恒壓注入調(diào)節(jié)裝置在注水作業(yè)中的應(yīng)用

□ 王 臣 □ 王可佳 □ 杜瑞穎 □ 柳 理 □ 龍 堯 □ 李向敏

1.中國石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司石油機(jī)械廠 河北任丘 062552

2.華北油田公司工程技術(shù)研究院 河北任丘 062552

3.華北油田公司二連分公司 內(nèi)蒙古錫林郭勒 026000

4.華北油田公司 河北任丘 062552

1 存在的問題

油田注水是為了保持油層壓力及提高油層采收率,由地面將經(jīng)過凈化的水注入油層的措施。隨著油田的開發(fā),油田含水量不斷增大,產(chǎn)液量與日俱增,油田的注水系統(tǒng)在增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)中的作用越來越突出。

目前,由于注水系統(tǒng)水質(zhì)不穩(wěn)定,水中摻雜雜質(zhì)過多,導(dǎo)致自控閥使用壽命僅在1.5 a左右,1.5 a后普遍存在閥芯密封不嚴(yán)、注水量不準(zhǔn)等問題。如需保證管線過濾系統(tǒng)達(dá)標(biāo),對(duì)于泵前端過濾網(wǎng)、泵出口流量計(jì)等易堵塞部位,每2～3 d即需要清理一次,每次清理需要5～6 h。

2 恒壓注入調(diào)節(jié)裝置用于注水作業(yè)必要性

恒壓注入調(diào)節(jié)裝置將流量計(jì)、大可調(diào)比調(diào)節(jié)閥及多重傳感器通過人工智能芯片組合成一體,適合油田測井調(diào)節(jié)控制,可以實(shí)現(xiàn)高壓雙向嚴(yán)密切斷與精確調(diào)節(jié),特別適用于對(duì)流量有嚴(yán)格要求的自控控制裝置,對(duì)于油田的高壓配水、摻水、摻藥等場合有著良好的使用效果。

該裝置實(shí)現(xiàn)了集注水泵、進(jìn)出水增壓管匯、變頻軟啟控制、流量監(jiān)測、壓力報(bào)警功能于一體,通過泵房的控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)注水過程的實(shí)時(shí)控制。增加了泵振動(dòng)、油位低、電機(jī)溫度等監(jiān)控報(bào)警,全面監(jiān)控了注水系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況,彌補(bǔ)了目前監(jiān)控的不足,真正意義上實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)無人值守注水。同時(shí),電機(jī)采用高效永磁節(jié)能電機(jī),比普通變頻電機(jī)節(jié)電約10%,進(jìn)一步降低了運(yùn)行成本。增加恒壓注入調(diào)節(jié)裝置后,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化精細(xì)注水。

3 恒壓注入調(diào)節(jié)裝置用于注水作業(yè)可行性

在數(shù)字化油田的推動(dòng)下,逐步將智能化、模塊化技術(shù)應(yīng)用于注水設(shè)備中,淘汰了以往的手動(dòng)式閘閥、葉輪式流量計(jì)等設(shè)備,取而代之采用了電磁式控制可變壓力的萬能閥門、電磁式控制流量計(jì)及高壓過濾器,實(shí)現(xiàn)了在恒壓或恒流量的工況下,在設(shè)備內(nèi)精細(xì)化注水。

3.1 延長系統(tǒng)內(nèi)各零部件使用壽命

以往注水系統(tǒng)中由于高壓差導(dǎo)致元器件損害,原因是高壓水流沖擊大,閥芯、傳感器等元器件受到?jīng)_擊和水侵產(chǎn)生溝槽,造成密封不嚴(yán),進(jìn)而導(dǎo)致注水不精準(zhǔn)。對(duì)此,引進(jìn)萬能閥技術(shù),將閥內(nèi)通道設(shè)計(jì)為多級(jí)緩沖降壓形式,獨(dú)特水道結(jié)構(gòu)將高壓射流引流分散,減少?zèng)_擊,延長各零部件使用壽命。

3.2 提高監(jiān)測部件數(shù)據(jù)可靠性

常規(guī)貯水裝置中,儀器儀表等檢測部件經(jīng)常出現(xiàn)亂碼、卡頓等情況,因?yàn)楝F(xiàn)場常用儀表是通過葉輪或電磁原理來檢測流量數(shù)據(jù),通過不同波段控制程序,受閥門影響十分容易造成失控,反復(fù)接收信號(hào),反復(fù)自動(dòng)調(diào)節(jié),反復(fù)執(zhí)行調(diào)節(jié)命令,造成亂碼,導(dǎo)致程序混亂。恒壓注入調(diào)節(jié)裝置在注水現(xiàn)場使用環(huán)境中壽命可達(dá)5～6 a,其間可保持高效精準(zhǔn)。

3.3 三級(jí)過濾系統(tǒng)保障恒壓系統(tǒng)及檢測系統(tǒng)穩(wěn)定

由于油田不同區(qū)塊地質(zhì)構(gòu)造不同,管線內(nèi)雜質(zhì)成分不同,造成設(shè)備卡堵的雜質(zhì)有所區(qū)別,過濾精度不能使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)此,根據(jù)注水現(xiàn)場工況量身設(shè)計(jì)過濾器,使用三級(jí)過濾,過濾精度可調(diào),最高過濾精度可達(dá)4 mm。經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn),小于4 mm雜質(zhì)對(duì)設(shè)備運(yùn)行無影響。三級(jí)過濾系統(tǒng)如圖1所示。

