抽油井新型摻水裝置的研制與應(yīng)用

陳 飛，曹振華，張立松

（中國(guó)石化江漢油田分公司江漢采油廠(chǎng)，湖北 潛江433123）

引 言

江漢油田屬于鹽湖沉積盆地，地層水平均礦化度高達(dá) （24.2～32.8）×104mg／L，溶解于井液中的礦物質(zhì)結(jié)晶逐漸析出，堵塞地層或尾管，使得油井減產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)結(jié)晶鹽附著于桿泵上，易造成鹽卡，致使抽油井停產(chǎn)被迫檢泵，增加生產(chǎn)成本。

江漢礦區(qū)目前油井開(kāi)井1 056口，其中需要摻水解鹽油井522口，占全廠(chǎng)油井總數(shù)的49.4%，日均摻水量約為1 122m3，尤其以王場(chǎng)、黃場(chǎng)、張港油田結(jié)鹽較嚴(yán)重。

現(xiàn)行的油井解鹽方法主要是摻水解鹽，傳統(tǒng)摻水裝置是由鋼罐、旋翼式水表、水嘴等構(gòu)成。但由于摻水水質(zhì)不合格，使水表計(jì)數(shù)不準(zhǔn)，需要頻繁清洗、校驗(yàn)、更換旋翼式水表。而且調(diào)節(jié)水量時(shí)間較長(zhǎng)（平均調(diào)好并檢驗(yàn)1口井的摻水需要5分鐘左右），摻水池又以鋼質(zhì)材料制成，露天敞口中，內(nèi)壁會(huì)因?yàn)檠趸鳂I(yè)極易腐蝕、生銹、長(zhǎng)青苔，易受到外界干擾，日常清理維護(hù)難度大，尤其對(duì)于摻水井較多的站來(lái)說(shuō)，巡井維護(hù)占用的時(shí)間更長(zhǎng)。這些都對(duì)日常維護(hù)和管理帶了難度，所以迫切需要改善目前的摻水現(xiàn)狀。

1 新型摻水裝置結(jié)構(gòu)及原理

新型摻水裝置是由密封式玻璃鋼水箱、Y型過(guò)濾器、全自動(dòng)水位控制閥、浮子流量計(jì)摻水水嘴五個(gè)部分組成（圖1）。

清水經(jīng)過(guò)站內(nèi)清水循環(huán)泵經(jīng)由管線(xiàn)輸送到單井，通過(guò)4分控制閘門(mén)、雙Y型雜質(zhì)過(guò)濾器、全自動(dòng)水位控制閥進(jìn)入到容量為1m3的單井清水儲(chǔ)罐中。儲(chǔ)罐中的清水達(dá)到水位控制閥液位時(shí)，閥體關(guān)閉，水位達(dá)到恒定。罐體出水通過(guò)4分鍍鋅防銹管、下水調(diào)節(jié)4分閘門(mén)、浮子流量計(jì)、水嘴進(jìn)入井筒。

圖1 新型摻水裝置結(jié)構(gòu)圖

1.1 密閉式玻璃鋼水箱

由于以前水箱為敞口鋼罐，內(nèi)壁極易腐蝕、生銹、長(zhǎng)青苔，易受到外界干擾，日常清理維護(hù)難度大，因此新型摻水裝置選用密閉式玻璃鋼水箱。玻璃鋼材質(zhì)是一種以高分子環(huán)氧樹(shù)脂為基體，玻璃鋼或碳纖維等為增強(qiáng)體，經(jīng)過(guò)復(fù)合工藝而制成的復(fù)合材料，是用玻璃纖維增強(qiáng)劑和不飽和聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂與酚醛樹(shù)脂粘合劑為基本組成。

