三元計量間除垢工藝的改進及應用

洪小平

（大慶油田有限責任公司第四采油廠）

三元復合驅開發(fā)技術是油田持續(xù)穩(wěn)產的技術保障，其驅油原理是利用堿、表面活性劑、聚合物的復配作用進行驅油，主要功能是降低油水界面張力、降低流度提高波及系數和改變巖石潤濕性的作用，可提高采收率約20%。但是，隨著三元復合驅采出液各種添加劑濃度升高，由于強堿的腐蝕結垢作用，集油管網淤積結垢嚴重，嚴重影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。目前，在集輸系統(tǒng)防垢方面還未找到有效的措施，只能采用定期除垢的方法來保證現場生產的平穩(wěn)運行，摻水管道每年需除垢2～3次，集油管道每年需除垢1次。但是，除垢程序復雜，停產時間長，局部管段受工藝限制無法除垢，并且，除垢過程中需進行動火作業(yè)，存在一定的安全隱患。為此，開展三元計量間（指三元復合驅區(qū)塊內的油井計量間，其主要功能是實現油井單井產量計量，本文簡稱三元計量間）除垢配套工藝研究，以達到消除安全隱患、方便操作、提高除垢效率的目的。

1 除垢技術

目前，集輸系統(tǒng)管道除垢技術主要有空穴射流除垢與人工機械除垢2種方式。長度≤5m的管道采用人工除垢，將抽油桿或光桿的一端做成“扣耳勺”形狀，伸進管道內進行刮垢；長度＞5m的管道采用空穴射流除垢?？昭ㄉ淞鞒腹ぷ髟恚嚎昭ㄉ淞髑骞芷饔山诲e疊加的韌性葉片組成，進入管路后，在壓力水流的推動下快速向前移動，由于積垢的阻擋，在葉片狹窄的縫隙間水流陡然加速，同時，出現急速旋轉的渦流，形成了連續(xù)移動的低壓區(qū)，該區(qū)域的流水始終呈汽化狀態(tài)，由此產生的細微氣泡又迅速被壓縮直至崩裂，瞬時激射出強力的微射流，無數的微射流匯聚成沖擊波，將沉積物徹底粉碎。

2 三元計量間除垢存在的主要問題

2.1 站間管道除垢程序復雜，停產時間長

站間摻水、集油管道采用空穴射流除垢方式，包括停產、放空、動火操作、投收清管器、恢復等過程。除垢時，首先，將站間摻水、集油管道停產放空；然后，在轉油站閥組間外將摻水管道用氣焊切開，焊接臨時發(fā)球筒，在摻水管道的另一端（計量間外）將摻水管道切開，安裝水龍帶收球；同樣的，在計量間外將集油管道用氣焊切開，安裝臨時發(fā)球筒，在集油管道的另一端（轉油站閥組間外）將集油管道切開，安裝水龍帶收球。一般情況下，站間摻水管道空穴射流除垢需要4h，站間集油管道需要整個計量間停產 16h。管道長度越長、直徑越大，則放空時間及清管器在管道內行走的時間越長。

2.2 計量間內管道除垢困難

由于計量間內摻水、集油匯管形狀呈U形，而人工除垢只能清理長度≤5m的直管段，因此，摻水、集油匯管無法進行人工除垢；又由于匯管上設有溫度計插孔，清管器無法通過，因此，摻水、集油匯管也無法采用空穴射流方式除垢。對于單井摻水、集油管道出墻體處的“S”彎管道，由于人工除垢用的撬杠伸不進去，因此，該處“S”彎管道也無法進行除垢。計量間內僅單井摻水、集油管道與摻水、集油匯管的連接管道可以采用人工機械除垢方式進行除垢，除垢時，需分別拆除摻水、集油控制閥和計量閥，除垢完畢后再恢復，工作量大、效率低。計量間內單井閥組結構見圖1。

圖1 計量間內單井閥組結構

2.3 單井管道除垢操作難度大，停產時間長

單井摻水、集油管道采用空穴射流除垢時，需要在計量間外將管道切開，安裝臨時發(fā)球筒，再在井口處切開摻水、集油管道，接水龍帶將清出的污垢及廢液回收至罐車并收球。一般情況下，每個計量間所轄油井按照2d進行除垢作業(yè)，第一天處理計量間北側油井，第二天處理計量間南側油井，單井停產時間長達12h。