▲圖1 三級(jí)過濾系統(tǒng)

一級(jí)葉輪過濾可將管線內(nèi)大直徑懸浮物通過離心作用集中在過濾器四周,確保中心通道暢通,減少對(duì)流量的影響。二級(jí)平面過濾可進(jìn)一步過濾中小直徑雜質(zhì)。三級(jí)立體過濾在濾芯四周設(shè)有濾孔,減小濾孔直徑的同時(shí)盡可能保障通過面積,可過濾微小雜質(zhì)。

3.4 遠(yuǎn)程通信及自動(dòng)化控制系統(tǒng)

恒壓注入調(diào)節(jié)裝置通過RS 485通信協(xié)議或無線網(wǎng)絡(luò)方式接收遠(yuǎn)程設(shè)定值,比對(duì)流量計(jì)與設(shè)定值,輸出信號(hào)控制調(diào)節(jié)閥動(dòng)作,快速達(dá)到設(shè)定值。當(dāng)閥前和閥后壓力變化帶來流量波動(dòng)時(shí),智能控制器啟動(dòng),快速恢復(fù)設(shè)定值。

遠(yuǎn)程通信及自動(dòng)化控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端設(shè)置,就地設(shè)置給定流量。通過控制系統(tǒng),可查看主要部件狀態(tài)數(shù)據(jù)?？梢愿鶕?jù)要求設(shè)置控制參數(shù),觀察整定曲線,實(shí)現(xiàn)恒流注水或恒壓注水狀態(tài)轉(zhuǎn)換。通過系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)自動(dòng)分析,可實(shí)現(xiàn)滲水率自動(dòng)測試。遇不同地層,需要區(qū)別注水參數(shù)時(shí),可實(shí)現(xiàn)分層注水設(shè)定。

3.5 防反吐功能

當(dāng)注水泵出現(xiàn)問題或聯(lián)合站需要停泵時(shí),由于地層壓力高于管線壓力,易出現(xiàn)反吐現(xiàn)象。雖然井口都裝有止回閥,但很多現(xiàn)場由于水垢、雜質(zhì)等原因,止回閥安裝兩三個(gè)月后就會(huì)出現(xiàn)關(guān)閉不嚴(yán)的情況,造成止回閥失效。經(jīng)試用現(xiàn)場調(diào)研,多數(shù)防反吐設(shè)備的執(zhí)行效果并不理想,甚至有的防反吐設(shè)備上并沒有相應(yīng)的執(zhí)行軟件。為防止反吐情況發(fā)生,設(shè)計(jì)了防反吐功能,當(dāng)?shù)貙訅毫Ω哂谏嫌螇毫r(shí),萬能閥自動(dòng)關(guān)閉。

恒壓注入調(diào)節(jié)裝置出現(xiàn)泵站停運(yùn),壓力急劇降低,注水裝置利用高壓井反吐水量仍能穩(wěn)定注水量。當(dāng)泵重新啟動(dòng),系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí),注水裝置仍可基本穩(wěn)定注水量,注水量均值穩(wěn)定為1 249.5 L/h。

4 應(yīng)用情況

對(duì)恒壓注入調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行了各種工況下系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì),試驗(yàn)表明,恒壓注入調(diào)節(jié)裝置對(duì)穩(wěn)定注水系統(tǒng)壓力及流量效果明顯,遇到因環(huán)境因素導(dǎo)致的壓力流量波動(dòng)時(shí),系統(tǒng)能自動(dòng)分析識(shí)別并通過計(jì)算調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu),短時(shí)間內(nèi)將參數(shù)穩(wěn)定在設(shè)定值。

經(jīng)實(shí)際檢測,實(shí)時(shí)注水量曲線較為穩(wěn)定,設(shè)定值為1 250 L/h,實(shí)際曲線值為1 248.06 L/h。

現(xiàn)場運(yùn)行情況如圖2所示。恒壓注入調(diào)節(jié)裝置運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)顆粒堵塞,注水量短期內(nèi)出現(xiàn)波動(dòng),但在一個(gè)控制周期內(nèi),恒壓注入調(diào)節(jié)裝置完成流量調(diào)整,保證流量達(dá)到設(shè)定參數(shù)。

▲圖2 現(xiàn)場運(yùn)行情況

在實(shí)際應(yīng)用中,當(dāng)井口出現(xiàn)壓力波動(dòng),波動(dòng)幅度達(dá)到0.4～1.3 MPa,恒壓注入調(diào)節(jié)裝置自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng),未引起大的流量波動(dòng),抗井下壓力波動(dòng)性能較好。

5 結(jié)束語

恒壓注入調(diào)節(jié)裝置在注水作業(yè)中應(yīng)用,能較好地監(jiān)測、控制、調(diào)整不同工況導(dǎo)致的壓力和流量波動(dòng),能在堵塞、井口壓力波動(dòng)、結(jié)冰等狀況出現(xiàn)時(shí)保持注水壓力流量穩(wěn)定。

理論上,油田注水過程應(yīng)保持注采平衡,理論注水量應(yīng)和采出量一致。目前現(xiàn)場遇到增油問題或無法穩(wěn)產(chǎn)的問題,多在油井上尋找原因。恒壓恒流技術(shù)應(yīng)用后,可嘗試在水井上進(jìn)行研究。實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)注水之后,可以精確控制注水量,降低注水成本,協(xié)助油井增產(chǎn),提高效益。

注水實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)注水后,油井可提高效益,地層能量得到補(bǔ)充,油井泵效提高,產(chǎn)量增加。