提高火驅注氣井符合率的方法與實踐

(中國石油遼河油田公司 遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

杜66塊-杜48塊位于曙光油田西南部，構造上位于遼河斷陷西部凹陷西斜坡中段，南部與杜84塊、杜68塊相鄰，東部為杜90塊，開發目的層系為下第三系沙四段上部杜家臺油層。含油面積8.4 km2，地質儲量5 629×104t。為改善區塊開發效果，提高采收率，在杜66塊開展了火驅開發先導試驗，并獲得成功。

1 概 況

1.1 區塊概況

杜66塊為典型的薄互層稠油油藏,含油面積4.9 km2，地質儲量3 940×104t,油藏埋深800～1 200 m，油層平均有效厚度42.1 m，平均滲透率781 mD，平均有效孔隙度25.5%，原油粘度300～2 000 MPa·s?？v向上劃分為杜Ⅰ、杜Ⅱ、杜Ⅲ三個油層組，10個砂巖組，30個小層。含油井段130～170 m，油層層數多，平均單井30～40層。標定采收率為27.2%，可采儲量1 512.49×104t。

1.2 注氣井現狀

曙光采油廠規劃火驅[1，2]井組105個，目前注氣井[3]91口，開井86口，日注氣85×104Nm3，其中分注井12口，籠統注氣井74口。13832火驅注氣站和金宇注氣站承載新增14井組、規模50井組、擴大14井組的注氣任務，日注氣65×104Nm3；尤尼斯[4，5]負責早期27井組注氣任務，日注氣20×104Nm3；目前注氣量10 000 m3以上有12口。

1.3 存在問題

13832注氣站自2014年4季度投產以來，所注井組注氣井注氣符合率呈不同程度的下降，由投產初期的93.5%降到2016年2季度的86.1%，注氣符合率低造成注氣井段溫度差異大、油層縱向動用不均，嚴重影響火驅開發效果，因此提高注氣井符合率迫在眉睫。

2 影響注氣井符合率的因素分析

2.1 系統壓力

曙1-38-32所管轄的注氣井組共有注氣井62口，開井57口，統計57口井的啟動壓力，其中啟動壓力小于3 MPa的有35口，3～5 MPa的有16口，大于6 MPa的有6口，見表1。隨著注氣壓力升高，可注入井數就越多，符合率就越高。因此，壓力是影響注氣量、符合率的關鍵因素[6]。

表1 注氣井啟動壓力與注入量統計表

而13832注氣站從2014年9月投產，2015年平均日注37.8×104m3，平均日注氣壓力5.3 MPa；2016年平均日注31×104m3，平均日注氣壓力4.5 MPa，系統壓力的下降嚴重影響了注氣符合率，下面分析影響系統壓力的因素。

2.1.1 螺桿壓縮機排氣溫度過高，供氣能力減弱

使用的螺桿式空壓機[7]型號LS-25S，功率為262 kW，排氣量為41 m3/min。該機設定最高排氣溫度110 ℃，該壓縮機已投入使用2 a，經常在較高排氣溫度[8]狀況下運行，平均排氣溫度100 ℃，尤其在夏季最為明顯(6～9月份溫度108 ℃以上)，超過此溫度時便會自動停機，影響時率。同時為了避免溫度對機組、設備的影響，工作人員通過頻繁的倒運機器及減少輸氣量等方法降低排氣溫度，導致注空氣量明顯下降。

2.1.2 往復機進氣壓力下降，外輸氣量減少

往復式壓縮機進氣壓力[9]從投產初期的0.8 MPa，降至目前的0.7 MPa。根據氣體狀態方程PV=nRT可知，進氣壓力越大，排量越大；進氣壓力越小，排量越小。一方面是由于螺桿壓縮機供氣不足；另一方面，管線內腐蝕嚴重，水銹等雜質堵塞進氣端濾網，進氣壓力大幅下降，排氣量降低。當壓力低至0.7 MPa以下，會導致壓縮機停機，影響注氣時率。

