王雪松

大慶油田工程有限公司

三元復(fù)合驅(qū)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的三次采油新技術(shù),與水驅(qū)及聚合物驅(qū)相比,顯著提高了驅(qū)油效率,已經(jīng)在大慶油田得到了廣泛的應(yīng)用.然而,在三元復(fù)合驅(qū)的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)過(guò)程中,由于堿的注入,采出水中的結(jié)垢離子濃度增加,引起部分單井管道、計(jì)量間內(nèi)部工藝管道、站間集油及摻水管道嚴(yán)重淤積結(jié)垢,由此造成油井及管道堵塞、加熱效率降低、設(shè)備和管道的局部腐蝕穿孔等問(wèn)題,降低了油井的正常生產(chǎn)能力及油氣管道的有效輸送能力,增加了油田的生產(chǎn)成本及能耗[1-2].因此,選擇合理的除垢技術(shù)對(duì)于提高三元復(fù)合驅(qū)生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本等方面具有重要意義.

1 結(jié)垢規(guī)律及除垢技術(shù)選擇

由于大慶油田地處高寒地區(qū),且原油具有"高含蠟、高凝點(diǎn)、高黏度"等特性,為實(shí)現(xiàn)井筒清蠟、提高油井采出液溫度及改善采出液流動(dòng)性,大慶油田三元復(fù)合驅(qū)集輸系統(tǒng)通常采用雙管摻熱水集油流程(圖1),即:油井生產(chǎn)的油氣混合物在井口與摻入的熱水混合后,混輸至計(jì)量間,需要計(jì)量的某油井產(chǎn)液進(jìn)入計(jì)量分離器,完成油氣計(jì)量后,進(jìn)入分離沉降緩沖罐;其余各油井產(chǎn)生的油氣混合物則直接進(jìn)入分離沉降緩沖罐;完成油氣分離后,分離出的原油經(jīng)外輸泵增壓后輸至下級(jí)站場(chǎng);分離出的水經(jīng)摻水爐加熱,由摻水泵增壓后回?fù)街辆?在油井需要清蠟時(shí)分離出的水可由熱洗加熱爐加熱,經(jīng)熱洗泵增壓后輸至井口進(jìn)行清蠟.

圖1 雙管摻熱水集油流程簡(jiǎn)圖Fig.1 Process flow diagram of two-pipe thermal water-mixing and oil-collecting

通過(guò)跟蹤三元復(fù)合驅(qū)集輸系統(tǒng)的運(yùn)行狀況,驅(qū)替時(shí)間愈長(zhǎng),集輸系統(tǒng)結(jié)垢現(xiàn)象愈加嚴(yán)重,結(jié)垢主要成分為硅垢(注強(qiáng)堿)、碳酸鹽垢(注弱堿),且質(zhì)地堅(jiān)硬[3-5].由于結(jié)垢物質(zhì)地堅(jiān)硬,采用熱洗的方法已經(jīng)無(wú)法達(dá)到良好的除垢效果,此時(shí)可選用化學(xué)法除垢,其原理為利用化學(xué)試劑與管道或設(shè)備上的垢發(fā)生化學(xué)反應(yīng),使垢軟化、剝離從而達(dá)到除垢的作用.此方法雖然目前使用較多,并且發(fā)展較為成熟,但最大的缺點(diǎn)在于除垢劑會(huì)對(duì)地層及環(huán)境帶來(lái)極大的污染[6].而選用空穴射流法除垢,作業(yè)過(guò)程不使用任何化學(xué)藥品,避免了對(duì)環(huán)境的污染;同時(shí),該方法不論結(jié)垢質(zhì)地軟硬,均能達(dá)到理想的清洗效果,并且作業(yè)周期短,所需人力少.因此,空穴射流法對(duì)油田集輸管道除垢有很好的應(yīng)用前景[7].