3 三元計量間除垢工藝改進

3.1 站間管道沖洗、除垢快速連接裝置

針對站間管道，研制了沖洗、除垢快速連接裝置，該裝置由與管道同口徑球閥（或閘閥）、收（發(fā)）球筒，泄壓閥、快速接頭等組成。按照正常生產時摻水、集油管道內介質的流向，站間摻水管道在轉油站端安裝發(fā)球筒、在計量間端安裝收球筒；集油管道在轉油站端安裝收球筒、在計量間端安裝發(fā)球筒。清管器的移動方向與原介質流向相同，且均有閥門控制，管道無需停產、放空。站間管道轉油站端改進前后對比照片見圖2、圖3，站間管道計量間端改進前后對比照片見圖4、圖5。

圖2 站間管道轉油站端改進前

圖3 站間管道轉油站端改進后

圖4 站間管道計量間端改進前

圖5 站間管道計量間端改進后

站間摻水管道空穴射流操作步驟：首先，在轉油站一側，打開站間摻水管道的發(fā)球筒上蓋，放入清管器，蓋上上蓋后，將上蓋上的快速接頭連接高壓熱洗車組，同時，將計量間安裝的快速連接裝置上部的快速接頭和接污罐車相連；然后，打開轉油站側摻水管道發(fā)球筒下部的閘閥及計量間摻水匯管末端閘閥，啟動高壓熱洗車組，清管器在高壓水流的推力下向管道末端移動，當計量間內摻水匯管末端聽到清管器到達收球筒的撞擊聲后，停掉高壓熱洗車組，關閉收、發(fā)球筒下部閥門；最后，打開泄壓閥對收、發(fā)球筒進行泄壓，解除與發(fā)球筒相連的高壓熱洗車組，打開收球筒上蓋取出清管器，空穴射流工作結束。站間集油管道空穴射流的操作步驟與摻水管道基本相同，不同之處在于發(fā)球筒位于計量間內集油匯管上，收球筒位于轉油站閥組間外。

計量間摻水、集油匯管增加了沖洗、除垢快速連接裝置，并將摻水、集油匯管進行連通，當采出液中各種添加劑出現初期集油管道淤積物以蠟為主時，可以打開摻水、集油匯管連通閥，用高溫摻水對站間集油管道進行熱洗清蠟；當采出液中各種添加劑出現高峰期集油管道結垢，采用空穴射流除垢方法進行除垢時，可用摻水壓力替代高壓熱洗車組，清管器在 1.9MPa的摻水壓力推動下能夠完成射流除垢工作，只是與采用高壓熱洗車組相比，清管器的移動速度較慢，每 km約慢 0.5h，但是，由于整個過程為不停產操作，因此，對生產無影響。

3.2 計量間匯管工藝改進

針對計量間內摻水、集油匯管無法采用空穴射流除垢的問題，對摻水、集油匯管的安裝工藝進行了改進：一是，將計量間內摻水、集油匯管上的焊接三通改為彎頭，以利于清管器的通過；二是，將摻水、集油匯管上的溫度計插孔改為滑動伸縮式測溫管，正常運行時，該測溫管插在工藝管道內，射流時，將滑動測溫管的防脫蓋順時針轉動 5°，滑動測溫管在工藝管道內壓力的作用下彈出工藝管道，保證清管器能夠順利通過。計量間匯管改進前后對比照片見圖6、圖7，滑動伸縮式測溫管結構見圖8，測溫管實物見圖9。

3.3 計量間內單井閥組的改進

原計量間內單井閥組人工除垢時，需拆裝摻水及集油控制閥、計量閥4個閥門兩端的共32條法蘭螺絲，除垢效率低，且“S”彎無法除垢。針對此問題，研制了單井除垢閥組，其中，摻水閥組由2個帶除垢絲堵角閥、1個快開四通接頭及管道組成，集油閥組與摻水閥組結構相同，只是多了1個滑動伸縮式測溫管。除垢工藝閥組結構見圖10。

該閥組將單井摻水、集油管道上的控制閥和計量閥，由普通閥門（摻水為截止閥、集油為球閥）改為帶除垢絲堵的角閥，將出墻管段設計成直管段，消除“S”彎。通過拆卸角閥上的絲堵1、絲堵2可實現人工對立管1、立管2的除垢，拆卸絲堵3可對出墻的水平管段除垢，拆卸絲堵4投放清管器可實現對計量間至井口的單井管道的除垢。新的除垢閥組減少了拆裝閥門及動火切割管道的操作環(huán)節(jié)，大大提高了管道除垢工作效率，消除了動火的安全隱患。改進后，單井管道空穴射流停產時間從 12h縮短到了0.5h。

