油井桿管在線清洗車研制

江智強(qiáng)，巨亞鋒，梁萬銀，廖永剛3，白小佩，趙鵬玉

(1.中國石油長慶油田分公司 油氣工藝研究院，西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，西安 710018；3.中國石油長慶油田分公司 第十采油廠，甘肅 慶陽 745100)

國內(nèi)大部分油田進(jìn)入開采中后期，修井作業(yè)已成為油氣田開采的重要工作內(nèi)容。在油井修井作業(yè)過程中，抽油桿、油管起出時(shí)會(huì)有原油泄漏。在蒸汽清洗油桿、管過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的污油、污水，導(dǎo)致環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，給石油企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失和巨大環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)[1-2]。傳統(tǒng)方法是在井場(chǎng)挖污油池、地面鋪設(shè)防滲布，從而使油污不落地。但是，油污掉落至防滲布上，回收困難，且防滲布黏帶油污后無有效處理手段，造成二次污染，已不能滿足新形勢(shì)下的油田環(huán)保要求。近年來，國內(nèi)各大石油公司開展了油井清潔修井技術(shù)研究，提出了修井作業(yè)油桿管密閉在線清洗技術(shù)[3-5]，目前的裝備大多存在功能單一和清洗效果差等問題，迫切需要提升裝備的適應(yīng)能力。2017年以來，中國石油長慶油田分公司圍繞“油污不落地”的清潔作業(yè)理念，集成設(shè)計(jì)了一套油井桿管在線清洗車。該車可在起抽油桿和油管的過程中實(shí)現(xiàn)密閉在線清洗、廢液回收與分離處理再利用。較好地解決了油井修井作業(yè)過程中的污染問題，促進(jìn)了修井作業(yè)模式的轉(zhuǎn)變。

1 結(jié)構(gòu)

油井桿管在線清洗車是針對(duì)修井作業(yè)過程中，油桿管密閉在線清洗需求而開發(fā)的一種集高溫、高壓清洗及廢液回收處理作業(yè)于一體的車載設(shè)備。該設(shè)備裝載在二類底盤車上，由柴油發(fā)電機(jī)組作為動(dòng)力系統(tǒng)、前部安裝有蒸汽冷凝回收泵、污油處理罐(含集油箱)、離心真空泵、旋流除油器；后部安裝有清水罐、補(bǔ)水泵、特種蒸汽鍋爐(含燃燒器)和耐高溫柱塞泵，柱塞泵上部為高壓膠管卷筒、低壓膠管卷筒等。發(fā)電機(jī)組和燃燒器的燃料均來自底盤車的柴油罐。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 工藝流程

油井桿管在線清洗車工藝流程如圖2所示。在修井作業(yè)起油桿管過程中，該車以柴油發(fā)電機(jī)組和燃燒器作為整機(jī)的動(dòng)力源，清水罐的水經(jīng)供水泵進(jìn)入特種蒸汽鍋爐加熱(水溫升至100℃以上)，再進(jìn)入耐高溫柱塞泵增壓，通過高壓軟管輸送給井口清洗裝置。利用汽-水混合介質(zhì)高溫、高壓雙重作用，沖蝕、溶解抽油桿和油管表面的蠟垢。在冷凝回收泵條件下，井口清洗裝置中返出的廢液通過低壓軟管被吸入污油處理罐中，經(jīng)過斜板進(jìn)行氣、油、水初級(jí)分離。當(dāng)污油處理罐液位達(dá)到一定值時(shí)，啟動(dòng)冷凝回收泵，將污水泵入旋流除油器中進(jìn)行油水二次分離。分離后的油進(jìn)入污油處理罐的集油箱，水回流至清水罐進(jìn)行重復(fù)利用。該工藝實(shí)現(xiàn)油桿管同步清洗和作業(yè)廢液實(shí)時(shí)回收處理，達(dá)到環(huán)保要求。

3 主要技術(shù)參數(shù)

