李樹民

【摘要】本文介紹了微爆射流清洗技術(shù)原理及特點，針對油田注水管道和集輸油管道結(jié)垢，結(jié)蠟的問題，并選擇有代表性的注水管道和集油管道進行清洗試驗，取得了較好的試驗效果，為油田注水管道和集輸油管道的清洗提供了借鑒。

【關(guān)鍵詞】微爆射流 清洗 管道

在油田生產(chǎn)運行中，集輸油管道結(jié)垢、結(jié)蠟是常發(fā)生的問題，導(dǎo)致管道通徑變小，流體流動阻力增加，流量降低，甚至造成管道堵塞，降低了系統(tǒng)運行效率，增加了系統(tǒng)能耗，同時也增加了生產(chǎn)成本，降低管道使用壽命等。因此我們在某油田開展了《微爆射流技術(shù)清洗集輸油管道現(xiàn)場試驗》，取得了較好效果，為今后集輸油管道的清洗提供借鑒。

1 微爆射流清洗技術(shù)簡介

1.1 清洗器結(jié)構(gòu)

由自激振蕩腔、射流噴嘴、旋流通道和疊加的彈性葉片組成。

1.1.1自激振蕩腔

采取風(fēng)琴管式振蕩腔結(jié)構(gòu)，用風(fēng)琴管式諧振腔作為振蕩放大器，諧振腔入口與來水管相連，諧振腔的下部與噴嘴出口相連，出口收縮截面既是激勵機構(gòu)，又是反饋機構(gòu)。當(dāng)穩(wěn)定水流通過時，其收縮面既能使水產(chǎn)生初始壓力激動，又能將壓力激動反饋回諧振腔，形成反饋壓力振蕩。根據(jù)瞬態(tài)流理論，如果壓力激動的頻率與風(fēng)琴管諧振腔的固有頻率匹配，反饋的壓力振蕩就能得到放大，從而在諧振腔內(nèi)產(chǎn)生流體共振，形成駐波，射流剪切層渦流變成大結(jié)構(gòu)分離環(huán)狀渦流，這種大結(jié)構(gòu)的渦流環(huán)可以增強空化作用，從而提高其沖蝕與清洗能力。

1.1.2 射流噴嘴

清洗器前端均勻安裝排布多個錐形噴嘴，噴嘴與振蕩腔出口連通，當(dāng)水流經(jīng)過振蕩腔激發(fā)以后，能夠在清洗器前方散射出傘狀的爆破性沖擊射流。為了獲得最大的射流沖擊力，射流噴嘴與清洗界面之間需要最佳的靶擊距離，管道口徑越大，安裝的射流噴嘴的數(shù)量越多。

1.1.3 旋流通道

圍繞清洗器中軸安裝了4條內(nèi)部有旋轉(zhuǎn)滑道的短管，水流經(jīng)過旋轉(zhuǎn)滑道后，在清洗器前。

1.2 清洗器技術(shù)特點

1.2.1 防堵技術(shù)

清洗器上安裝的獨立旋流通道，解決了傳統(tǒng)清洗器在清洗推垢過程中易出現(xiàn)垢堵的問題。在水流透過清洗器時，在清洗器前方匯聚成龍卷風(fēng)式的旋流，挾帶清洗下來的污垢不停地旋轉(zhuǎn)前行，垢末不在管內(nèi)沉積，直達排污口。

1.2.2 越卡技術(shù)

多層、交錯疊加的彈性葉片組成的球狀清洗器，可以收縮、解體，雙向行走，解決了傳統(tǒng)清洗器在管道中易出現(xiàn)卡阻的問題。

一是管道局部變形（卡點）長度小于管道內(nèi)徑的20%時，清洗器瞬時停頓，清洗器背壓瞬時升高，依靠自身結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，清洗器球狀密封沖頭的彈性葉片倒伏收縮，能夠通過卡阻部位。彈性葉片的倒伏背壓要高于清洗壓力，以保證清洗效果。

二是管道局部變形（卡點）長度超過了管道內(nèi)徑的20%，清洗器依靠自身收縮已經(jīng)無法通過，清洗器背壓持續(xù)升高到一定數(shù)值，鋼片將全部掙脫禁錮的鋼圈，整體分解，散落的葉片隨著水流直達管道的末端出口。

2 試驗與效果

2.1 清洗注水管線

2011年選取了2條工況較為復(fù)雜的管道進行微爆射流清洗試驗，分別為5號3配水間切斷閥至16號6配水間、朝一污東干線閥8至8號3配水間切斷閥。

5號3配水間切斷閥至16號6配水間管道長度3.1km，其中規(guī)格DN150管道長度1.1km，規(guī)格DN100管道長度2.0km，變徑部位在5號1配水間附近，管線中間有DN100干線切斷閥門1個、旁通2處。從投入清洗器清洗至清洗完畢，歷時3.5小時。

