論井下液體連續加藥裝置的研制
2008-12-31 00:00:00陳富昌
現代商貿工業 2008年9期
摘 要：油井加藥現在有三種方式，井口間隙加藥加藥不勻，效率低，井口連續加藥對藥藥劑篩選要求高、且加快油套管腐蝕，井下固體加藥加藥速度不好控制，針對這些矛盾，作者研制了井下液體連續加藥裝置。該裝置在井下依靠重力從產液中分離出與藥劑不相溶的油（或水）為置換液，通過藥劑與置換液的密度差實現油井連續均勻加藥。該加藥裝置加藥速度在室內通過實驗室標定，現場實際檢測速度通過感耦等離子體原子發射光譜方法來檢測。現場實際加藥速度比設計實驗室標定值略大。
關鍵詞：井下液體連續加藥裝置；原理
中圖分類號：TV文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）09-0380-02
1 現有油井加藥裝置的比較
目前常用的油井加藥方式有三種:井口間隙加藥、井口連續加藥、井下固體加藥。
井口間隙加藥。目前采用該方法加藥的藥劑有破乳劑與清蠟劑兩種。每1-15天加藥一次，加藥前先將套管氣放盡，使套壓為零，然后加入前置液，一般為水，再加入藥劑，然后再加入后置液，一般也是水。 圖1為2000年3月在楊7-1井進行的破乳劑返出速度測試試驗的結果。正常加破乳劑破乳，三天加一次，一次5公斤。測試時泵深1801.3米，泵徑38毫米，沖程3米，沖次6次/分鐘，日產油9.5噸/天，日產水3噸/天，動液面1546米。從圖中可以看出加藥不均勻，造成了一定的藥劑浪費。
圖1 Y7-1井產出液示蹤劑濃度變化曲線
井口連續加藥。中原油田進行了油井井口連續加藥試驗。裝置安裝在井口具有便于安裝，維修方便，藥劑量可以調節等優點。因此油井加藥濃度可根據每口井的生產方式、參數及介質的差異而不同。圖2為該油田做的產出液介質示蹤劑濃度變化曲線，從圖中明顯可以看出，連續加藥要比周期加藥的在產液中藥劑濃度要均勻得多。
圖2 M86井產出液介質示蹤劑濃度彎化曲線
但是井口連續加藥裝置也有缺點，主要有：(1)溶劑易揮發的藥劑，小流量加藥困難。由于加藥量很少，每天0.2-4L/D之間，藥劑沿管壁向下流動，從井口到動液面這么長的距離上，油管、套管壁上形成傳質的表面，因此藥劑在管壁上的附著的面積很大，油溶性藥劑的溶劑在油套環空中揮發，造成溶質析出，影響藥劑使用效果。(2)大氣環境增加藥劑篩選難度。大氣溫度的變化對藥劑性能提出特殊的要求，冬季藥劑需要防凍，夏季要防止藥劑揮發。(3)藥劑對油套管有一定的腐蝕性。藥劑中水分在套管氣的環境下呈酸性，加快油套管腐蝕。有些藥劑如部分緩蝕阻垢劑在高濃度下有一定的腐蝕性的，在低濃度下有，在加藥過程中對油套環空腐蝕作用較大。因此井口連續加藥上述局限性，目前并沒有全面推廣應用。
井下固體加藥。為了解決上述問題，國內先后研制了固體緩蝕劑、固體防垢劑、固體防蠟劑等新型產品。固體緩蝕劑是在液體緩蝕劑的基礎上采取接枝式擴大分子量的辦法提高主劑的熔點，而不影響其緩蝕效果，同時，還要降低主劑在水中的溶解度，以達到成固相后在水中慢慢釋放，以延長其效果，篩選出主劑后，根據其凝固點，篩選固相添加劑、粘接劑、固化劑等。固體防垢劑與固體防蠟劑的制造與固體緩蝕劑類似。
江蘇油田是一個多層系、多油藏類型的小斷塊復雜油田，油層及原油物性差異大，油井產出液具有綜合含水高，CO2、HCO3-、SRB含量高，pH值低的特點，具有很強的腐蝕、結垢傾向;原油的凝固點高、含蠟量大，有較強的結蠟傾向。上述原因導致油井腐蝕嚴重且防腐技術難度大，結蠟嚴重，給生產管理帶來了困難。
由于小斷塊的特點，不同區塊、不同采油層位、不同的含水對藥劑的要求均有所不同，要針對性的對這些藥劑進行改性，并篩選配套的固化劑等藥劑，工作量很大，周期長，不利于生產管理。
總之，上述三種加藥方法在現場雖然有所應用，但是各有缺點。為了克服這些不足，我們研制了井下液體連續加藥裝置，該裝置可以解決上述三種加藥方式存在的大部分問題，只有一個缺點，即在油井修井周期內加藥速度不可調。
