量子處理器在三元注入系統(tǒng)防垢中的應(yīng)用

鄭 凱 大慶油田采油二廠

量子處理器在三元注入系統(tǒng)防垢中的應(yīng)用

鄭 凱 大慶油田采油二廠

量子處理器是基于量子、共振、腐蝕及生物學(xué)等多種理論，結(jié)合油田生產(chǎn)實(shí)際設(shè)計(jì)制造的油田專用高效除垢、防垢設(shè)備，其防垢、除垢機(jī)理是依據(jù)自然界中每一種物質(zhì)都有其固有振動(dòng)頻率波的特性，利用量子處理器使之產(chǎn)生并發(fā)出與這些物質(zhì)固有振動(dòng)頻率相同的振動(dòng)波，從而改變物理特性和晶體微觀結(jié)構(gòu)，提高結(jié)垢物質(zhì)溶解度，達(dá)到除垢、防垢的目的。量子處理器對(duì)于解決油田三元注入系統(tǒng)結(jié)垢堵塞具有顯著的防垢作用，對(duì)于已成垢的管線設(shè)備需要一定周期實(shí)現(xiàn)解堵效果。因此，應(yīng)在設(shè)施投運(yùn)前安裝應(yīng)用此類防垢技術(shù)，從而更明顯地消除堵塞對(duì)三元注入產(chǎn)生的影響。

量子技術(shù)；三元注入；結(jié)垢；堵塞；防垢

2012～2014年間，薩南油田由于三元注入液物化特性，混配器及管道堵塞嚴(yán)重影響三元注入效果，生產(chǎn)管理單位對(duì)近百口注入井混配設(shè)施及管道進(jìn)行清洗，平均清洗周期在40天左右，不僅投入大量人力和物力進(jìn)行維護(hù)，同時(shí)頻繁解堵嚴(yán)重影響注入效果評(píng)價(jià)。為降低各類措施對(duì)三元注入液物化特性的影響，嘗試了多種地面防垢、除垢措施，但由于注入液物化特性，適應(yīng)性難以保證。

南四東復(fù)配弱堿三元試驗(yàn)站位于南四區(qū)東部，利用原南四東三類油層聚驅(qū)試驗(yàn)區(qū)井網(wǎng)，封堵薩Ⅲ組以下油層，補(bǔ)射薩II7—12油層，開(kāi)展石油磺酸鹽/脂肽表活劑復(fù)配弱堿復(fù)合驅(qū)油現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，地面配注工藝采用“低壓三元，高壓二元”，注入時(shí)采用“單泵單井”注入工藝。其中注入井9口，單井平均注入量52 m3/d，注母液量15.3 m3/d，注水量27.6 m3/d，注堿量7.72 m3/d，注表活劑量1.59 m3/d。

2013年4月15日注聚合物段塞，7月10日注三元主段塞，10月份注水泵壓力由9 MPa左右上升至13.5 MPa。主要原因是單井閥組靜混器、高壓二元堿靜態(tài)混合器結(jié)垢堵塞造成。垢質(zhì)呈砂礫狀，為CaCO3結(jié)晶產(chǎn)物，采取酸洗措施進(jìn)行解堵處理。

2013年7月至2014年9月30日，該試驗(yàn)站9口注入井共計(jì)進(jìn)行堵塞清洗53井次，單井平均清洗周期為50天，影響注入量650 m3，投入維護(hù)清洗費(fèi)用29.04萬(wàn)元。

從生產(chǎn)反映的現(xiàn)象看出，由于三元復(fù)合驅(qū)堿的添加，NaHCO3型水質(zhì)向Ca2+、Mg2+沉積趨勢(shì)偏移，特別是注入站內(nèi)靜態(tài)混合器及單井閥組，在流態(tài)變化較大區(qū)域CaCO3結(jié)晶沉積最為嚴(yán)重。

1 量子防垢技術(shù)原理及特性

1.1 技術(shù)原理

量子處理器是基于量子、共振、腐蝕及生物學(xué)等多種理論，結(jié)合油田生產(chǎn)實(shí)際設(shè)計(jì)制造的油田專用高效除垢、防垢設(shè)備，其防垢、除垢機(jī)理是依據(jù)自然界中每一種物質(zhì)都有其固有振動(dòng)頻率波的特性，利用量子處理器使之產(chǎn)生并發(fā)出與這些物質(zhì)固有振動(dòng)頻率相同的振動(dòng)波，從而改變物理特性和晶體微觀結(jié)構(gòu)，提高結(jié)垢物質(zhì)溶解度，達(dá)到除垢、防垢的目的。量子處理器工作原理示意圖如圖1所示。