朝一污東干線閥8至8號3配水間切斷閥，管道規(guī)格DN150、長度4.6km，管道連接不同規(guī)格的旁通7處，管道中間有DN150干線切斷閥門1個。從投入清洗器清洗至清洗完畢，歷時5.5小時。

清洗工藝參數(shù)選用清洗水流速為0.58-0.65m/s，排放污水量在60-135m³/之間，為管道容積的1.8倍。

從清洗前后末端水質(zhì)看，清洗后末端含油量未檢出，懸浮物固體含量降低到10mg/L以下，清洗效果明顯。

從清洗前后垢質(zhì)分析看，清洗前垢樣成分主要有碳酸鹽、氧化鐵、硅酸鹽、硫酸鹽等，清洗后，氧化鐵占大部分，其它組分均明顯減少。而鐵成分的增加，主要是因為垢下腐蝕嚴重；截取清洗前后管道示件看，洗后管壁基本無垢，清垢效果明顯。

借鑒微爆射流清洗技術(shù)在注水管道清洗成功的經(jīng)驗，2012年我們在集輸油管道上進行了清洗試驗。

2.2 清洗集輸油管線

2.2.1 清洗工藝連接

朝XXX-1集油環(huán)從計量間摻水到回油中途有三口報廢井，經(jīng)勘查已用標準彎頭連接上，可以進行連續(xù)清洗。朝XXX-2井屬雙管摻水流程，從計量間到井口距離500m，摻水及回油管道共計長度1.0km。清洗前首先進行計量間摻水閥及回油閥的關(guān)閉及抽油機停抽，然后用熱水（水溫50度以上為佳）將管道中的殘油替出，準備完畢，開始泄壓，切斷管道，安裝投放裝置與回收裝置，朝XXX-1環(huán)分別在計量間端摻水和回油管道連接，朝XXX-2井分別在計量間端和井口端連接，投放所選清洗器，投放裝置與泵車及清水罐車連接好，尾端回收裝置的一端出口與污水罐車連接好，準備清洗。

2.2.2 清洗試驗

在清洗朝XXX-1集油環(huán)試驗中，先后投放了55mm、62mm直徑的清管器，進行了分級遞進式的清洗，確定了合理的清洗參數(shù)，即清管器選用直徑與結(jié)硬質(zhì)垢內(nèi)壁間隙1mm左右，流速0.78m/s。隨后按照此清洗參數(shù)對朝XXX-2井摻水回油管道進行了清洗，取得了較好效果，也驗證了試驗確定的清洗參數(shù)。

但在第一次清洗試驗中，清管器遇卡，管道穿孔，從漏點到清洗回收端約800m的距離。管道切割開，發(fā)現(xiàn)清洗器已經(jīng)過該點，管線內(nèi)有清管器走過的痕跡，管到內(nèi)壁所結(jié)的垢基本清洗干凈，局部可見少量薄垢。分析有拐點或變徑存在，于是我們采用管線探測儀查找拐點，發(fā)現(xiàn)有兩處拐點，而距離井口100m處地拐點，從檢測情況看，彎度在70度以內(nèi)，切割開管道，清管器卡在該位置，經(jīng)測量彎度60度，管道內(nèi)徑縮小30%以上，致使清管器無法通過。

取出被卡清管器，將原來一個銳角彎頭換成兩個對接的大于和等于90度的彎頭，選用了直徑62的球狀清管器，按照清洗流速0.78m/s的參數(shù)，進行了清洗，檢查管道，內(nèi)壁無垢。

2.2.3 清洗效果

從出口端污水樣品看，初期較渾，中期很渾，后期清澈。

從管壁結(jié)垢狀況看，清洗前垢厚度3mm，清洗后，管道內(nèi)壁無垢。

從集輸油壓差變化看，在保證計量間總摻水壓力與單井（環(huán)）回油溫度基本不變的情況下，清洗前后集輸油壓差均下降0.2MPa以上。

3 結(jié)論及認識

（1）微爆射流清洗技術(shù)在集輸油管道清洗中，清管器選用直徑與結(jié)硬質(zhì)垢內(nèi)壁間隙1mm左右，清洗水流速0.78m/s時，除垢效果較好，管道集輸油壓差降低0.2MPa以上；在注水管道清洗中，清洗水流速為0.58-0.65m/s。

（2）微爆射流清洗技術(shù)在對變徑、旁通等復(fù)雜管道工況適應(yīng)性強，清洗水量小，時間短、效果好，投資回收期約1.23年，尤其適于長距離管道清洗，具有較強的推廣應(yīng)用價值。建議在管道改造或首次清洗時，應(yīng)增加簡易收發(fā)預(yù)留口，方便利用微爆射流清洗技術(shù)定期清洗結(jié)垢管道。

參考文獻

[1] 吳長利，唐翠紅等.油田地面工程存在的主要問

題及對策.石油規(guī)劃設(shè)計[J]，2003，14（4）：17-19