties waargenomen bij het neerslaan van de fosfonaataanslagremmer samen met de resterende CaClz-aanvullingspekel in één put en gun king van de aanslagremmer in een put met een hoge gasolieverhouding en een lage waterafsnijding (Fleming etal.2006).

 

Les geleerd

 

Ontwikkeling van testmethoden

 

De belangrijkste lessen die zijn getrokken uit het falen van DHC I-systemen hebben betrekking op de technische efficiëntie van de aanslagremmer en niet op het gebied van de functionaliteit en chemische injectie.Injectie aan de bovenzijde en onder water hebben in de loop van de tijd goed gefunctioneerd;de toepassing is echter uitgebreid tot chemische injectie in het boorgat zonder een overeenkomstige update van de chemische kwalificatiemethoden.De ervaring van Statoil uit de twee gepresenteerde praktijkvoorbeelden is dat de geldende documentatie of richtlijnen voor chemische kwalificatie moeten worden bijgewerkt om dit type chemische toepassing op te nemen.De twee belangrijkste uitdagingen zijn geïdentificeerd als i) vacuüm in de injectielijn voor chemicaliën en ii) potentiële precipitatie van de chemische stof.

 

Verdamping van de chemische stof kan plaatsvinden op de productieslangen (zoals te zien in de pistoolkoningskast) en in de injectieslangen (er is een transiënt grensvlak geïdentificeerd in de vacuümkast). Er bestaat een risico dat deze neerslagen met de stroom mee worden verplaatst en in de injectieklep en verder de put in.De injectieklep is vaak ontworpen met een filter stroomopwaarts van het injectiepunt, dit is een uitdaging, omdat bij neerslag dit filter verstopt kan raken waardoor de klep defect raakt.

 

De observaties en voorlopige conclusies uit de geleerde lessen resulteerden in een uitgebreid laboratoriumonderzoek naar de verschijnselen.Het algemene doel was om nieuwe kwalificatiemethoden te ontwikkelen om soortgelijke problemen in de toekomst te voorkomen.In dit onderzoek zijn verschillende tests uitgevoerd en verschillende laboratoriummethoden ontworpen (ontwikkeld om) chemicaliën te onderzoeken met betrekking tot de geïdentificeerde uitdagingen.

• Filterverstoppingen en productstabiliteit in gesloten systemen.
• Het effect van gedeeltelijk oplosmiddelverlies op de corrosiviteit van de chemicaliën.
• Het effect van gedeeltelijk verlies van oplosmiddel in een capillair op de vorming van vaste stoffen of stroperige proppen.

 

Tijdens het testen van de laboratoriummethoden zijn verschillende potentiële problemen geïdentificeerd

 

• Herhaalde filterblokkeringen en slechte stabiliteit.
• Vorming van vaste stoffen na gedeeltelijke verdamping uit een capillair
• pH-veranderingen als gevolg van verlies van oplosmiddel.

 

De aard van de uitgevoerde tests heeft ook aanvullende informatie en kennis opgeleverd met betrekking tot veranderingen in de fysische eigenschappen van chemicaliën in capillairen wanneer ze aan bepaalde omstandigheden worden blootgesteld, en hoe dit verschilt van bulkoplossingen die aan vergelijkbare omstandigheden worden onderworpen.Het testwerk heeft ook aanzienlijke verschillen aangetoond tussen de bulkvloeistof, dampfasen en restvloeistoffen, die kunnen leiden tot een verhoogd potentieel voor neerslag en/of verhoogde corrosiviteit.

 

De testprocedure voor de corrosiviteit van de aanslagremmers werd ontwikkeld en opgenomen in de geldende documentatie.Voor elke toepassing moesten uitgebreide corrosiviteitstests worden uitgevoerd voordat de injectie van een kalkremmer kon worden geïmplementeerd.Er zijn ook Gun King-tests van de chemische stof in de injectieleiding uitgevoerd.

 

Voordat u begint met de kwalificatie van een chemische stof, is het belangrijk om een ​​werkterrein te creëren waarin de uitdagingen en het doel van de chemische stof worden beschreven.In de beginfase is het belangrijk om de belangrijkste uitdagingen te identificeren om de soorten chemische stoffen te kunnen selecteren die het probleem zullen oplossen.Een samenvatting van de belangrijkste acceptatiecriteria vindt u in Tabel 2.

