油井加藥收氣一體化裝置的研制與應(yīng)用

宮艷紅 曹良 喬志學(xué) 劉永保 李?。ㄖ袊?guó)石油大港油田公司第三采油廠）

在油田的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，為了延長(zhǎng)油井的生產(chǎn)周期，通過(guò)加藥達(dá)到緩蝕、防垢和改善原油流動(dòng)性的目的，受到石油中伴生氣形成的套壓影響，使得加藥方式操作繁瑣，工作量大，而放氣加藥的方式，既會(huì)出現(xiàn)加藥流速率不均勻，藥劑的作用效果不能充分發(fā)揮，又易造成生產(chǎn)壓差的改變，影響油井正常生產(chǎn)，污染環(huán)境。因此，在實(shí)踐過(guò)程中對(duì)加藥和套管氣回收裝置進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和改進(jìn)，解決以上問(wèn)題顯得尤為重要[1-2]。

1 現(xiàn)狀分析

目前油田的密閉集輸油井采油工藝中具備摻水流程，加藥方式采用帶壓加藥，在井口摻水流程上安置加藥罐，通過(guò)加藥罐注藥方式，利用地下?lián)剿畨毫Ω哂谔讐旱脑?，?shí)現(xiàn)密閉集輸油井加藥[3]。

1.1 油井加藥操作難度大

目前密閉集輸油井通過(guò)倒通地下?lián)剿畮杭铀幜鞒?，加藥完成后還要進(jìn)行放空恢復(fù)原流程，操作過(guò)程復(fù)雜且等待時(shí)間長(zhǎng)，造成巨大工作量，同時(shí)地下?lián)剿闊崛菀自斐蓷U管腐蝕，增加油井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 藥劑損失和污染

具備帶壓加藥流程的油井，長(zhǎng)時(shí)間的操作容易造成加藥閘門(mén)、套管閘門(mén)不嚴(yán)，致使加藥罐內(nèi)充氣，加藥時(shí)噴失量大，加藥量減少，影響加藥效果，縮短油井生產(chǎn)周期[4]。為避免冬季凍堵，需放空加藥罐底殘余藥劑，造成藥劑損失及污染。

1.3 套管氣回收裝置冬季凍堵

目前油田采用的定壓放氣閥內(nèi)沒(méi)有安裝有效的過(guò)濾系統(tǒng)，使用一段時(shí)間底閥內(nèi)或高壓連接軟管內(nèi)可能會(huì)發(fā)生結(jié)蠟堵塞現(xiàn)象，特別是冬天定壓放氣閥會(huì)由于凍堵而無(wú)法正常使用[5]。由于該裝置頻繁的運(yùn)動(dòng)，使得上閥內(nèi)部彈簧發(fā)生彈性變形，與此同時(shí)套管氣對(duì)彈簧還有一定的腐蝕性，影響彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)，使用一段時(shí)間后會(huì)直接影響到定壓放氣的準(zhǔn)確性[6]，甚至很多都失去了裝置的定壓放氣的功能，并且開(kāi)關(guān)時(shí)不靈活，使用不方便。最為重要的一點(diǎn)沒(méi)有安裝單流裝置的，可能會(huì)發(fā)生液體倒流入井筒的情況，從而影響油井的正常生產(chǎn)。

1.4 套管氣資源浪費(fèi)

對(duì)于無(wú)摻水的密閉集輸油井進(jìn)行加藥，以及進(jìn)行測(cè)液面時(shí)和井口作業(yè)施工時(shí)，都要放掉套管氣，造成伴生資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染，同時(shí)存在著較大的安全隱患[7]。

2 油井加藥收氣一體化裝置設(shè)計(jì)

2.1 基本結(jié)構(gòu)及工作原理

油井加藥收氣一體化裝置主要由罐體、球閥、卡箍、止回閥、氣嘴等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1。

加藥時(shí)打開(kāi)加藥罐上部加力扣，通過(guò)加藥罐空心堵頭進(jìn)行注藥，注滿藥后旋緊上部加力扣，然后打開(kāi)入藥端切斷閥門(mén)，由于應(yīng)用球座式單流閥，避免倒流進(jìn)入氣路管線，根據(jù)連通器平衡壓力原理，中心橫穿管可以平衡套管內(nèi)壓力，藥劑在重力作用下流入井底，同時(shí)入藥端切斷閘門(mén)可以控制加藥速度，實(shí)現(xiàn)帶壓加藥。

圖1 加藥收氣一體化裝置結(jié)構(gòu)

2.2 裝置設(shè)計(jì)

1）裝置類型設(shè)計(jì)。該裝置采用立式加藥分離緩沖方式，立式穩(wěn)定性好，高度差大，與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工作需要更為貼合，可滿足快速加藥、天然氣凈化回收、油井標(biāo)產(chǎn)和測(cè)試等功能，在功能實(shí)現(xiàn)、預(yù)算、安全等方面都能滿足設(shè)計(jì)要求。

