機(jī)械采油井加藥方式優(yōu)化

高越（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

1 原油乳狀液形成分析

1.1 井筒內(nèi)液體流動(dòng)參數(shù)計(jì)算

管道中多相流體運(yùn)動(dòng)問題的研究大部分都是在基本方程的基礎(chǔ)上，借助一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行推理分析將有關(guān)的變量聯(lián)系起來，并提出了很多方法，但是由于其考慮范圍及使用條件不同，使各個(gè)公式的計(jì)算結(jié)果存在一定的差異。Orkiszewski 計(jì)算法是在對(duì)前人的方式方法進(jìn)行分析和討論的基礎(chǔ)上建立的。Orkiszewski 計(jì)算法適用于圓管內(nèi)多相流的計(jì)算，而機(jī)械采油井筒內(nèi)的基本模型是環(huán)形的，因此，在這里需要對(duì)計(jì)算直徑進(jìn)行處理，使它的值隨抽油桿直徑的變化而變化[1-2]。抽油機(jī)井筒內(nèi)各環(huán)節(jié)剪切速率計(jì)算步驟見圖1、圖2 及表1。

根據(jù)液體的流動(dòng)形態(tài)選擇對(duì)應(yīng)的計(jì)算方式求出壓力梯度及密度進(jìn)行循環(huán)計(jì)算。

圖1 程序計(jì)算步驟

計(jì)算泵的實(shí)際漏失量可以在理論漏失量計(jì)算公式的基礎(chǔ)上考慮偏心情況，并參考國外的計(jì)算抽油泵漏失量的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行修正，得到適用于現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)算公式[3]：

圖2 程序計(jì)算界面

表1 井筒內(nèi)各環(huán)節(jié)的剪切速率

式中：

d1——泵的公稱直徑，mm；

Δp——柱塞兩端壓力差，Pa；

μ——?jiǎng)恿︷ざ龋琍a·s；

l——柱塞接觸部分長度，m；

c——柱塞配合間隙在直徑上的尺寸，mm。

漏失速度為

式中：A——間隙面積，m2。

通過計(jì)算得出泵在常態(tài)下的漏失速度為9775.37 mm/s。

根據(jù)Metzner 提出的表觀黏度法換算出剪切速率與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。

剪切速率是指流體的流動(dòng)速度相對(duì)流道高度的變化速率，它可由下式求得：

式中：

γˉ——剪切速率，m/s；

du——流速差，m/s；

dh——所取兩液面的高度差，m；

k ——比例常數(shù)，其取值范圍在10～13 之間，一般情況下取值11；

N ——轉(zhuǎn)速，r/s。

根據(jù)軟件計(jì)算的速度值，運(yùn)用剪切速率的計(jì)算公式，計(jì)算出采出液在流經(jīng)各段時(shí)的剪切速率，并將之帶入Metzner 法便可計(jì)算出不同剪切速率下對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速（表2）。

表2 各環(huán)節(jié)的剪切速率與轉(zhuǎn)速

由表2 可知，在抽油桿的剪切作用下流體速度轉(zhuǎn)化過來的轉(zhuǎn)速最小，在此處能形成不穩(wěn)定的乳狀液。而在其他各段所轉(zhuǎn)化過來的轉(zhuǎn)速都非常高，油氣在柱塞漏失的過程中，都會(huì)形成較穩(wěn)定的乳狀液。

1.2 礦場(chǎng)試驗(yàn)分析

2014年6月進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣觀察。

油井取樣顯微觀察乳化情況見圖3。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)取樣顯微鏡下原油乳化情況

利用微觀察法觀察到現(xiàn)場(chǎng)油樣發(fā)生乳化且較穩(wěn)定，主要原因是：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的剪切速率經(jīng)過換算之后要高于室內(nèi)試驗(yàn)所應(yīng)用的轉(zhuǎn)速，因此在較高轉(zhuǎn)速的作用下，可為乳狀液提供能量，使分散相的分散程度更高。當(dāng)采出液從取樣口流出時(shí)伴有聲響并有氣體析出，由此可以判斷油井的采出物是氣液共存的。在液流不斷上升的過程中井筒內(nèi)液體壓力逐漸減小，氣體逐漸析出，這就必然給采出液提供一定的能量，使之形成的乳狀液更穩(wěn)定[4]。

2 加藥方式的選擇

井口加藥方式是將藥劑直接從井口加入，在井底與原油混合，流經(jīng)抽油泵、井筒及抽油桿后得到充分的混合；而且從油井流進(jìn)計(jì)量間，又從計(jì)量間集輸至中轉(zhuǎn)站和聯(lián)合站，整個(gè)過程行程很長，混合更均勻[5]。

在原油的采出過程中，原油在流經(jīng)抽油泵時(shí)經(jīng)過泵的攪拌，沿著油管上升，在抽油桿的剪切作用下原油得到了一定的能量和速度，并且隨液體不斷的提升，溫度和壓力隨之下降，伴生氣開始析出，乳狀液在這一過程中開始形成。井口加藥方式可以有效地防止原油乳化現(xiàn)象的產(chǎn)生。由于井底的溫度非常高，一般能達(dá)到70～80 ℃，因此，井口加藥不僅可以提高原油的破乳率，而且還能抑制乳狀液的產(chǎn)生。