密閉式玻璃鋼水箱對(duì)大氣和水的氧化以及一般濃度的酸堿鹽等多種溶劑具有較強(qiáng)的抵抗能力，所以玻璃鋼水箱不會(huì)像鋼罐一樣生銹導(dǎo)致水質(zhì)變差，同時(shí)可以阻擋外部環(huán)境中的灰塵與微生物，里面的清水不受陽(yáng)光直射，水中不易生長(zhǎng)青苔，水質(zhì)不會(huì)受到影響，同時(shí)儲(chǔ)罐具有內(nèi)壁光滑，表面粗糙度低，內(nèi)表面容易清洗。主要特點(diǎn)是：耐腐蝕、保溫、使用壽命長(zhǎng)，壽命可達(dá)20－30年。

1.2 Y型過(guò)濾器

以前摻水是經(jīng)海綿過(guò)濾，過(guò)濾效果不好，夏季容易長(zhǎng)青苔，所以選用密封性好的Y型過(guò)濾器。新型過(guò)濾器采用金屬材料制成，Y型過(guò)濾網(wǎng)式結(jié)構(gòu)。工作原理是：當(dāng)流體流經(jīng)過(guò)濾器時(shí)，雜質(zhì)被過(guò)濾元件阻擋在過(guò)濾器內(nèi)，而過(guò)濾后的流體則由過(guò)濾器出口排出，達(dá)到凈化的目的。維護(hù)清洗過(guò)濾網(wǎng)拆卸方便，只需要關(guān)閉進(jìn)口閘門(mén)后，取下濾網(wǎng)即可清洗。該濾網(wǎng)網(wǎng)眼是60目，可以將直徑0.3mm的雜質(zhì)攔截在濾網(wǎng)中。從而達(dá)到去除來(lái)水中的鐵屑等雜質(zhì)（圖2）。

圖2 Y型過(guò)濾器結(jié)構(gòu)圖

1.3 水管式浮子流量計(jì)

由于以前摻水裝置是用旋翼式水表計(jì)量，而摻水量是間接算出流量，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因此選用直讀式的水管式浮子流量計(jì)。水管式浮子流量計(jì)是變面積式流量計(jì)的一種，它是由一個(gè)錐形管和一個(gè)置于錐形管內(nèi)可以上下自由移動(dòng)的浮子構(gòu)成。浮子流量計(jì)本體可以用兩端螺紋連接，垂直安裝在測(cè)量管道上。當(dāng)流體自下而上流入錐管時(shí)，被浮子截流，這樣在轉(zhuǎn)子上、下游之間產(chǎn)生壓力差，浮子在壓力差的作用下上升或是下降，這時(shí)在浮子上的力共有3個(gè)：流體對(duì)浮子向上的動(dòng)壓力（與流體流速有關(guān)）、浮子在流體中向上的浮力和浮子自身向下的重力（圖3）。

圖3 浮子流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)3個(gè)力平衡時(shí)即，重力＝浮力＋動(dòng)壓力時(shí)浮子就穩(wěn)定在錐形管中的某一個(gè)位置。對(duì)于不同型號(hào)的浮子流量計(jì)而言浮子的重力與自身結(jié)構(gòu)造成的浮力已經(jīng)確定，浮子在錐形管中的位置僅有向上的動(dòng)壓力決定，這樣浮子的位置就與流體的流量形成正比的關(guān)系，流量越大浮子的位置也就越靠上，這就是浮子流量計(jì)的工作原理。

工作參數(shù)：壓力范圍：0.02～1.0MPa，適用于來(lái)水壓力，適用介質(zhì)溫度0℃～60℃，由于材料選取為PE材料，適用于江漢油區(qū)的氣候條件。

1.4 全自動(dòng)水位控制閥

全自動(dòng)水位控制閥采油PE材料。它的的工作原理是當(dāng)水箱或水箱內(nèi)水位下降時(shí)，閥腔內(nèi)浮子下沉，帶動(dòng)杠桿，打開(kāi)控制閥的先導(dǎo)孔，受管道內(nèi)水壓作用，將控制閥的密封面打開(kāi)，水便從控制閥流出；當(dāng)水位上升到控制線(xiàn)時(shí)浮子上升，觸動(dòng)杠桿，關(guān)閉先導(dǎo)孔，閥腔開(kāi)始注滿(mǎn)水，將控制閥的密封面封閉，控制閥立即停止供水。全自動(dòng)水位控制閥系傳統(tǒng)浮球閥的換代專(zhuān)利產(chǎn)品，適用于各種高位水箱、水箱、水塔的自動(dòng)供水系統(tǒng)。