 

Kwalificatie van chemicaliën

 

De kwalificatie van chemicaliën bestaat uit zowel testen als theoretische evaluaties voor elke toepassing.Technische specificaties en testcriteria moeten worden gedefinieerd en vastgelegd, bijvoorbeeld op het gebied van HSE, materiaalcompatibiliteit, productstabiliteit en productkwaliteit (deeltjes).Verder moeten het vriespunt, de viscositeit en de compatibiliteit met andere chemicaliën, hydraatremmers, formatiewater en de geproduceerde vloeistof worden bepaald.Tabel 2 bevat een vereenvoudigde lijst van testmethoden die mogelijk worden gebruikt voor de kwalificatie van chemische stoffen.

 

Continue aandacht voor en monitoring van de technische efficiëntie, doseringen en HSE-feiten zijn belangrijk.De vereisten van een product kunnen variëren gedurende de levensduur van een veld of een procesinstallatie; variëren afhankelijk van de productiesnelheid en de vloeistofsamenstelling.Er moeten vervolgactiviteiten plaatsvinden met evaluatie van de prestaties, optimalisatie en/of testen van nieuwe chemicaliën

regelmatig om een ​​optimaal behandelprogramma te garanderen.

 

Afhankelijk van de oliekwaliteit, de waterproductie en de technische uitdagingen bij de offshore-productie-installatie, kan het gebruik van productiechemicaliën noodzakelijk zijn om de exportkwaliteit en wettelijke vereisten te bereiken en om de offshore-installatie op een veilige manier te exploiteren.Alle velden hebben verschillende uitdagingen, en de benodigde productiechemicaliën zullen van veld tot veld en in de loop van de tijd variëren.

 

Het is belangrijk om je in een kwalificatieprogramma te concentreren op de technische efficiëntie van productiechemicaliën, maar het is ook erg belangrijk om je te concentreren op de eigenschappen van de chemische stof, zoals stabiliteit, productkwaliteit en compatibiliteit.Compatibiliteit in deze setting betekent compatibiliteit met de vloeistoffen, materialen en andere productiechemicaliën.Dit kan een uitdaging zijn.Het is niet wenselijk een chemische stof te gebruiken om een ​​probleem op te lossen om later te ontdekken dat de chemische stof bijdraagt ​​aan nieuwe uitdagingen of deze creëert.Misschien zijn het de eigenschappen van de chemische stof en niet de technische uitdaging die de grootste uitdaging vormen.

 

Speciale vereisten

 

Er moeten speciale eisen worden gesteld aan de filtratie van aangevoerde producten voor het onderzeese systeem en voor continue injectie onder in het boorgat.Zeven en filters in het chemicaliëninjectiesysteem moeten worden geleverd op basis van de specificatie van de stroomafwaartse apparatuur, vanaf het injectiesysteem aan de bovenzijde, de pompen en injectiekleppen tot de injectiekleppen in het boorgat.Wanneer continue injectie van chemicaliën in het boorgat wordt toegepast, moet de specificatie in het chemicaliëninjectiesysteem gebaseerd zijn op de specificatie met de hoogste kriticiteit.Dit kan het filter bij de injectieklep in het boorgat zijn.

 

Injectie-uitdagingen

 

Het injectiesysteem kan een afstand van 3 tot 50 km van de onderzeese navelstreng en 1 tot 3 km diep in de put impliceren.Fysische eigenschappen zoals viscositeit en het vermogen om de chemicaliën te verpompen zijn belangrijk.Als de viscositeit bij de temperatuur van de zeebodem te hoog is, kan het een uitdaging zijn om de chemische stof door de injectielijn voor chemicaliën in de onderzeese navelstreng en naar het onderzeese injectiepunt of in de put te pompen.De viscositeit moet overeenkomen met de systeemspecificaties bij de verwachte opslag- of operationele temperatuur.Dit moet van geval tot geval worden geëvalueerd en is systeemafhankelijk.De snelheid van de chemische injectie is een factor voor succes bij chemische injectie.Om het risico op verstopping van de injectielijn voor chemicaliën te minimaliseren, moeten de chemicaliën in dit systeem hydraatgeremd zijn (indien mogelijk voor hydraten).Compatibiliteit met vloeistoffen in het systeem (conserveringsvloeistof) en de hydraatremmer moet worden uitgevoerd.Stabiliteitstests van de chemische stof bij werkelijke temperaturen (laagst mogelijke omgevingstemperatuur, omgevingstemperatuur, onderzeese temperatuur, injectietemperatuur) moeten worden doorstaan.