1) 高溫高壓清洗系統(tǒng)。

額定工作溫度 160 ℃

額定工作壓力 20 MPa

額定工作排量 6 m3/h

2) 負(fù)壓回收處理系統(tǒng)。

極限真空壓力 0.098 MPa

額定水處理排量 6 m3/h

原油回收率 ≥ 90%

3) 處理后水質(zhì)指標(biāo)。

含油量≤10 mg/L，懸浮物≤5 mg/L，懸浮物中值直徑≤3 μm。達(dá)到循環(huán)再利用水質(zhì)指標(biāo)要求。

1—污油處理罐(集油箱)；2—旋流除油器；3—清水罐；4—特種蒸汽鍋爐(燃燒器)；5—高壓膠管卷筒；6—低壓膠管卷筒；7—耐高溫柱塞泵；8—發(fā)電機(jī)組；9—供水泵；10—蒸汽冷凝回收泵；11—底盤。

圖2 油井桿管在線清洗工藝流程

4 技術(shù)特點(diǎn)

油井桿管在線清洗車的研制成功，實(shí)現(xiàn)了抽油桿和油管同步清洗和廢液實(shí)時(shí)回收處理，杜絕修井作業(yè)過程中環(huán)境污染。

1) 清洗系統(tǒng)改進(jìn)優(yōu)化。高溫蒸汽難以清洗抽油桿表面硬蠟。清洗系統(tǒng)采用后置耐高溫柱塞泵，通過冷水加熱、熱水增壓后形成高溫、高壓的蒸汽-熱水介質(zhì)，工作壓力大幅提高，保證清洗效果[6-10]。配備超壓保護(hù)裝置，當(dāng)出口壓力超過整機(jī)最大工作壓力后，柴油發(fā)電機(jī)可自動(dòng)停機(jī)，保障作業(yè)安全。

2) 廢液回收處理系統(tǒng)創(chuàng)新。利用真空泵形成的負(fù)壓將廢液吸入污油處理罐中，并采用旋流除油器進(jìn)行油水分離，實(shí)現(xiàn)廢液循環(huán)再利用，節(jié)約用水，且油污可通過蒸汽冷凝泵外排。

3) 集中智能控制系統(tǒng)。該車?yán)肕CS系列單片機(jī)以及12位A/D器件等開發(fā)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，輔助必要的傳感器，對(duì)熱洗過程中溫度、壓力、流量、液位及油料消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)工作過程中檢測(cè)數(shù)據(jù)信息的數(shù)字化處理和全程檢測(cè)[11]，方便對(duì)單井清洗回收效果進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。

4) 整機(jī)集成優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過整體優(yōu)化布局，集成了高溫高壓清洗和廢液回收處理等多項(xiàng)功能，作業(yè)時(shí)不需要其它車輛配合，減少操作人員，節(jié)約作業(yè)成本。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2017年完成研制任務(wù)后，為了檢驗(yàn)油井桿管在線清洗車在各種作業(yè)井況下的清洗效果，選取了4口結(jié)蠟嚴(yán)重和高汽油比的油井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，工作狀態(tài)良好，抽油桿和油管清洗干凈。廢液實(shí)時(shí)回收，分離處理后，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到重復(fù)再利用要求。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 油井桿管在線清洗車試驗(yàn)數(shù)據(jù)

6 結(jié)論

1) 油井桿管在線清洗車采用一體化設(shè)計(jì)思路，集成了高溫高壓清洗、廢液負(fù)壓回收、油水分離和智能控制功能于一體，滿足了修井作業(yè)油桿管密閉在線清洗和廢液回收處理需求。

2) 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該車結(jié)構(gòu)緊湊、工作性能穩(wěn)定、自動(dòng)化程度高、安全可靠，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)過程油污不落地，避免環(huán)境污染。全面提升了國內(nèi)修井作業(yè)裝備的專業(yè)化水平，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，應(yīng)用前景廣闊。