油井氣動(dòng)平衡式加藥裝置研制與應(yīng)用

邵春俊，李志剛

（1.江蘇油田技術(shù)監(jiān)督中心，江蘇 揚(yáng)州 225200；2.江蘇油田采油一廠，江蘇 江都 225265）

江蘇油田所管理的大部分油區(qū)已處于高含水率開發(fā)期，油井生產(chǎn)中結(jié)蠟、結(jié)垢、腐蝕問題特別突出，油井頻繁躺井，為延長(zhǎng)油井檢泵周期，需采取清防蠟、防腐、防垢措施，油田常用的維護(hù)措施主要有熱洗與加藥。其中通過套管定期加入一定數(shù)量的清蠟劑、防腐劑、防垢藥劑等化學(xué)藥劑是操作最為簡(jiǎn)便、管理最為方便的手段。

江蘇油田采油一廠生產(chǎn)油井總數(shù)1 039 口，有套壓的油井478 口，壓力分布主要在0～1.5 MPa。目前采油班站對(duì)有套壓的油井加藥，主要采用帶壓加藥，采用外接電用齒輪泵加藥；平衡加藥，自制的簡(jiǎn)易壓力容器實(shí)施平衡加藥；放壓加藥，采用先套管泄壓放氣，然后再投加藥劑。

國(guó)內(nèi)外油井加藥的方法，現(xiàn)場(chǎng)普遍采用的人工加藥方式存在以下缺陷：（1）采用套管放散天然氣會(huì)污染環(huán)境，且造成氣能源浪費(fèi)；（2）現(xiàn)場(chǎng)采用外接高壓電源，對(duì)油井安全生產(chǎn)造成隱患；（3）加藥罐容積小、一次性加藥不能連續(xù)發(fā)揮藥效；（4）工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作過程中會(huì)接觸藥劑，對(duì)工人身體造成損傷。

研制油井自動(dòng)加藥設(shè)備替代了繁重的人工加藥，提高加藥的效率，杜絕油井現(xiàn)場(chǎng)接電安全隱患，改善加藥效果。同時(shí)，針對(duì)有一定套壓的油井，在不排放套管氣的情況下，使用自制的加藥設(shè)備能較好的將油井所需的清蠟劑、防腐劑、防垢藥劑等按照防蠟防腐制度要求順利地投加到套管中，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高效率30%。

1 自動(dòng)加藥裝置設(shè)計(jì)思路

在油田PCS 系統(tǒng)的支撐下，實(shí)時(shí)分析油井工況變化情況，通過載荷、電流曲線、防腐防垢制度要求確定各油井加藥量，當(dāng)某一口油井達(dá)到加藥周期后，系統(tǒng)向加藥裝置的PCL 控制器發(fā)出指令，PCL 控制電磁閥動(dòng)作實(shí)現(xiàn)藥劑投加，PCL 控制器同時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)各閥、藥劑桶液位進(jìn)行上傳，完成加藥后，電磁閥倒換流程恢復(fù)加藥前狀態(tài)。其系統(tǒng)框架圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)框架圖

通過研究在氮?dú)馄可习惭b自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以通過計(jì)算機(jī)編寫程序來(lái)控制電磁閥開閉動(dòng)作，整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)對(duì)氮?dú)馄苛鞒鰵怏w壓力的控制，并借助管線閥門端口電磁閥實(shí)現(xiàn)對(duì)加藥過程的在線控制，繼而實(shí)現(xiàn)控制每天加藥頻數(shù)、加藥量以及加藥時(shí)間段的目標(biāo)。自動(dòng)控制系統(tǒng)依靠鋰電池來(lái)為其供電，不在現(xiàn)場(chǎng)外接電源。

將自制的加藥設(shè)備與油井套管連接后，利用氣液重力分離的原理，油井套管中的天然氣通過設(shè)備的上部管線與裝置相聯(lián)通并實(shí)現(xiàn)壓力平衡，設(shè)備中的液體藥劑在重力的作用下通過儲(chǔ)罐底部的管線進(jìn)入油井套管。在系統(tǒng)確定好當(dāng)天的加藥量后，現(xiàn)場(chǎng)的控制器控制各功能部件動(dòng)作完成加藥，并將加藥量、藥劑儲(chǔ)量、管路閥門開閉等信息進(jìn)行上傳，所有信息可在接轉(zhuǎn)站、作業(yè)區(qū)、采油廠的信息化平臺(tái)上共享。在中控室、接轉(zhuǎn)站可及時(shí)了解和掌握各個(gè)井點(diǎn)的設(shè)備狀況，并能進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)不放套管氣、不接觸藥劑、不外接電源的“三不”加藥流程，將單井加藥時(shí)間控制在15 min 以內(nèi)完成[1-8]。

2 自動(dòng)加藥裝置工藝過程設(shè)計(jì)

自動(dòng)加藥工藝過程主要有兩個(gè)方面：藥劑添加與藥劑投加。

藥劑添加是利用氮?dú)馄孔鳛閯?dòng)力，將氮?dú)馄客ㄟ^減壓閥藥劑罐上接口相連，藥劑罐出口與加藥裝置井口連接，微開氣源閥，藥劑在驅(qū)氣源的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入加藥裝置，根據(jù)裝置液位計(jì)液面的上升高度計(jì)量，根據(jù)指令的藥劑量，關(guān)閉氣源閥和進(jìn)藥閥，完成藥劑向裝置添加。藥劑投加是利用套管氣壓力作為加藥動(dòng)力，利用氣平衡與重力分離原理實(shí)現(xiàn)。藥劑投加時(shí)，打開氣平衡，油井套管中的天然氣通過設(shè)備的上部管線與裝置相聯(lián)通并實(shí)現(xiàn)壓力平衡，打開藥劑投加，設(shè)備中的液體藥劑在重力的作用下通過儲(chǔ)罐底部的管線進(jìn)入油井套管。現(xiàn)場(chǎng)的控制系統(tǒng)和電磁閥采用24 V 直流蓄電池來(lái)進(jìn)行供電，同時(shí)為保證安全，在設(shè)備上設(shè)計(jì)了安全閥，安全閥開啟壓力為系統(tǒng)額定設(shè)計(jì)壓力的75%。