2 井下液體連續加藥裝置的原理與結構
在井下存在油水兩相介質的情況下，利用油水兩相的密度差分離出油水兩相介質。以與藥劑不相溶的介質（油或水）為置換液，以置換液與藥劑的密度差形成的壓力差為動力，利用U形管原理，實現連續穩定地以給定速度向產液中添加化學藥劑，從而達到工藝設計要求。
整個裝置由儲液油管、分離部分、流速控制部分三部分組成。
儲液油管用于儲存需要向產液添加的化學藥劑，由油管組成一側通過雙頭實心油管短節盲死，一側與加藥裝置相連；
分離部分用于油氣水三相分離，分離出與添加的化學藥劑不相溶的油（或水）（下簡稱置換液），伴生氣及另一相水（或油）進入油套環空與產液一起進泵采出。
流速控制部分的作用是通過藥劑與置換液進行置換，置換液進入儲液油管，藥劑進入分離裝置，然后再進油套環空，與產液一起向上流動，置換的動力為置換液與藥劑的密度差；兩個出液口有一定的距離，藥劑出口經過節流元件，藥劑的流速通過節流元件流量特性的改變而改變。流速控制部分根據現場的溫度等參數通過室內試驗進行標定；
對藥劑的性能要求:
（1）藥劑為液體，不含0.2mm以上的機械雜質，不能有絮凝物。
（2）藥劑與置換液之間沒有化學反應，物理性質穩定。
3 井下液體加藥裝置滴加速度的室內測定
3.1 測試的目的
對流速控制部分在井下條件下的加藥速度進行測定，并調節節流元件到規定的加藥速度。
3.2 藥劑性質
藥劑：緩蝕阻垢劑KD-27。
藥劑性質：水溶性，密度1260kg/m3。
3.3 裝置
恒溫水浴，1000ml量桶，流速控制部分，專用測試接頭。有機玻璃管。裝置示意圖見圖3。
3.4 測試條件與調節目標
（1）溫度，試驗井的理論計算井下連續加藥裝置位置上的產液溫度，58℃。
（2）置換液，緩蝕阻垢劑為水溶性，因此置換液為試驗井產出原油，只在試驗溫度下沉降脫水，不加破乳劑等藥劑。
（3）加藥目標濃度，60ppm，試驗井產水量為10t/d，藥劑密度1.25g/cm3，折合滴定速度480ml/d。
圖3 流速控制部件室內標定的原理圖
4 現場井下液體加藥速度的檢測
4.1 加藥速度檢測步驟
室內模擬實驗即使盡量與現場條件一致，但是由于井下條件復雜，現場加藥速度能否始終與室內測試結果一致是一個未知數，因此我們采用示蹤劑的方法檢測加藥速度并驗證室內試驗的可靠性。
由于緩蝕阻垢劑中含有磷，而地層水中磷含量不高，因此采用感耦等離子體原子發射光譜方法（ICP-AES）來檢測緩蝕劑的返出濃度。具體檢測方法為：
（1）首先采用實驗井墩2-12的水配制不同濃度的緩蝕阻垢劑標準溶液，然后通過ICP-AES來檢測地層水溶液中磷的含量。
（2）制作標準曲線。
（3）試驗井加藥半個月后，取樣測取磷含量，根據標準曲線計算緩蝕阻垢劑含量。
4.2 感耦離子體原子發射光譜方法測磷含量的原理
感耦等離子體原子發射光譜方法最小檢出限為0.00Xmg/L，校準曲線的線性范圍達105~106，可進行多元素同時或順序測定。
感耦等離體體原子發射光譜分析是以射頻發生器提供的高頻能量加到感應耦合線圈上，并將等離子炬置于該線圈中心，因而在炬管中產生高頻電磁場，用微電火花引燃，使通入炬管中的氬氣電離，產生電子和離子而導電，導電的氣全受高頻電磁場作用，形成與耦合線圈同心的渦流區，強大的電流產生的高熱，從而形成火炬形狀的并可以自持的等離子體，由于高頻電流的趨膚效應及內管載氣的作用，使等離子體呈環狀結構。
樣品由載氣（氬）帶入霧化系統進行霧化后，以氣溶膠形式進入等離子體的軸向通道，在高溫和惰性氣氛中被充分蒸發、原子化、電離和激發，發射出所含元素的特征譜線，根據特征譜線的存在與否，鑒別樣品中是否含有某種元素（定性分析）；根據特征譜線的強度確定樣品中相應元素的含量（定量分析）。
4.3 檢測結果
圖4 井下加藥裝置加藥速度測定計算圖
實際檢測兩次，含磷分別為6mg/L，6.2mg/L，計算緩蝕阻垢劑加藥量分別為65ppm，69ppm，從圖4中可以看出室內標定的結果基本反映現場情況，只是在井下條件下實際的加藥速度要比室內測試的要大一點。
