三元復合驅集輸系統除垢技術措施

王雪松

大慶油田工程有限公司

三元復合驅是20世紀80年代發展起來的三次采油新技術,與水驅及聚合物驅相比,顯著提高了驅油效率,已經在大慶油田得到了廣泛的應用.然而,在三元復合驅的開發生產過程中,由于堿的注入,采出水中的結垢離子濃度增加,引起部分單井管道、計量間內部工藝管道、站間集油及摻水管道嚴重淤積結垢,由此造成油井及管道堵塞、加熱效率降低、設備和管道的局部腐蝕穿孔等問題,降低了油井的正常生產能力及油氣管道的有效輸送能力,增加了油田的生產成本及能耗[1-2].因此,選擇合理的除垢技術對于提高三元復合驅生產效率、降低生產成本等方面具有重要意義.

1 結垢規律及除垢技術選擇

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

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

通過跟蹤三元復合驅集輸系統的運行狀況,驅替時間愈長,集輸系統結垢現象愈加嚴重,結垢主要成分為硅垢(注強堿)、碳酸鹽垢(注弱堿),且質地堅硬[3-5].由于結垢物質地堅硬,采用熱洗的方法已經無法達到良好的除垢效果,此時可選用化學法除垢,其原理為利用化學試劑與管道或設備上的垢發生化學反應,使垢軟化、剝離從而達到除垢的作用.此方法雖然目前使用較多,并且發展較為成熟,但最大的缺點在于除垢劑會對地層及環境帶來極大的污染[6].而選用空穴射流法除垢,作業過程不使用任何化學藥品,避免了對環境的污染;同時,該方法不論結垢質地軟硬,均能達到理想的清洗效果,并且作業周期短,所需人力少.因此,空穴射流法對油田集輸管道除垢有很好的應用前景[7].

2 空穴射流技術原理

空穴射流沖洗技術利用的是流體力學中的"空穴效應"原理,即利用水射流流束內的氣泡在破裂過程中產生的超聲微波射流和激波沖擊,在局部區域產生極高的應力集中,造成被沖擊物表面破壞,從而達到清管的效果.清管器是由交錯疊加的韌性葉片組成,當水流推動其前進時,水流會通過清管器葉片間隙形成急速旋轉的渦流,渦流中的大量氣泡瞬間崩裂并產生微波,微波沖擊管壁并使葉片產生高頻振動,在葉片的高頻振動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 系統除垢流程

三元復合驅集輸系統除垢作業主要是轉油站至計量間的站間集油、摻水管道,計量間內的工藝管道,以及計量間至油井的集油、摻水管道.

改進前,對站間集油、摻水管道進行空穴射流除垢時,首先要停產,將管道放空,根據管道內介質流向,在計量間外將集油管道用氣焊切開,安裝發球筒,在轉油站閥組間外將管道切開,安裝水龍帶收球,摻水管道則是在轉油站閥組間外安裝發球筒,在計量間外安裝水龍帶收球;安裝完成后,由發球筒投入清管器,連接高壓熱洗車組,清管器在高壓水流的推動下在管道內移動進行除垢.以上作業過程,由于需要停產及切割管道安裝臨時收發球裝置,需要消耗大量時間,并且需進行動火作業而存在安全隱患.

在計量間內進行除垢時,由于匯管上設有溫度計套,溫度計會對清管器產生阻礙,使其無法順利通過,無法完成除垢工作.

在對單井至計量間的集油、摻水管道進行除垢時,與站間管道作業流程一致,同樣需要切割集油、摻水管道,按照介質流向安裝臨時收發球裝置,投放清管器并連接高壓熱洗車組后進行除垢作業.該作業過程同樣消耗時間長,存在安全隱患.

4 系統除垢工藝改造

4.1 站間集油、摻水管道除垢工藝改造

分別在轉油站內的集油、摻水匯管及計量間內的集油、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)球筒、放空閥、快速接頭等組成.根據管道內介質流向,在集油管道的計量間端安裝發球筒,轉油站端安裝收球筒;在摻水管道的轉油站端安裝發球筒,在計量間端安裝收球筒.在站間管道需要除垢時,可以將空穴射流用的清管器放入發球筒中,將高壓熱洗車與發球筒上的快速接頭連接,同時,將接污車與收球筒上的快速接頭連接,再打開收球筒及發球筒下端的閥門,啟動熱洗車,使清管器在高壓水流的推動下在管道內移動,進行除垢;除垢結束后,打開泄壓閥進行泄壓,從收球筒取出清管器.經過上述改造,進行除垢作業時無需將管道兩段切開,既提高了工作效率、降低了成本,也避免了動火作業,消除了安全隱患.

圖2 計量間內(左)、轉油站內(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 計量間內除垢工藝改造

為實現空穴射流用的清管器能在計量間內匯管順利通過,將原有計量間內匯管上的溫度計插孔改造為滑動伸縮式測溫管(圖3).將溫度計放入測溫管,在計量間日常運行時,溫度計伸入匯管中,測量介質溫度;在計量間進行除垢時,只需轉動防脫蓋,即可將溫度計彈出匯管,解決了溫度計阻礙清管器通過的問題.

圖3 滑動伸縮式測溫管結構圖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).當對單井集油、摻水管道進行除垢時,操作流程與改造后的站間管道除垢流程相同,根據介質流向,在集油管道的井口端將高壓泵車與空穴射流接頭連接,在計量間端將接污車與井口管道清洗裝置連接,實現從井口發球,在計量間端收球;在摻水管道的計量間端將高壓泵車與井口管道清洗裝置連接,在井口端將接污車與空穴射流接頭連接,實現從計量間端發球,在井口收球.經過改造后,既提高了單井管道除垢工作效率、降低了成本,也避免了動火作業,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 結論及認識

通過對計量間、站間管道及單井管道進行除垢工藝的改造,使得站間及單井管道在除垢時均實現了不動火作業,消除了安全隱患;在對站間管道進行除垢時,均可進行不停產放空、無障礙通球,計量間內可以達到無死角除垢的效果.在改進前,對計量間及站間管道進行除垢需耗時約20 h,改進后僅需約3 h,在改進前,單井管道除垢需耗時約13 h,改進后僅需0.5 h,大大節約了作業時間,提高了工作效率.

在三元復合驅產能工程中,通過對計量間、單井集油摻水管道,站間集油、摻水管道等關鍵節點進行改造,保障了三元復合驅集輸系統除垢工作的順利實施.在油田實際生產運行中應用改進后的除垢工藝,在現場能夠順利完成除垢工作,提高了油田生產效率,消除了安全隱患.