圖6 原計量間摻水、集油匯管安裝方式

圖7 計量間摻水、集油匯管改進后安裝方式

圖8 滑動伸縮式測溫管結構

圖9 滑動伸縮式測溫管實物

圖10 除垢工藝閥組結構

4 應用效果

4.1 滿足了空穴射流除垢工藝需求

杏北三元 2-8計量間站間管道長度 2.4km，轄油井19口，于2008年10月投產，產液量855m3/d，水驅空白階段末期單井平均回壓 0.40MPa，計量間回壓0.28MPa，轉油站來油閥組壓力0.12MPa。2010年8月注入三元主段塞，隨著三元復合驅的連續(xù)注入，集輸管道淤積結垢嚴重，計量間回壓逐漸升高至0.80MPa，井口平均回壓達到了0.95MPa，部分單井回壓甚至超過了設計值 1.00MPa，出現單井摻水困難、井口盤根盒憋冒等問題。

2014年9月，對該計量間站間管道進行除垢工藝改進后，采用空穴射流除垢技術對站間集油管道進行了射流除垢，計量間摻水壓力 1.90MPa，比集油管道壓力高出 1.10MPa，空穴射流清管器在摻水壓力的推動下向轉油站方向移動，在轉油站閥組間外成功接收到清管器。從投放清管器到接收清管器用時 56min，集油管道除垢后，計量間回壓下降至0.30MPa，單井平均回壓恢復至0.45MPa。

根據淤積結垢速率研究結果，采出液中各種添加劑出現高峰期，摻水系統(tǒng)除垢周期約為2～3次/a，集油系統(tǒng)除垢周期約為1次/a。2015年5月，經過8個月的運行，杏北三元 2-8計量間集油壓力再次升高至0.78MPa，所轄19口油井中有8口井回壓超過了1.00MPa。于2015年5月下旬，再次應用該除垢工藝對站間摻水管道、集油管道進行了空穴射流除垢。目前，計量間摻水壓力 1.85MPa，集油壓力0.33MPa，單井平均回壓0.48MPa，生產運行平穩(wěn)。

4.2 提高了工作效率，消除了安全隱患

三元計量間除垢工藝的改進，實現了站間管道不停產放空、不動火作業(yè)、無障礙通球；計量間內部管道無死角除垢，停產時間縮短14.0h；單井管道空穴射流除垢不動火作業(yè)，停產時間縮短11.5h。工藝改進后，在同樣的施工條件下，人員、車輛、時間都節(jié)省了約2/3，大大提高了工作效率，降低了生產成本，提高了現場操作的安全、環(huán)保管理水平。三元計量間除垢工藝改進前后人員、車輛及工作時間對比詳見表1。

4.3 節(jié)約了投資費用

杏北三元2-8計量間改造材料費用15.5萬元，施工費用2.6萬元，加上利舊的摻水、集油匯管的費用約2.1萬元，若該計量間全部新建，則總投資約為20.2萬元。該計量間為 19井式計量間，折合成 22井式計量間投資費用約為23.4萬元，與標準化設計的22井式計量間工藝投資25萬元對比，單個計量間工藝投資降低約1.6萬元。

表1 三元計量間除垢工藝改進前后對比

研制的除垢工藝閥組中帶除垢絲堵角閥外形體積只占同口徑球閥或截止閥的50%，閥組間距可從35cm減少至25cm，22井式計量間整體長度可減少4.4m，建筑面積可縮小 19.8m2，相應的計量間建設土建費用可節(jié)省3.8萬元。

因此，若按照新的除垢工藝建設22井式的三元計量間，單個計量間可降低投資約5.4萬元。

5 結語

針對三元計量間站間管道、計量間內部、單井管道除垢程序復雜，部分環(huán)節(jié)受工藝限制無法除垢，以及動火作業(yè)存在安全隱患等問題，研制了站間管道沖洗、除垢快速連接裝置，滑動伸縮式測溫管及單井除垢工藝閥組，達到了消除安全隱患、方便操作、提高效率的目的。

2015年4月，完成了杏北三元2-1計量間除垢工藝改造工作。2015年6月至10月，將陸續(xù)完成杏北三元 2-2、2-3、2-4、2-5、2-6、2-7、三元1-8等 7座計量間的除垢工藝改造施工。今后，該項工藝改進措施將在杏北油田杏七區(qū)東部Ⅰ-Ⅳ塊及大慶油田采油二廠、三廠等三元復合驅產能建設中推廣應用。