2.2 注氣井井口設備精度影響注氣符合率

在現場使用的井口設備主要有流量計、調節閥。其中調節閥是注空氣井井口主要調節設備，它的主要作用是調節空氣流速、流量，滿足單井注氣需求。目前現場使用的調節閥類似于針型閥的工作原理，沒有直觀“量”的概念，在調節時容易出現偏差，且控氣不平穩；調節跨度較大，很難實現精準調節，現場需要反復操作調整，工作量大，勞動強度高。 以曙1-40-039井為例，該井日配氣量8 000 Nm3，瞬時量為333 Nm3/h?，F場通過半個小時調整，瞬時量只能為298 Nm3/h或372 Nm3/h，達不到配注要求。另外，注氣井注氣過程中，由于空氣的腐蝕和沖刷作用，會造成調節閥閥孔刺大和雜質堵塞，調節難度加大，注氣量增大或降低，影響注氣合格率。2015年全年共發現不正常調節閥13個，占總井數的23%。

流量計主要是用于對注氣量的計量和壓力的讀取，它具有一定的量程范圍，現場使用的流量計工況下量程范圍2.5～30 m3/h，火驅初期注空氣量較少，平均單井注氣量在4 000 m3/d，完全可以滿足。但隨著火驅開發的逐漸擴大，注氣量也逐漸增加，目前最高注氣量為24 000 m3/d，超過原有流量計的量程范圍，造成計量誤差，影響注氣符合率。目前超范圍注氣井有16口，占總井數的28%。

2.3 受季節性影響，空氣管線凍堵

13832注氣站注空氣管網全長3 km，干線DN150管徑6 in(1 in=25.4 mm)，支線DN50管徑2in。其中裸露地表管線占左右，無任何保溫措施。由于壓縮空氣相對濕度大，濕度75%左右，一到冬季，氣溫降低，出現大面積凍堵現象。凍堵的主要部位為空氣干線、單井支線的閥門、彎頭和三通處，以及單流閥、流量計等處。

輕度凍堵使管線堵塞不暢，注入氣量減少，流量計結冰，無法計量。中度凍堵使注氣困難，造成系統內壓力異常升高，設備異常停機，符合率大幅下降。嚴重凍堵使設備、管線及閥門凍裂，可能造成空氣大量泄漏，引起人身傷害、設備爆炸、環境污染等事故。

3 提高注氣符合率的方法研究及應用

3.1 改善工藝流程，提高機組效率，平穩壓力輸出

3.1.1 加裝強排機，降低螺桿機排氣溫度

高排氣溫度就是空壓機因系統中出現的各種問題引起的升溫故障。高環境溫度是由廠房通風不好、螺桿機散熱不好引起。所以解決高溫問題的主要方向是改善螺桿機散熱。高溫不僅降低了輸氣系數，而且會導致停機。為了避免溫度過高停機，通過頻繁的倒運機器及減少輸氣量等方法降低排氣溫度，導致產氣量減少，效率降低。環境溫度越高，冷卻器效率越低，當溫度超過50 ℃，冷卻效率已不足75%。

為此，針對10臺螺桿機中高溫情況最嚴重的8號機進行了散熱風道改造，首先增加了風道的通徑，通徑由0.6 m增加至1.0 m，增加了原有風道的排氣通量。其次對風道的直角彎改為圓角設計，以上兩項改造減少了排氣阻力。最后，在廠房外加裝了功率為3 kW的強排機，排量70 m3/min，該強排機的作用是加速散熱風道中的熱空氣向室外排放，提高排放量20%，見表2。8號螺桿機經過改造后，排氣溫度下降5～10 ℃，冷卻效率提高了10%。8號螺桿機運行電流下降，但日產氣量增加3 800 Nm3，運行效率提高了8.5%。

表2 改造前后措施對比表

3.1.2 往復機進氣濾網改造，增大吸氣壓力

空氣壓縮機空氣通道阻力的大小，直接影響氣量的多少。一般來說，阻力越大氣量越小，葦塘空氣濕度大，并含有大量的粉塵、葦毛等漂浮物，容易堵塞空氣過濾器。當過濾器前后壓差超過0.1 MPa時，往復機進氣壓力大幅下降，低于0.65 MPa自動停機，為了保證壓差就必須對空氣過濾器進行吹掃或者更換，頻繁的啟停機影響設備的運行時率，因此對過濾器進行了改進。

經過實踐，將過濾器錐度增加(由1∶4增加至1∶5)，過濾器接觸面積增加1.5倍，這樣不僅降低了空氣流經過濾器的阻力，而且不容易造成堵塞。壓差明顯減小，過濾器吹掃、更換周期延長了3倍，提高了運行時率，停機時間平均每月減少43.2 h，增加注氣量66.9×104m3。