2）調(diào)節(jié)方式設(shè)計(jì)。目前油井收氣時(shí)，需要井口套壓高于油壓，套管氣才能順利進(jìn)入油管，且能夠根據(jù)油壓變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)的裝置采用壓縮彈簧，氣體會(huì)影響彈簧彈性，而使用氣嘴直徑更容易精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，并且更換后可重復(fù)利用，操作方便，安全系數(shù)高。最終通過(guò)氣嘴直徑大小來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3）保溫方式設(shè)計(jì)。套管氣中會(huì)攜帶一部分死油渣、蠟、雜質(zhì)和水分等，特別是攜帶水分隨氣體流向油管，同時(shí)冬季溫度下降，容易發(fā)生管線和氣嘴堵塞，保證收氣部位不凍堵，不影響套管氣回收量，氣路保溫尤為重要。傳統(tǒng)的保溫是對(duì)回收裝置軟管進(jìn)行包裹方式保溫，員工需要反復(fù)進(jìn)行，我們采用管外套管的保溫方式，這樣可以減輕員工的工作量，又能起到很好的效果。

4）裝置連接設(shè)計(jì)。裝置采用20#8 in 無(wú)縫鋼管制作主體結(jié)構(gòu)圓形加藥罐，加藥罐與套管閘門(mén)之間高壓膠管連接管線材質(zhì)，整個(gè)裝置的加藥部分，管線連接采用高壓卡套式接頭，此種連接方式不易滲漏，成本低，豎向承載力大，安全性高，可以實(shí)現(xiàn)而要實(shí)現(xiàn)兩大功能：裝置可以暫時(shí)儲(chǔ)存藥劑的容器，確保藥液緩緩流入井下；同時(shí)流道與套管閘門(mén)之間有截?cái)嗫梢钥刂萍铀幩俣取?/p>

5）單流功能設(shè)計(jì)。通過(guò)模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，球座式單流閥雖然規(guī)格可選性小，但倒流概率小，成本低，對(duì)安裝方向和安裝空間要求不高，管式結(jié)構(gòu)更適合安裝在氣路管線上。

3 理論分析及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 理論分析

加藥罐的容積應(yīng)滿足日常油井護(hù)理措施最大加藥量的要求，作業(yè)六區(qū)油井最大加藥量為12 kg/d。通過(guò)計(jì)算，罐體采用8 in無(wú)縫鋼管，外徑φ 219 mm，壁厚6.5 mm，罐高500 mm，藥劑的密度大于或等于900 kg/m3，根據(jù)設(shè)計(jì)方案，容積為0.017 m3，質(zhì)量約15 kg。通過(guò)計(jì)算，加藥罐容積完全滿足油井護(hù)理的加藥需求。

氣路管線正常使用時(shí)承壓范圍在0～1.0 MPa，由技術(shù)人員驗(yàn)證氣路管線為DN15的高壓管件，20#鋼屈服強(qiáng)度245 MPa，抗拉強(qiáng)度410 MPa，承壓等級(jí)達(dá)到PN20，能夠達(dá)到使用要求，球座式單流閥承壓6 MPa，氣嘴承壓達(dá)到2.5 MPa 均能滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

大港油田第三采油廠官17-25 井及段38-43-1安裝了油井加藥收氣一體化裝置，并分別進(jìn)行了緩蝕劑和降粘劑的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證該裝置的使用性能。試驗(yàn)中，連接高壓軟管的承壓能力完全滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，該油井加藥收氣一體化裝置可以順利加入藥劑，而且截?cái)嚅l門(mén)又可控制加藥速度，同時(shí)通過(guò)更換氣嘴直徑調(diào)整進(jìn)氣量，達(dá)到控壓的目的，加藥過(guò)程簡(jiǎn)單，安全可靠。

4 使用效果分析

一體化裝置研制成功并在現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用，效果很好，油井加藥時(shí)長(zhǎng)由原來(lái)的30 min 降為5 min，且在下雪降溫等極端天氣下進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，無(wú)凍堵和掛冰現(xiàn)象，確保藥劑完全入井，套管氣全部回收，使用效果非常好。

原來(lái)每口油井加藥和收氣裝置成本在3 000元，現(xiàn)在一體化裝置只需800元，平均每口油井每天增加收氣量在8 m3，1 m3套管氣可以發(fā)3 kWh 電量，按照工業(yè)用電0.78元計(jì)算，長(zhǎng)期高效加藥確保油井載荷平穩(wěn)，無(wú)需定期熱洗，每井次每年可創(chuàng)效1.35 萬(wàn)元，如今已在23 口油井上推廣，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

5 結(jié)束語(yǔ)

1）該裝置安裝簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，能夠很好地滿足油井的加藥量，延長(zhǎng)油井的生命周期，與此同時(shí)減少了油井熱洗等維護(hù)性作業(yè)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了油井護(hù)理的創(chuàng)效，降低生產(chǎn)成本。

2）解決加藥罐及套管氣回收裝置易凍堵問(wèn)題，提高了油井套管氣回收率，增加了單井的收氣量，利用套管氣發(fā)電實(shí)現(xiàn)為企業(yè)創(chuàng)效。

3）減少操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且加藥能達(dá)到“可控、節(jié)約、安全、環(huán)保”效果，有效的緩解了井筒結(jié)蠟、結(jié)垢現(xiàn)狀，延長(zhǎng)油井的生產(chǎn)周期。