技術(shù)參數(shù)：適用介質(zhì)：普通自來(lái)水；工作壓力范圍：0.02～1.0MPa滿(mǎn)足油井來(lái)水壓力；適用介質(zhì)溫度：≤60℃，由于材料選取為PE材料可以適用于江漢油區(qū)的氣候條件。

1.5 摻水水嘴

水嘴大小與摻水量匹配。江漢采油廠(chǎng)嚴(yán)格按照摻水量的大小，選擇匹配的水嘴，水嘴的定制的標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格按專(zhuān)業(yè)技術(shù)指數(shù)要求（表1）。

表1 摻水量與水嘴孔徑對(duì)應(yīng)表

水嘴按實(shí)際生產(chǎn)要求，做成活扣可按摻水量不同進(jìn)行快拆更換水嘴。

2 新型摻水裝置使用前后效果對(duì)比分析

傳統(tǒng)摻水裝置是在油井井口處安裝一個(gè)敞口鋼制水箱，通過(guò)旋翼式水表計(jì)量給油井摻水解鹽。過(guò)濾采取簡(jiǎn)易敞口海綿過(guò)濾。為保證摻水水質(zhì)，過(guò)濾海綿要周期更換，水箱需要周期清理。計(jì)量采取旋翼式水表，調(diào)整摻水時(shí)間較長(zhǎng)，從現(xiàn)場(chǎng)使用來(lái)看精度不能滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要。

敞口式鋼罐由于其材質(zhì)是鐵，浸泡在水中容易生銹，生銹后會(huì)成為三氧化二鐵，使水質(zhì)變差。鋼罐中的鐵在水中生銹實(shí)際上涉及原電池反應(yīng)。鐵與碳形成原電池（因?yàn)殍F不不純的，里面含有C等其它元素）。反應(yīng)方程式是：

Fe2O3是鐵銹的主要成分，在鋼罐中使水質(zhì)發(fā)黃變差。

3 新型摻水裝置的主要優(yōu)點(diǎn)

3.1 降低勞動(dòng)工作量，提高勞動(dòng)效率

目前使用新型摻水裝置工作量減半，工作效率翻倍。新型摻水裝置巡查和調(diào)水量工作量由原來(lái)的20 min左右減少為10min（表2）。

表2 單井摻水調(diào)水工作量對(duì)比表

一般油井傳統(tǒng)摻水裝置鋼板摻水箱清理周期為0.5次／月，累計(jì)一年清理6次，每次清理時(shí)間為8個(gè)小時(shí)，兩名職工操作，一名員工在水箱內(nèi)部清理，另一名員工在外部清理并做好監(jiān)護(hù)工作，整個(gè)過(guò)程有清理水箱、曬干、刷防銹漆、外壁刷漆、最后安裝附屬部件等工序。

而玻璃鋼摻水箱清理周期在6次／年，每次耗時(shí)1小時(shí)，而且清理的時(shí)間僅是清理Y型過(guò)濾器濾嘴、擦拭玻璃鋼罐內(nèi)壁、清理浮子流量計(jì)內(nèi)壁等簡(jiǎn)單工作，單井工作時(shí)間僅需1小時(shí)（表3）。

表3 單井摻水箱清理防腐工作量對(duì)比表

如果采油廠(chǎng)522口摻水井全部推廣使用新型摻水裝置，則較以前一年巡井時(shí)間和清理時(shí)間節(jié)約53 766小時(shí)，折算勞動(dòng)力費(fèi)用為129.2萬(wàn)元（一年一人按正常上班260天，每天上班8小時(shí)，一年一名員工5萬(wàn)元工資）（表4）。