圖1 量子處理器工作原理示意圖

應(yīng)用時(shí)，首先對(duì)被處理介質(zhì)進(jìn)行全分析，找出不同物質(zhì)含量及單體和綜合結(jié)晶體固有振動(dòng)頻率，根據(jù)垢樣組成和振動(dòng)頻率設(shè)計(jì)出防垢、除垢的微波種類、頻率和強(qiáng)度，然后把這些信息存儲(chǔ)于記憶合金材料里，形成專用的量子處理器，安裝在已建工藝流程適當(dāng)位置上，對(duì)管道中液體進(jìn)行特性處理，實(shí)現(xiàn)防垢、除垢的目的。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）通過(guò)改變介質(zhì)晶體微觀結(jié)構(gòu)和物理特性防垢、除垢。

（2）適應(yīng)范圍廣，對(duì)各種單體垢、復(fù)合垢都有明顯的除垢、防垢效果。

（3）不需要外接電源，運(yùn)行穩(wěn)定，作用時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)運(yùn)行成本。

（4）安全環(huán)保，不產(chǎn)生化學(xué)或電磁污染，對(duì)環(huán)境及人體安全無(wú)任何輻射。

（5）安裝簡(jiǎn)便，無(wú)需停產(chǎn)，不受工藝條件限制。

1.3 技術(shù)參數(shù)

具體技術(shù)參數(shù)：有效作用距離約1.0 km（針對(duì)油田高黏含油污水）；安裝點(diǎn)溫度＜150℃；環(huán)境溫度-50～50℃；非循環(huán)系統(tǒng)最大處理流量15000m3/h；循環(huán)系統(tǒng)最大處理流量120 000 m3/h；適用系統(tǒng)管道外徑12～2 000 mm；使用壽命10年。

2 試驗(yàn)方案及應(yīng)用效果

2.1 總體試驗(yàn)方案

2013年8月，根據(jù)試驗(yàn)區(qū)域垢樣成分分析，完成量子環(huán)“一對(duì)一”能量加載。2013年9月4日開(kāi)始在南四東復(fù)配弱堿三元試驗(yàn)站，安裝量子處理器進(jìn)行除垢、防垢試驗(yàn)。其中在4口試驗(yàn)井三元混配裝置開(kāi)展防堵塞試驗(yàn)，共安裝量子處理器4臺(tái)，具體安裝情況見(jiàn)表1。

2.2 試驗(yàn)效果

第一階段：?jiǎn)尉y組調(diào)節(jié)器前安裝量子處理器防垢試驗(yàn)。

南4—丁21-P38、南4—丁30—P138由于靜態(tài)混合器出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)垢堵塞，酸洗除垢后，在單井混配閥組前安裝了量子處理器，如圖2所示，并開(kāi)始對(duì)安裝后注入泵和閥組單井注入壓力進(jìn)行記錄，壓差曲線如圖3、4所示。

圖2 量子處理器現(xiàn)場(chǎng)安裝

圖3 南4-丁21-P38壓差變化曲線

圖4 南4-丁30-P138壓差變化曲線

截至2014年9月30日，試驗(yàn)392天，除試驗(yàn)井外，全站非試驗(yàn)注入井平均清洗周期50天。2014年6月12日，全站酸洗，南4—丁21—P38、南4—丁30—P138生產(chǎn)平穩(wěn)，已實(shí)現(xiàn)無(wú)清洗281天。

第二階段：混配器前安裝量子處理器防垢試驗(yàn)。

在南4—丁30—P38及南4—21—P38井閥組未清垢的條件下，三元混配管網(wǎng)前各安裝1臺(tái)量子處理器，安裝后注入泵和閥組單井壓差曲線如圖5、6所示。

截至2014年9月30日，量子處理器共計(jì)運(yùn)行265天，運(yùn)行平穩(wěn)。2014年6月12日，全站例行酸洗，南4—丁30—P38及南4—21—P38井試驗(yàn)井，已實(shí)現(xiàn)無(wú)清洗152天。