 

Er moet ook worden gedacht aan een programma voor het wassen van de injectieleidingen voor chemicaliën met een bepaalde frequentie.Het kan een preventief effect hebben als u de injectieleiding voor chemicaliën regelmatig doorspoelt met oplosmiddel, glycol of chemische reinigingsmiddelen om mogelijke afzettingen te verwijderen voordat deze zich ophopen en verstopping van de leiding kunnen veroorzaken.De gekozen chemische oplossing van de spoelvloeistof moet dat zijn

compatibel met de chemische stof in de injectielijn.

 

In sommige gevallen wordt de chemische injectielijn gebruikt voor verschillende chemische toepassingen op basis van verschillende uitdagingen gedurende de levensduur in het veld en de vloeistofomstandigheden.In de initiële productiefase vóór de doorbraak van water kunnen de belangrijkste uitdagingen verschillen van die in de late levensfase, die vaak verband houden met een verhoogde waterproductie.Het overstappen van een niet-waterige oplosmiddelgebaseerde remmer, zoals een asfalteenremmer, naar een op water gebaseerde chemische stof, zoals een kalkremmer, kan problemen met de compatibiliteit opleveren.Het is daarom belangrijk om te focussen op de compatibiliteit en kwalificatie en het gebruik van afstandhouders wanneer er plannen zijn om chemicaliën in de injectielijn voor chemicaliën te vervangen.

 

Materialen

 

Wat de materiaalcompatibiliteit betreft, moeten alle chemicaliën compatibel zijn met afdichtingen, elastomeren, pakkingen en constructiematerialen die worden gebruikt in het chemische injectiesysteem en de productie-installatie.Er moet een testprocedure voor de corrosiviteit van chemicaliën (bijv. zure aanslagremmer) voor continue injectie in het boorgat worden ontwikkeld.Voor elke toepassing moeten uitgebreide corrosiviteitstests worden uitgevoerd voordat injectie van chemicaliën kan worden geïmplementeerd.

 

Discussie

 

De voor- en nadelen van continue chemische injectie in het boorgat moeten worden geëvalueerd.Continue injectie van kalkremmer om de DHS te beschermen. Voor de productiebuizen is een elegante methode om de put tegen kalkaanslag te beschermen.Zoals vermeld in dit artikel zijn er verschillende uitdagingen bij continue chemische injectie in het boorgat. Om het risico te verminderen is het echter belangrijk om de verschijnselen te begrijpen die verband houden met de oplossing.

 

Eén manier om het risico te verkleinen is door te focussen op de ontwikkeling van testmethoden.Vergeleken met boven- of onderzeese chemische injectie zijn er beneden in de put andere en zwaardere omstandigheden.Bij de kwalificatieprocedure voor chemicaliën voor continue injectie van chemicaliën in de boorput moet rekening worden gehouden met deze veranderingen in de omstandigheden.De kwalificatie van de chemicaliën moet plaatsvinden op basis van het materiaal waarmee de chemicaliën in contact kunnen komen.De vereisten voor compatibiliteitskwalificatie en testen onder omstandigheden die de verschillende levenscyclusvoorwaarden waaronder deze systemen zullen werken zo dicht mogelijk benaderen, moeten worden bijgewerkt en geïmplementeerd.De ontwikkeling van de testmethode moet verder worden ontwikkeld naar meer realistische en representatieve tests.

 

Daarnaast is de interactie tussen de chemicaliën en de apparatuur essentieel voor succes.Bij de ontwikkeling van chemische injectiekleppen moet rekening worden gehouden met de chemische eigenschappen en de locatie van de injectieklep in de put.Er moet worden overwogen om echte injectiekleppen op te nemen als onderdeel van de testapparatuur en om prestatietests uit te voeren van de kalkremmer en het klepontwerp als onderdeel van het kwalificatieprogramma.Om kalkremmers te kwalificeren lag de nadruk eerder op de procesuitdagingen en schaalremming, maar een goede schaalremming is afhankelijk van stabiele en continue injectie.Zonder stabiele en continue injectie zal het schaalpotentieel toenemen.Als de injectieklep voor kalkremmer kapot is en er geen injectie van kalkremmer in de vloeistofstroom plaatsvindt, zijn de put en de veiligheidskleppen niet beschermd tegen kalkaanslag en kan een veilige productie in gevaar komen.De kwalificatieprocedure moet rekening houden met de uitdagingen die verband houden met de injectie van de kalkremmer, naast de procesuitdagingen en de efficiëntie van de gekwalificeerde kalkremmer.