2 空穴射流技術(shù)原理

空穴射流沖洗技術(shù)利用的是流體力學(xué)中的"空穴效應(yīng)"原理,即利用水射流流束內(nèi)的氣泡在破裂過(guò)程中產(chǎn)生的超聲微波射流和激波沖擊,在局部區(qū)域產(chǎn)生極高的應(yīng)力集中,造成被沖擊物表面破壞,從而達(dá)到清管的效果.清管器是由交錯(cuò)疊加的韌性葉片組成,當(dāng)水流推動(dòng)其前進(jìn)時(shí),水流會(huì)通過(guò)清管器葉片間隙形成急速旋轉(zhuǎn)的渦流,渦流中的大量氣泡瞬間崩裂并產(chǎn)生微波,微波沖擊管壁并使葉片產(chǎn)生高頻振動(dòng),在葉片的高頻振動(dòng)及葉片間形成的高壓水切刀的共同作用下,使管道中的污垢得到清除[8-10].

3 系統(tǒng)除垢流程

三元復(fù)合驅(qū)集輸系統(tǒng)除垢作業(yè)主要是轉(zhuǎn)油站至計(jì)量間的站間集油、摻水管道,計(jì)量間內(nèi)的工藝管道,以及計(jì)量間至油井的集油、摻水管道.

改進(jìn)前,對(duì)站間集油、摻水管道進(jìn)行空穴射流除垢時(shí),首先要停產(chǎn),將管道放空,根據(jù)管道內(nèi)介質(zhì)流向,在計(jì)量間外將集油管道用氣焊切開(kāi),安裝發(fā)球筒,在轉(zhuǎn)油站閥組間外將管道切開(kāi),安裝水龍帶收球,摻水管道則是在轉(zhuǎn)油站閥組間外安裝發(fā)球筒,在計(jì)量間外安裝水龍帶收球;安裝完成后,由發(fā)球筒投入清管器,連接高壓熱洗車(chē)組,清管器在高壓水流的推動(dòng)下在管道內(nèi)移動(dòng)進(jìn)行除垢.以上作業(yè)過(guò)程,由于需要停產(chǎn)及切割管道安裝臨時(shí)收發(fā)球裝置,需要消耗大量時(shí)間,并且需進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)而存在安全隱患.

在計(jì)量間內(nèi)進(jìn)行除垢時(shí),由于匯管上設(shè)有溫度計(jì)套,溫度計(jì)會(huì)對(duì)清管器產(chǎn)生阻礙,使其無(wú)法順利通過(guò),無(wú)法完成除垢工作.

在對(duì)單井至計(jì)量間的集油、摻水管道進(jìn)行除垢時(shí),與站間管道作業(yè)流程一致,同樣需要切割集油、摻水管道,按照介質(zhì)流向安裝臨時(shí)收發(fā)球裝置,投放清管器并連接高壓熱洗車(chē)組后進(jìn)行除垢作業(yè).該作業(yè)過(guò)程同樣消耗時(shí)間長(zhǎng),存在安全隱患.

4 系統(tǒng)除垢工藝改造

4.1 站間集油、摻水管道除垢工藝改造

分別在轉(zhuǎn)油站內(nèi)的集油、摻水匯管及計(jì)量間內(nèi)的集油、摻水匯管上安裝管道沖洗快速連接裝置,該裝置(圖2)由與管道同口徑球閥(或閘閥)、收(發(fā))球筒、放空閥、快速接頭等組成.根據(jù)管道內(nèi)介質(zhì)流向,在集油管道的計(jì)量間端安裝發(fā)球筒,轉(zhuǎn)油站端安裝收球筒;在摻水管道的轉(zhuǎn)油站端安裝發(fā)球筒,在計(jì)量間端安裝收球筒.在站間管道需要除垢時(shí),可以將空穴射流用的清管器放入發(fā)球筒中,將高壓熱洗車(chē)與發(fā)球筒上的快速接頭連接,同時(shí),將接污車(chē)與收球筒上的快速接頭連接,再打開(kāi)收球筒及發(fā)球筒下端的閥門(mén),啟動(dòng)熱洗車(chē),使清管器在高壓水流的推動(dòng)下在管道內(nèi)移動(dòng),進(jìn)行除垢;除垢結(jié)束后,打開(kāi)泄壓閥進(jìn)行泄壓,從收球筒取出清管器.經(jīng)過(guò)上述改造,進(jìn)行除垢作業(yè)時(shí)無(wú)需將管道兩段切開(kāi),既提高了工作效率、降低了成本,也避免了動(dòng)火作業(yè),消除了安全隱患.