3.1.3 提高干燥器脫水效果，降低腐蝕堵塞

鋼鐵生銹的相對濕度低于70%。通過利用氣象色譜儀，對壓縮空氣組分化驗，發現相對濕度達到了75%，干燥器脫水效果下降，壓縮空氣中水分過多，造成管線腐蝕。針對壓縮空氣水分大的問題，一是對干燥器的排水工藝進行了優化，提高了排水性能；二是對干燥劑氧化鋁進行定期清洗、篩除較小顆粒后重新填裝，脫水效果[10]有所改善，降低了管線、精密設備等腐蝕程度。

3.2 提高井口設備、儀表精確度，降低影響

3.2.1 合理優化計量儀表

對現有的流量計進行重新校驗[11]，并按照量程范圍進行歸類，根據不同的注氣量合理匹配相對應的流量計，同時根據配注量的調整及時動態調配，確保流量計真實反映注氣井的注入量。2016年共動態調整流量計135井次。

3.2.2 自主研發并安裝了精密調節閥

針對傳統閘門、調節閥控氣不平穩，需要反復調節，精準度低等情況。通過技術攻關和現場實踐，自主研發了兩種精密注氣調控裝置，并獲得國家專利。該調節閥具有流通能力大、調節精準度高、操作穩定的特點，適用于大流量、高壓降的注氣井。在火驅注氣井注氣量調控方面實現平穩、高效，保證了火驅燃燒的需要[12,13]。在滿足開發需求的同時，也減少了員工的勞動強度。2016年現場更換調節閥32個。

3.3 注空氣管線凍堵處理措施

針對井口處管線、設備的凍堵情況，主要采用電加熱+保溫的措施。地面管線比較長，跨溝渠、葦塘，采用摻水伴熱和電加熱伴熱工作量特別大，費用高。因此，地面管線解堵主要采用地面加注甲醇的方法。通過這幾年的實踐與摸索，形成了適合三區實際的管理辦法。

首先是在甲醇加注時機上：管線堵塞一般情況下都不可能瞬時堵死，都是有預見性的。因此，正確判斷堵塞征兆，提前采取措施，可以有效防止凍堵現象的發生。當井口干線壓力波動在1～2 MPa之間，同時伴有流量波動現象，此時就必須要加入甲醇。當井口干線壓力波動大于2 MPa，氣井瞬時流量極不穩定，此時就必須要加大甲醇注入，同時提高瞬時流量。

其次是在甲醇加注方法上：原有防凍堵方案都是集中加入甲醇,加入氣管線的時間都比較集中，但解決氣管線凍堵效果并不理想而且甲醇用量比較大。針對這一現象我們實施了甲醇多點滴注技術。通過對管網系統梳理，摸索出注空氣干線和支線易凍堵位置14個加甲醇點，添加一個特制的甲醇滴注氣包。氣包和流程的連接閘門處安裝一定規格而且設計成不同數量的小孔擋板, 可以定量實施甲醇滴注。同時配套研發了甲醇快速充裝裝置國家專利，可以方便、靈活地控制加甲醇加入量和滴定速度。

最后制定應急處置措施：管線凍堵后，注氣系統壓力異常升高，為確保壓力不高于6.5 MPa，要及時采取壓縮機回流調控制和緊急放空的措施，杜絕高壓導致的安全生產事故發生。

3.4 總體效果評價

通過以上措施實施后，13832注氣站壓力由4.1 MPa升高到6.3 MPa，并維持穩定。井口調控也由3次/d減至0.5次/d。通過對注空氣系統優化，2016年3季度開始，符合率逐步上升，到2017年1季度符合率已達到93.1%。新增見效井12口，日產油量由見效前的16 t/d，上升到目前的23.8 t/d，平均日增油7.8 t，累計增油2 340 t。

4 結 論

1)通過分析認為系統壓力、井口設備精度是影響注氣符合率的主要因素。

2)通過對往復機、螺桿機、干燥器等設備配件的改造和優化，同時加強現場對注氣系統的監控、管控、調控，可有效提高機組的運行效率，提高注氣符合率。

3)隨著火驅時間延長，影響注氣符合率的因素將不斷出現，提高管理人員的能力水平和相關經驗的積累尤為重要。