機械采油井加藥方式優化

高越（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

1 原油乳狀液形成分析

1.1 井筒內液體流動參數計算

管道中多相流體運動問題的研究大部分都是在基本方程的基礎上，借助一些實驗數據進行推理分析將有關的變量聯系起來，并提出了很多方法，但是由于其考慮范圍及使用條件不同，使各個公式的計算結果存在一定的差異。Orkiszewski 計算法是在對前人的方式方法進行分析和討論的基礎上建立的。Orkiszewski 計算法適用于圓管內多相流的計算，而機械采油井筒內的基本模型是環形的，因此，在這里需要對計算直徑進行處理，使它的值隨抽油桿直徑的變化而變化[1-2]。抽油機井筒內各環節剪切速率計算步驟見圖1、圖2 及表1。

根據液體的流動形態選擇對應的計算方式求出壓力梯度及密度進行循環計算。

圖1 程序計算步驟

計算泵的實際漏失量可以在理論漏失量計算公式的基礎上考慮偏心情況，并參考國外的計算抽油泵漏失量的先進技術進行修正，得到適用于現場的計算公式[3]：

圖2 程序計算界面

表1 井筒內各環節的剪切速率

式中：

d1——泵的公稱直徑，mm；

Δp——柱塞兩端壓力差，Pa；

μ——動力黏度，Pa·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。

通過計算得出泵在常態下的漏失速度為9775.37 mm/s。

根據Metzner 提出的表觀黏度法換算出剪切速率與轉速之間的關系。

剪切速率是指流體的流動速度相對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，其取值范圍在10～13 之間，一般情況下取值11；

N ——轉速，r/s。

根據軟件計算的速度值，運用剪切速率的計算公式，計算出采出液在流經各段時的剪切速率，并將之帶入Metzner 法便可計算出不同剪切速率下對應的轉速（表2）。

表2 各環節的剪切速率與轉速

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

1.2 礦場試驗分析

2014年6月進行現場取樣觀察。

油井取樣顯微觀察乳化情況見圖3。

圖3 現場取樣顯微鏡下原油乳化情況

利用微觀察法觀察到現場油樣發生乳化且較穩定，主要原因是：現場實際的剪切速率經過換算之后要高于室內試驗所應用的轉速，因此在較高轉速的作用下，可為乳狀液提供能量，使分散相的分散程度更高。當采出液從取樣口流出時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，流經抽油泵、井筒及抽油桿后得到充分的混合；而且從油井流進計量間，又從計量間集輸至中轉站和聯合站，整個過程行程很長，混合更均勻[5]。

在原油的采出過程中，原油在流經抽油泵時經過泵的攪拌，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象的產生。由于井底的溫度非常高，一般能達到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生。

3 井口加藥效果

選擇現場1#井作為試驗井。在沒有進行井口加藥措施時，該井的井口回壓為0.75 MPa。該井的集油流程屬于單井進站、集中計量的油氣混輸流程。原加藥方式是站內加藥，現將加藥方式改為井口加藥。加藥濃度與站內加藥濃度相同，都為100×10-6。對油井改變加藥方式后的參數進行采集。

當井口加藥濃度與站內加藥濃度相同時，從現場采集的數據可以看出油井的回壓有明顯的下降。

為了保證相同的進站壓力，降低加入試驗井的藥濃度，由原來的100×10-6降到70×10-6。對油井改變加藥濃度后的參數進行采集。

從調整井口加藥濃度后油井回壓參數可以看出，降低井口加藥濃度后，井口回壓接近于之前正常生產時的回油壓力。

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

從得到的參數可以看出，當油井摻水量降低時，井口回壓接近于之前正常生產時的回油壓力。

在沒有采用井口加藥方式時，熱水出站溫度為70 ℃，井口回壓為0.6 MPa，現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。

從調整產水量后油井回壓參數可以看出，降低熱水出站溫度后，井口回壓接近于之前正常生產時的回油壓力。

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特性，使采出液的黏度降低。由于藥劑內表面活性劑的作用使井筒和油管內壁上形成一層薄的水膜，這就使油管內壁從原來的親油特性轉變成親水特性，油管內壁不易附著上蠟，有效地改善了油管壁和抽油桿的結蠟問題,使采出液的流動通道變得更加暢通，因此井口回壓有所下降。

4 經濟效益分析

試驗結果表明，井口加藥有很好的經濟適用性。

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

采用站內加藥時，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；井口加藥措施的應用使熱水出站溫度從原來的70 ℃降低到60 ℃，實現了加藥方式的優化和能源與藥品的節約。

5 結論

1）通過對抽油泵的結構特點的研究以及對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移情況，確定機采井采油過程形成乳狀液的位置。

2）在現場進行實地取樣，并對采出的油樣進行觀察，發現采出液有乳化現象的產生，提出以井口加藥來解決的措施。

3）通過對現場數據的分析對比，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-液兩相湍流流動的雙流體模型與模擬[J].化學反應工程與工藝,1994(4):372-378.

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

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

[4]貝歇爾 P.乳狀液理論與實踐[M].傅鷹,譯.北京:科學出版社,1964:37-46.

[5]馮叔初,郭撰常,王學敏.油氣集輸[M].東營:石油大學出版社,1988:192．