3 井口加藥效果

選擇現(xiàn)場(chǎng)1#井作為試驗(yàn)井。在沒有進(jìn)行井口加藥措施時(shí)，該井的井口回壓為0.75 MPa。該井的集油流程屬于單井進(jìn)站、集中計(jì)量的油氣混輸流程。原加藥方式是站內(nèi)加藥，現(xiàn)將加藥方式改為井口加藥。加藥濃度與站內(nèi)加藥濃度相同，都為100×10-6。對(duì)油井改變加藥方式后的參數(shù)進(jìn)行采集。

當(dāng)井口加藥濃度與站內(nèi)加藥濃度相同時(shí)，從現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)可以看出油井的回壓有明顯的下降。

為了保證相同的進(jìn)站壓力，降低加入試驗(yàn)井的藥濃度，由原來的100×10-6降到70×10-6。對(duì)油井改變加藥濃度后的參數(shù)進(jìn)行采集。

從調(diào)整井口加藥濃度后油井回壓參數(shù)可以看出，降低井口加藥濃度后，井口回壓接近于之前正常生產(chǎn)時(shí)的回油壓力。

在沒有采用井口加藥方式時(shí)單井的摻水量為3 m3/h，油井的回壓為0.6 MPa，現(xiàn)將采用井口加藥方式的油井的摻水量調(diào)整到2 m3/h，觀察井口回壓變化情況。

從得到的參數(shù)可以看出，當(dāng)油井摻水量降低時(shí)，井口回壓接近于之前正常生產(chǎn)時(shí)的回油壓力。

在沒有采用井口加藥方式時(shí)，熱水出站溫度為70 ℃，井口回壓為0.6 MPa，現(xiàn)將熱水的出站溫度降低到60 ℃，觀察油井井口回壓的變化情況。

從調(diào)整產(chǎn)水量后油井回壓參數(shù)可以看出，降低熱水出站溫度后，井口回壓接近于之前正常生產(chǎn)時(shí)的回油壓力。

井口加藥方式的選擇從根本上改變了原油采出過程中的流動(dòng)特性，使采出液的黏度降低。由于藥劑內(nèi)表面活性劑的作用使井筒和油管內(nèi)壁上形成一層薄的水膜，這就使油管內(nèi)壁從原來的親油特性轉(zhuǎn)變成親水特性，油管內(nèi)壁不易附著上蠟，有效地改善了油管壁和抽油桿的結(jié)蠟問題,使采出液的流動(dòng)通道變得更加暢通，因此井口回壓有所下降。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

試驗(yàn)結(jié)果表明，井口加藥有很好的經(jīng)濟(jì)適用性。

某中轉(zhuǎn)站接收85 口油井來油，是集采油集氣系統(tǒng)伴熱以及外輸油氣水為一體的密閉生產(chǎn)系統(tǒng)，站外集油系統(tǒng)采用雙管摻水流程和單管環(huán)狀流程。目前中轉(zhuǎn)站日注水1080 m3，日產(chǎn)液1340 m3，日產(chǎn)油86 t。

采用站內(nèi)加藥時(shí)，每日加藥量為134 L，改為井口加藥方式后，每日加藥量為93.8 L，每日加藥量較之前降低了30%。

井口加藥措施的應(yīng)用使1 口井在確保摻水溫度范圍不變的前提下，其摻水量較之前降低了1 m3，該站所轄范圍內(nèi)的85 口油井平均每天摻水量減少85 m3左右；井口加藥措施的應(yīng)用使熱水出站溫度從原來的70 ℃降低到60 ℃，實(shí)現(xiàn)了加藥方式的優(yōu)化和能源與藥品的節(jié)約。

5 結(jié)論

1）通過對(duì)抽油泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的研究以及對(duì)抽油泵的工作原理和工況的分析，參考地下采出液的成分和運(yùn)移情況，確定機(jī)采井采油過程形成乳狀液的位置。

2）在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地取樣，并對(duì)采出的油樣進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)采出液有乳化現(xiàn)象的產(chǎn)生，提出以井口加藥來解決的措施。

3）通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的分析對(duì)比，得出采用井口加藥方式之后摻水量下降了85 m3，出站溫度從原來的70 ℃降低到60 ℃，加藥量比之前的站內(nèi)加藥降低了30%，因此，確定了井口加藥方式為最佳加藥方式。

[1]劉輝,胡宗定,黃慧.氣-液兩相湍流流動(dòng)的雙流體模型與模擬[J].化學(xué)反應(yīng)工程與工藝,1994(4):372-378.

[2]陳家瑯.石油氣液兩相管流[M].北京:石油工業(yè)出版社,1989:47-54.

[3]梁政.整筒管式抽油泵環(huán)隙漏失量的探討[J].石油機(jī)械,1993,21(2):14-20．

[4]貝歇爾 P.乳狀液理論與實(shí)踐[M].傅鷹,譯.北京:科學(xué)出版社,1964:37-46.

[5]馮叔初,郭撰常,王學(xué)敏.油氣集輸[M].東營:石油大學(xué)出版社,1988:192．