 

Bij de nieuwe aanpak zijn meerdere disciplines betrokken en de samenwerking tussen de disciplines en hun respectievelijke verantwoordelijkheden moet worden verduidelijkt.Bij deze toepassing zijn het processysteem aan de bovenzijde, onderzeese sjablonen en putontwerp en voltooiing betrokken.Multidisciplinaire netwerken die zich richten op het ontwikkelen van robuuste oplossingen voor chemische injectiesystemen zijn belangrijk en misschien wel de weg naar succes.Communicatie tussen de verschillende disciplines is van cruciaal belang;Vooral nauwe communicatie tussen de chemici die controle hebben over de toegepaste chemicaliën en de putingenieurs die controle hebben over de apparatuur die in de put wordt gebruikt, is belangrijk.Om de uitdagingen van de verschillende disciplines te begrijpen en van elkaar te leren, is het essentieel om de complexiteit van het hele proces te begrijpen.

 

Conclusie

 

• Continue injectie van kalkremmer om de DHS te beschermen. Voor de productiebuizen is een elegante methode om de put te beschermen tegen kalkaanslag
• Om de geïdentificeerde uitdagingen op te lossen, zijn de volgende aanbevelingen:

Er moet een speciale DHCI-kwalificatieprocedure worden uitgevoerd.

Kwalificatiemethode voor chemische injectiekleppen

Test- en kwalificatiemethoden voor chemische functionaliteit

Methode ontwikkeling

Relevante materiaaltesten

• De multidisciplinaire interactie waarbij communicatie tussen de verschillende betrokken disciplines cruciaal is voor succes.

 

 

 

Dankbetuigingen

De auteur wil Statoil AS A bedanken voor toestemming om dit werk te publiceren en Baker Hughes en Schlumberger voor het gebruik van de afbeelding in Fig.2.

 

Nomenclatuur

 

(Ba/Sr)SO4 CaCO3 DHCI DHSV bijv GOR HSE HPHT ID kaart d.w.z km mm MEG mMD OD SI mTV D U-buis VPD

=barium/strontiumsulfaat = calciumcarbonaat =chemische injectie in het boorgat =veiligheidsklep in het boorgat =bijvoorbeeld =gasolieverhouding =gezondheidsveiligheidsomgeving =hoge druk hoge temperatuur = binnendiameter = dat wil zeggen =kilometers =millimeter =mono-ethyleenglycol = meter gemeten diepte =buitendiameter =kalkremmer = meter totale verticale diepte =U-vormige buis =dampdrukverlager

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figuur 1. Overzicht van de onderzeese en ondergrondse chemische injectiesystemen in een atypisch veld.Schets van chemische injectie stroomopwaarts DHSV en de daarmee samenhangende verwachte uitdagingen.DHS V=veiligheidsklep in het boorgat, PWV=procesvleugelklep en PM V=proceshoofdklep.

 

 

Figuur 2. Schets van een atypisch chemisch injectiesysteem in het boorgat met de doorn en klep.Het systeem wordt aangesloten op het oppervlakteverdeelstuk, doorgeleid en verbonden met de slanghanger aan de ringvormige zijde van de slang.De chemische injectiedoorn wordt traditioneel diep in de put geplaatst met de bedoeling chemische bescherming te bieden.

 

 

Figuur 3. Typisch schema van de putbarrière, waarbij de blauwe kleur de primaire putbarrièreomhulling vertegenwoordigt;in dit geval de productiebuizen.De rode kleur vertegenwoordigt de secundaire barrière-omhulling;de behuizing.Aan de linkerkant wordt de chemische injectie aangegeven, zwarte lijn met injectiepunt naar de productieslang in het rood gemarkeerde gebied (secundaire barrière).

 

 

Figuur 4. Gat in het bovenste gedeelte van de 3/8” injectieleiding.Het gebied wordt weergegeven in de schets van een atypisch schema van de putbarrière, gemarkeerd met een oranje ellips.

 

 

 

 

 

Figuur 5. Ernstige corrosie-aantasting van de 7” 3% Chrome-buis.De figuur toont de corrosie-aantasting nadat kalkremmer vanuit de putvormige injectielijn voor chemicaliën op de productiebuizen is gespoten.

 

 

Figuur 6. Vuil gevonden in de injectieklep voor chemicaliën.Het vuil in dit geval bestond uit metaalspaanders, waarschijnlijk afkomstig van het installatieproces, naast wat witachtig vuil.Onderzoek van het witte puin bleek polymeren te zijn met een vergelijkbare chemie als de geïnjecteerde chemische stof