注水井撬裝一體化洗井裝置技術(shù)研究

張隨望 （中石油長慶油田分公司油氣工藝研究院；低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西 西安710018）

楊印華，郭發(fā)榮 （中石油長慶油田分公司油田開發(fā)處，陜西 西安710018）

陸小兵 （中石油長慶油田分公司油氣工藝研究院；低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西 西安710018）

1 概述

注水井洗井是指利用高壓水，清除注水井井筒、吸水層段的滲濾面及井底附近的污染物，使吸水層段的滲濾面避免或減緩注入水水質(zhì)的污染、堵塞和腐蝕。通過洗井可以解除或緩解井底近處已經(jīng)受到的水質(zhì)污染及堵塞，從而恢復(fù)地層吸水能力，保證正常注水。

國內(nèi)各油田常見的注水井洗井方式包括流程洗井、水泥車洗井和活動洗井車洗井3種方式。長慶油田目前注水流程主要采取樹枝狀穩(wěn)流配水注水工藝 （圖1），由于單井管徑較小 （φ34mm），無法實施流程洗井，現(xiàn)場主要采取水泥泵車＋水罐車和活動洗井車洗井方式。

水泥泵車＋水罐車洗井是采取水泥車＋清水將井筒內(nèi)液體返排出地面。具有洗井壓力高、排量大的特點，洗后水質(zhì)凈化效果較好，但存在著泄水降壓周期較長、返排液易造成環(huán)境污染、作業(yè)成本較高等問題。

活動洗井車洗井主要是利用高壓軟管將注水井井口與洗井車相連接，注水井井口正洗或者反洗時返出液經(jīng)洗井車凈化處理后，利用高壓泵注入井下進行循環(huán)使用，組成一個密閉循環(huán)系統(tǒng)，直到達到洗井要求，可以實現(xiàn)綠色環(huán)保洗井。現(xiàn)有的活動洗井車主要存在水處理效果不理想、洗井效率較低等問題，影響了活動洗井車的正常推廣。

圖1 長慶油田樹枝狀穩(wěn)流配水注水流程示意圖

因此為進一步提高注水井洗井效果和效率，實現(xiàn)低成本和綠色環(huán)保洗井，新型活動洗井裝置的研究顯得尤為重要。

2 撬裝一體化洗井裝置研究

長慶油田注水井井深在1000～3000m，單井配注在10～50m3/d，洗井具有以下特點：洗井時返出液中主要含有浮油、固體顆粒、懸浮物等，成分復(fù)雜；各區(qū)塊注水壓力變化較大，平均注水壓力約15MPa，部分區(qū)塊在20MPa以上；洗井要求排量較高，能夠使近井地帶的更多污染物被攜帶出來。

因此要實現(xiàn)高效的循環(huán)洗井，就要求車載水處理設(shè)備的效果好、效率高，同時滿足車載需要；實現(xiàn)密閉的帶壓洗井，需要配套必要的壓力調(diào)節(jié)裝置和動力設(shè)備。

2.1 水處理工藝優(yōu)選

對比長慶油田在用的4種采出水處理工藝 （表1），認為多功能一體化處理工藝具有功能強、處理效果好、體積小、反洗再生能力強等特點，更適合于車載處理。

表1 長慶油田4種主要采出水處理工藝對比

多功能一體化油田水處理器是利用水溶氣后進入過濾罐渦流器中進行向心氣浮除油和混凝，除油后的污水進填料迷宮中進行微渦旋除污降濁，降濁后的水進行精細過濾，過濾后的水再次進行電極的加強處理。

2.2 車載撬裝一體化洗井設(shè)備

車載水處理設(shè)備采取油泥水分離罐、多功能一體化水處理器粗濾罐與細濾罐三級處理。處理流程如圖2所示。

1）油泥水分離罐 該罐利用溶氣液體通過內(nèi)渦旋發(fā)生器進入罐內(nèi)，在罐內(nèi)特殊除油填料和特殊的內(nèi)部軌跡下多次改變流動方向，產(chǎn)生的渦旋、微渦旋、慣性、離心力、浮力和重力等作用力，協(xié)同將其進入的溶氣液體中的油、泥、水分離開。裝置為一進三出連續(xù)運行，無需反沖洗，運行過程中只加空氣，可以實現(xiàn)向心氣浮去除90%以上的浮油和分散油，離心去除90%以上的固體顆粒。