表4 全廠(chǎng)推廣新型摻水總成節(jié)約工作量及費(fèi)用對(duì)比表

3.2 提高摻水水質(zhì)，精細(xì)調(diào)整摻水量

傳統(tǒng)摻水箱采用鐵為原料并且不密閉，不達(dá)標(biāo)的水質(zhì)也造成了傳統(tǒng)的旋翼式水表經(jīng)常聚集雜質(zhì)造成水表每天顯示數(shù)據(jù)誤差遠(yuǎn)高于允許誤差0.4m3，達(dá)不到精細(xì)摻水工作的要求。新型摻水裝置從提高摻水水質(zhì)和精細(xì)摻水量?jī)蓚€(gè)方面都有相應(yīng)的措施。

水質(zhì)較以膠得到改善，來(lái)水經(jīng)過(guò)雙Y型過(guò)濾器過(guò)濾水質(zhì)，密閉玻璃鋼罐不會(huì)產(chǎn)生鐵銹與青苔，摻水量誤差較小，全自動(dòng)水位控制閥可以保證玻璃鋼罐內(nèi)水位恒定，下流的浮子流量計(jì)的系統(tǒng)誤差在0.2m3／d以下，較好地滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。

2.3 減少成本消耗，保證安全生產(chǎn)

傳統(tǒng)摻水裝置的維護(hù)成本包括：每年過(guò)濾海綿、清摻水箱防銹漆、每年每口井需要更換1－2塊旋翼式水表，一年約240元／井。

新型摻水裝置的消耗包括：Y型過(guò)濾器濾網(wǎng)、自動(dòng)液位閥、浮子流量計(jì)，一年約100元／井（表5）。

表5 全廠(chǎng)推廣新型摻水總成節(jié)約維護(hù)費(fèi)用對(duì)比表

從上表可以看出全區(qū)摻水井每年在節(jié)約成本和維護(hù)消耗費(fèi)用方面約7.3萬(wàn)元。

新型摻水裝置采用玻璃鋼，該裝置清理不存在刷漆等工序，對(duì)職工身體傷害較低，同時(shí)節(jié)約了廢水成本。

2013年6月15日黃斜53井由于傳統(tǒng)摻水裝置摻水不及時(shí)造成油井鹽卡，整個(gè)檢泵費(fèi)用約15萬(wàn)元，耽誤產(chǎn)量18t（9萬(wàn)元），累計(jì)損失24萬(wàn)元。根據(jù)全廠(chǎng)近幾年由于摻水不及時(shí)導(dǎo)致作業(yè)油井至少有3口油井，其損失約72萬(wàn)元。

綜上所述，如果全廠(chǎng)全部推廣新型摻水裝置從節(jié)約勞動(dòng)力費(fèi)用129.2萬(wàn)元，節(jié)約成本及維護(hù)費(fèi)用7.3萬(wàn)元，降低摻水不及時(shí)鹽卡井?dāng)?shù)節(jié)約成本72萬(wàn)元三個(gè)方面，全廠(chǎng)所有摻水油井年節(jié)約費(fèi)用208.5萬(wàn)元。

4 結(jié)束語(yǔ)

該新型摻水系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)35口井，從目前使用情況來(lái)看，新型摻水裝置不僅達(dá)到精細(xì)摻水解鹽的目的，同時(shí)維護(hù)簡(jiǎn)單，管理方便，維護(hù)費(fèi)用降低，大幅度減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，提升現(xiàn)場(chǎng)管理水平。從目前油區(qū)前線(xiàn)操作員工缺員問(wèn)題較為突出，該新型摻水裝置自動(dòng)化程度高，有效地減輕員工工作量和減少人員，進(jìn)一步適應(yīng)于無(wú)人值守新形式。

［1］齊春海.用多級(jí)清水過(guò)濾器改善引用水水質(zhì)［J］.油氣田地面工程，2007，26（01）：32.

［2］戴頌周，盧明昌.玻璃鋼罐應(yīng)用于含油污水處理站［J］.油氣田地面工程，2007，26（11）：27－28.

［3］梁志全.油套環(huán)空摻水優(yōu)選模式的建立與應(yīng)用［J］.內(nèi)江科技，2011（02）：113.