圖5 南4-丁30-P38壓差變化曲線

圖6 南4-21-P38壓差變化曲線

第三階段：設(shè)備防垢效果驗(yàn)證。

2014年5月14日，量子處理器運(yùn)行252天后，對(duì)南4—丁30—P138、南4—丁21—P38南4—丁30—P38和南4—21—P38混配器管線連接部位拆開(kāi)，對(duì)同等條件下注入井靜態(tài)混合器內(nèi)部及后端管線結(jié)垢狀態(tài)（期間站內(nèi)其他混配設(shè)施解堵酸洗9次）進(jìn)行對(duì)比，如圖7所示。明顯看出，試驗(yàn)井靜態(tài)混合器基本沒(méi)有結(jié)垢，翅片表面及后端管線內(nèi)壁較為光滑，在靜混器后端翅片連接部位黏結(jié)黏稠狀物質(zhì)，經(jīng)分析這是聚合物母液混合不均勻造成的。

而未安裝量子處理器單井混配器，濾網(wǎng)上聚集大量垢狀顆粒、聚合物和油污，且部分結(jié)晶體黏接在塑料翅片本體上。表觀檢查，結(jié)晶體顆粒堅(jiān)硬、不易粉碎，如圖8所示。

圖7 措施井混配器同期防堵塞驗(yàn)證

圖8 對(duì)比井混配器同期堵塞驗(yàn)證

2.3 技術(shù)分析

首先，量子技術(shù)起到明顯解堵作用，管網(wǎng)壓差降低在合理的范圍內(nèi)，消除了高頻率堵塞對(duì)生產(chǎn)造成的影響。

其次，安裝設(shè)備后，通過(guò)混配器濾網(wǎng)上直觀檢測(cè)，能夠驗(yàn)證該項(xiàng)防垢技術(shù)明顯的防垢、解堵效果。其機(jī)理和試驗(yàn)過(guò)程有以下幾方面特點(diǎn)：

（1）由堿的加入造成鈣、鎂溶度積下降，而成垢析出。在量子束的影響下，激發(fā)粒子震蕩活躍性，抑制離子成垢趨勢(shì)顯著。

（2）由于量子束對(duì)物質(zhì)固有震蕩頻率的影響，包括聚合物、碳?xì)浠衔锏扔袡C(jī)物質(zhì)同等活躍，克服極性分子間結(jié)合力，大大降低相互之間黏接現(xiàn)象，因此在混配器上只有少量聚合物和油污的黏結(jié)。

（3）由于部分鹽大分子活躍性增強(qiáng)，產(chǎn)生溶解效應(yīng)。管道設(shè)備上附著的物質(zhì)黏結(jié)能力變差，從而產(chǎn)生脫落。在混配器上，松散的大顆粒產(chǎn)生短期堵塞，從而反映出工藝管道個(gè)別時(shí)間段出現(xiàn)壓差上升波動(dòng)。從幾口井相同的規(guī)律性壓差變化趨勢(shì)來(lái)看，這一類波動(dòng)周期在5個(gè)月左右，此后生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)入平穩(wěn)期，且受來(lái)液物化特性影響較小。

3 經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性分析

注入系統(tǒng)安裝量子處理器后，單井解堵基本解決。年平均減少三元注入單井工藝設(shè)施酸洗6次，單井節(jié)省酸洗直接費(fèi)用3.29萬(wàn)元（平均0.548萬(wàn)元/次），注入井停產(chǎn)時(shí)間平均降低24 h（離線酸洗），減少注入量影響平均為52 m3，同時(shí)也減少了酸洗對(duì)管線設(shè)備的腐蝕，延長(zhǎng)了使用壽命。

4 結(jié)論

（1）量子處理器對(duì)于解決油田三元注入系統(tǒng)結(jié)垢堵塞具有顯著的作用，對(duì)于已成垢的管線設(shè)備需要一定周期實(shí)現(xiàn)解堵效果。因此，應(yīng)在設(shè)施投運(yùn)前安裝應(yīng)用此類防垢技術(shù)，從而更明顯地消除堵塞對(duì)三元注入產(chǎn)生的影響。

（2）由于生產(chǎn)維護(hù)中電弧對(duì)量子處理器產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾，造成設(shè)備能量大幅度衰減，因此在推廣試驗(yàn)中需專門(mén)進(jìn)行設(shè)備的管理維護(hù)，才能更好地解決油田管道設(shè)施堵塞問(wèn)題。

（0459）5296947、C2zhengk@petrochina.com.cn

（欄目主持焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.5.027

鄭凱：高級(jí)工程師，1991年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院采油工程專業(yè)，現(xiàn)任大慶油田有限責(zé)任公司采油二廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所設(shè)計(jì)室主任。