圖2 計(jì)量間內(nèi)(左)、轉(zhuǎn)油站內(nèi)(右)管道沖洗快速連接裝置Fig.2 Fast connection device for pipe flushing of metering plant(Left)and transferring-station(Right)

4.2 計(jì)量間內(nèi)除垢工藝改造

為實(shí)現(xiàn)空穴射流用的清管器能在計(jì)量間內(nèi)匯管順利通過(guò),將原有計(jì)量間內(nèi)匯管上的溫度計(jì)插孔改造為滑動(dòng)伸縮式測(cè)溫管(圖3).將溫度計(jì)放入測(cè)溫管,在計(jì)量間日常運(yùn)行時(shí),溫度計(jì)伸入?yún)R管中,測(cè)量介質(zhì)溫度;在計(jì)量間進(jìn)行除垢時(shí),只需轉(zhuǎn)動(dòng)防脫蓋,即可將溫度計(jì)彈出匯管,解決了溫度計(jì)阻礙清管器通過(guò)的問(wèn)題.

圖3 滑動(dòng)伸縮式測(cè)溫管結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structural diagram of sliding telescopic thermometer

4.3 單井集油、摻水管道除垢工藝改造

在單井集油、摻水管道的井口端安裝空穴射流接頭,將計(jì)量間墻外單井集油、摻水管道的彎頭更換成井口管道清洗裝置(圖4).當(dāng)對(duì)單井集油、摻水管道進(jìn)行除垢時(shí),操作流程與改造后的站間管道除垢流程相同,根據(jù)介質(zhì)流向,在集油管道的井口端將高壓泵車(chē)與空穴射流接頭連接,在計(jì)量間端將接污車(chē)與井口管道清洗裝置連接,實(shí)現(xiàn)從井口發(fā)球,在計(jì)量間端收球;在摻水管道的計(jì)量間端將高壓泵車(chē)與井口管道清洗裝置連接,在井口端將接污車(chē)與空穴射流接頭連接,實(shí)現(xiàn)從計(jì)量間端發(fā)球,在井口收球.經(jīng)過(guò)改造后,既提高了單井管道除垢工作效率、降低了成本,也避免了動(dòng)火作業(yè),消除了安全隱患.

圖4 井口管道清洗裝置及空穴射流接頭Fig.4 Wellhead pipe cleaning device and cavitation jet connector

5 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

通過(guò)對(duì)計(jì)量間、站間管道及單井管道進(jìn)行除垢工藝的改造,使得站間及單井管道在除垢時(shí)均實(shí)現(xiàn)了不動(dòng)火作業(yè),消除了安全隱患;在對(duì)站間管道進(jìn)行除垢時(shí),均可進(jìn)行不停產(chǎn)放空、無(wú)障礙通球,計(jì)量間內(nèi)可以達(dá)到無(wú)死角除垢的效果.在改進(jìn)前,對(duì)計(jì)量間及站間管道進(jìn)行除垢需耗時(shí)約20 h,改進(jìn)后僅需約3 h,在改進(jìn)前,單井管道除垢需耗時(shí)約13 h,改進(jìn)后僅需0.5 h,大大節(jié)約了作業(yè)時(shí)間,提高了工作效率.

在三元復(fù)合驅(qū)產(chǎn)能工程中,通過(guò)對(duì)計(jì)量間、單井集油摻水管道,站間集油、摻水管道等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行改造,保障了三元復(fù)合驅(qū)集輸系統(tǒng)除垢工作的順利實(shí)施.在油田實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中應(yīng)用改進(jìn)后的除垢工藝,在現(xiàn)場(chǎng)能夠順利完成除垢工作,提高了油田生產(chǎn)效率,消除了安全隱患.