3 自動(dòng)加藥裝置應(yīng)用情況及效果

研制的自動(dòng)加藥裝置主要在采油一廠富民管理區(qū)部分油井上進(jìn)行應(yīng)用，主要用于三種類型藥劑投加：（1）化學(xué)降黏劑，（2）油井緩蝕劑，（3）油井清蠟劑。

（1）化學(xué)降黏劑自動(dòng)投加：主要應(yīng)用在富民管理區(qū)原油黏度比較大的油井，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用5 口井：側(cè)周22-3B井、富46 平1 井、周36-8 井、周44-4 井、周22-8 井。這些油井因原油黏度高采用電熱桿進(jìn)行加熱生產(chǎn)，日用電量高，能耗高。為降低能耗，在這5 口井安裝了自動(dòng)加藥裝置進(jìn)行化學(xué)降黏生產(chǎn)，富46 平1 井、周44-4井去年電熱桿實(shí)現(xiàn)常規(guī)生產(chǎn)，另3 口油井側(cè)周22-3B、周22-8、周36-8 井因黏度高，通過加藥后實(shí)現(xiàn)了化學(xué)降黏與電加熱間開生產(chǎn)。通過化學(xué)降黏應(yīng)用后5 口井能耗實(shí)現(xiàn)了大大降低，平均日節(jié)電800 kW·h，取得非常好的效益。

（2）油井緩蝕劑自動(dòng)投加：主要用于富民管理區(qū)高含水率、腐蝕嚴(yán)重的油井，自動(dòng)加藥裝置現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用5 口井：側(cè)100-1 井、富123 井、側(cè)111A 井、富131A 井和富134 井。這幾口是富民油田腐蝕問題最為嚴(yán)重的井，油井檢泵周期短，生產(chǎn)管柱腐蝕嚴(yán)重，最短的檢泵周期甚至不超過2 個(gè)月，在使用自動(dòng)加藥前依靠人工加藥，加藥制度執(zhí)行得不到保障，效果差。自動(dòng)加藥裝置投入使用后，依靠自動(dòng)控制系統(tǒng)可以有效控制加藥量以及頻率，緩蝕劑可以準(zhǔn)確及時(shí)加入，可以完成既定的油井加藥計(jì)劃，使得油井腐蝕現(xiàn)象得到明顯改善，5 口井檢泵周期均超過了12 個(gè)月。

（3）油井清蠟劑的自動(dòng)投加：主要用于富民油區(qū)有一定套壓（≤0.5 MPa）的油井進(jìn)行清防蠟自動(dòng)加藥。裝置自2019年在富民油田應(yīng)用15 口井：富14 平1井、富35-3 井、側(cè)富43 井、富83-4 井等15 口井。這15 口井的原油組分中石蠟含量高，且隨著原油中天然氣的溶解度降低，使得蠟從原油中析出，油井生產(chǎn)過程中容易結(jié)蠟。在日常管理過程依靠人工定期投加清蠟劑來(lái)維護(hù)生產(chǎn)，不僅人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，耗時(shí)費(fèi)力，而且清防蠟制度執(zhí)行不到位的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，因此加藥效果得不到保證，平均檢泵周期約為半年。自動(dòng)加藥設(shè)備投入使用后，能夠嚴(yán)格按照清防蠟制度執(zhí)行，保證了藥劑量足量投加、加藥按周期執(zhí)行，清防蠟質(zhì)量得到了提升，加藥效果得到改善，油井平均檢泵周期超過了14個(gè)月，取得非常好的效果。從圖2 中可以看出在沒有應(yīng)用該裝置之前，油井平均加藥時(shí)間需要約100 min，使用該裝置后，加藥時(shí)間僅需15 min。因此使用自動(dòng)加藥裝置可以節(jié)約加藥時(shí)間，提高加藥效率。

圖2 改進(jìn)前后加藥時(shí)間統(tǒng)計(jì)圖

4 認(rèn)識(shí)與總結(jié)

（1）自動(dòng)加藥裝置現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用替代了繁重的人工加藥，提高了加藥過程的安全性?，F(xiàn)場(chǎng)采用氮?dú)夂吞坠軞庾鳛轵?qū)動(dòng)能量，提高了加藥效率，同時(shí)杜絕了外加高壓電源安全隱患，為油井安全運(yùn)行提供了保障。在富民油區(qū)開展了三類油井應(yīng)用，均取得了較好的應(yīng)用效果。

（2）自動(dòng)加藥裝置的應(yīng)用較好的解決了有一定套壓油井的加藥難題。在藥劑投加過程中，不需要套管泄壓將井筒中天然氣排出再進(jìn)行加藥操作，從根本上杜絕了天然氣外排，達(dá)到生產(chǎn)環(huán)保要求的同時(shí)，最大限度的利用天然氣，將套管氣回收進(jìn)流程進(jìn)行充分利用，實(shí)現(xiàn)雙重效益。

（3）自動(dòng)加藥裝置能實(shí)現(xiàn)與油田生產(chǎn)信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息共享與遠(yuǎn)程控制。該方式受環(huán)境、天氣、道路因素影響小，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)加藥控制，探索了智能加藥新模式，提高了油田自動(dòng)化管理水平，推動(dòng)了“智慧油田”的發(fā)展。