2）多功能一體化水處理器粗、細過濾罐 液體首先通過外渦旋發(fā)生器完成渦旋向心氣浮除油，然后通過特殊吸附聚集材料制成的迷宮產(chǎn)生微渦旋，將其細小顆粒和油珠聚結(jié)成大顆粒和大油珠，形成的大油珠上浮去除、形成的大顆粒通過過濾去除。粗細處理罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，不同之處在于兩個罐內(nèi)的除油填料和濾料的大小不同，去除的顆粒大小也不相同。

圖2 車載撬裝一體化水處理設(shè)備水處理流程

同時配套了空氣壓縮機、儲氣罐、提升泵、反沖洗泵、控制柜等設(shè)備，可以實現(xiàn)三級處理罐氣浮處理、反沖洗等運行需要。

2.3 壓力調(diào)節(jié)裝置

循環(huán)洗井時，由油管、撬裝一體化洗井裝置、油套環(huán)空形成一個大 “U”型管 （圖3），如何在不影響活動洗井車運行效率的前提下，將高壓返出液降至車載水處理設(shè)備要求的0.6MPa以下，是實現(xiàn)帶壓洗井必須解決的問題。

溫室一般高4.5～12.0 m，不同的功能按0.5 m的倍數(shù)增加，溫室的跨度分為9.6 m、10.8 m和12 m，溫室的開間距離分為4 m、8 m和12 m。應(yīng)考慮場地大小、區(qū)域劃分、使用功能等不同因素，合理選擇溫室跨度及開間的模數(shù)及個數(shù)。溫室大多采用主體鋼架，其壽命可以達到15 a之久。

研制的壓力調(diào)節(jié)裝置是一種直行程、啟動活塞式氣動調(diào)節(jié)閥，由減壓、控制和執(zhí)行3部分組成 （圖4）。安裝在一體化水處理設(shè)備的進口，通過高壓管與注水井口直接相連，可以將最高25MPa的井口返出液壓力降低到0.6MPa以內(nèi)，滿足撬裝一體化水處理設(shè)備的壓力要求。

2.3.1 減壓部分

圖3 注水井帶壓洗井示意圖

通徑為25mm，采取讓通過液體走 “臺階”的方式，改變流速和流向，增加摩阻等方式實現(xiàn)減壓，將通過的高壓液體壓力降低至0.6MPa以下。

2.3.2 控制部分

該部分主要由信號轉(zhuǎn)換器、定位器和減壓閥等組成，工作時需要用到電和氣，所需氣源由一體化水處理設(shè)備的空氣壓縮機提供，所需電由車載動力或者井場電壓器等提供。

2.3.3 執(zhí)行部分

執(zhí)行機構(gòu)是按照力矩平衡原理工作的，由活塞和六組彈簧組成，分為正、反作用兩種形式。隨信號壓力增加時，推桿下移為正作用，反之推桿上移為反作用，彈簧對主杠桿的拉力與信號壓力用在波紋管上的力達到力矩平衡時，儀表達到平衡狀態(tài)。最高壓力為25MPa。

圖4 減壓閥結(jié)構(gòu)示意圖

3 現(xiàn)場試驗

以鎮(zhèn)××井為例，初始時返出水中懸浮物質(zhì)量濃度為1388mg/L，經(jīng)過近2h的洗井，撬裝一體化洗井裝置出水水質(zhì)質(zhì)量濃度為6mg/L，撬裝一體化洗井裝置對懸浮物的去除率為86.8% （圖5）。

現(xiàn)場試驗的18口帶壓循環(huán)洗井，井口壓力從12.6MPa到21.4MPa不等 （圖6），通過壓力調(diào)節(jié)閥后壓力均控制在設(shè)計的0.6MPa以內(nèi)，表明減壓閥的工作狀況是可靠和穩(wěn)定的。

4 結(jié)論

1）研制的撬裝一體化洗井設(shè)備借鑒采出水多功能一體化處理工藝，采取三罐體設(shè)計，簡單緊湊，滿足車載要求。

圖5 鎮(zhèn)××井洗井過程中機雜含量變化曲線

圖6 壓力調(diào)節(jié)閥進出口壓力對比

2）研制的減壓閥可以實現(xiàn)將進口最大壓力25MPa降低到0.6MPa以下，適合現(xiàn)場不同壓力等級的注水井，現(xiàn)場降壓效果可靠穩(wěn)定。

3）現(xiàn)場試驗表明經(jīng)過1.5～4h的循環(huán)洗井，可以將注水井井口返出液中的懸浮物和含油質(zhì)量濃度有效控制在30mg/L范圍以內(nèi)，具有洗井效果好、洗井效率高的特點，適合不同工況的注水井。

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