小洼油田井口加药降粘输送方法初探

马汝彦

(中国石油辽河油田公司，辽宁盘锦 124010)

小洼油田井口加药降粘输送方法初探

马汝彦

(中国石油辽河油田公司，辽宁盘锦 124010)

在小洼油田现有生产条件下，研究集输管网中液体的流动状态，并采用从井口加入药剂的方法，改变原油乳状液相态，达到改变液体与管壁摩擦方式的目的，从而降低乳状液在井筒和集输管路中的摩阻损失，实现减少抽油机、外输泵等设备能量消耗，改善联合站原油脱水条件，降低药剂使用量等积极效果，取得良好的经济和社会效益。

集输管网;原油乳状液;破乳剂;摩阻;抽油机;输油泵;能耗

前言

小洼油田属稠油区块，集输管网能耗高的问题比较突出，由于原油乳状液粘度大，造成抽油机负荷大，油流在井筒及管网中流动摩阻损失大。目前在生产过程中采取掺稀油降粘、提高外输泵压力和加热外输等方法，以达到顺利完成原油输送的目的。本文主要探讨井口加药降粘输送的方法，利用这种方法改变原油乳状液的相态，从而降低油流在管路中的摩阻损失，降低抽油机负荷、减少集输管网能量损失。达到节能降耗，提高经济效益的目的。

1.理论依据

1.1 原油乳状液的形成及其特点

原油与水在油层中向井底流动时，其流速很慢，一般不会产生乳状液。当油水混合物沿油管由井底向地面流动时，随着压力的降低，溶解在油中的伴生气不断析出，气体体积不断膨胀，从而会对油水产生破碎和搅动作用，形成较为稳定的乳状液。由于原油中含有沥青质、胶质、环烷酸、脂肪酸等多种天然乳化剂，经过井筒、油嘴等处的剪切，中低含水率原油在井口多呈油包水型(W/O)乳状液，更高含水率时，井口原油流动工况是水悬浮的油包水(W/O/W)乳状液。油包水型乳状液的粘度高于不含水原油的粘度。

应用里查森公式：

式中：μ——乳状液粘度，牛顿·秒 /米2;

μ0——温度相同时原油的粘度，牛顿·秒 /米2;

k——乳状液粘度的待定常数，由实验测定，对W/O型乳状液

Φ——含水体积分数。

可计算乳状液粘度：μ=70μ0

可见油包水型乳状液的粘度远高于稠油的粘度。

1.2 液体在管路中的流动状态

液体在管路中流动，由于受到管壁的摩擦，贴近管壁的液体层流速会降低，而流速降低的液体层又会给贴近它的液流一个摩擦阻力，使其流速也降低。依此类推，在液体间摩擦力的作用下，由管中心到管壁存在一个速度梯度，液体的流速在管中心处最高，并沿管道横切面向外侧逐渐减小。

液层间摩擦力的大小与液体性质有关，并与流速梯度和接触面积成正比，即：

式中：T——液层间内摩擦力，牛顿;

μ——液体粘度，牛顿·秒 /米2;

A——接触面积，米2;

由(2)式可知，对于某一固定管线，其接触面积为定值，摩擦力只与流体粘度和速度梯度有关，因此可以确定降低液体粘度、控制液体流速对降低液体摩擦力有直接的效果。

2.试验设计分析

在井口加入一定比例的破乳剂，在适当的温度和剪切作用下，形成油为分散相、水为连续相的水包油型乳状液。在输送过程中，由于越靠近管壁处液流的速度梯度越大，使油粒在外层受到较大的剪切，并向管中心运动，最终在管壁周围形成一个外层水环，使输油时稠油与管壁的摩擦和稠油相互之间的摩擦，改变为水与管壁之间及水与水之间的摩擦，大大降低管输时的摩阻。

3.试验应用及分析

为验证井口加药降粘方法的可行性和有效性，在2001年下半年先后进行了单井、采油站、采油队3个阶段95井次的井口加药试验，同时在洼16站进行了外输管线加药降粘试验。

3.1 井口加药试验

在井口加药试验过程中录取了大量的试验数据，经过整理选取有代表性的洼38－15－11、洼38－16－12、洼38－16－13三口油井来说明试验效果。

表1 试验前油井基础数据统计表

表2 试验前后油井生产数据对比表

从试验数据中可以看出，井口加入破乳剂后油井电流、油压下降，液量、含水上升，经现场观察井口放样粘度明显降低。

确定试验产生效果之后，在小洼东部地区选择了2类、32口油井进一步进行了井口加热炉降温试验。降温48h后，大部分油井回压上升幅度稳定在0.1～0.2MPa之间，油井生产正常，量油液量不降。

3.2 外输管线加药试验

洼新16站油稠，外输干线压力高，外输泵耗电量大，启泵时间长，是受原油粘度影响比较典型的采油站。在这里进行外输管线加药降粘试验。

表3 洼新16站试验前后外输情况对比表

试验前洼新16站使用一台排量40m3/h的稠油泵输油，每天运行时间20小时以上，实验后现场更换一台排量12.5m3/h的滑片泵24小时连续输油保持外输管线内部流态的稳定，另一台排量40m3/h的稠油泵间歇输油，外输参数平稳。

试验后每天可节电154kwh。

3.3 试验总结及分析

通过试验可以确定井口加药对降低油流在管路中的摩阻损失是有效的。通过这种方法，可有效降低抽油机电机实际消耗功率;降低井口加热炉、外输炉温度;降低输油泵电机实际功率。同时通过降低回压可使油井产量有一定提高。

(1)井口回压明显降低的油井含水基本集中在40%～60%，而含水60%以上的油井回压降低不明显。由此可以判定含水40%～60%的原油在管路中流动时，油包水的乳状液形态使流动阻力很大。破乳反相后水与管壁的摩擦使阻力大大降低，反映为井口回压的明显降低。而含水60%以上的原油已经有相当一部分水为游离形态，输送过程中已经近似是水与管壁的摩擦，加药后破乳产生的反相效果并不明显，反映为井口回压降低不明显;

(2)试验过程中基于现实条件忽略了流速对液环形成的影响。而这一点经过证明又恰恰是影响试验效果的关键。因为液体在不同的流态下，其内部液体分子的运动状态也不同。油水乳状液随流速增大存在3种流动模型：油水分层流动、均质流动、内向液滴移向管路中心。很显然要想实现液环输送的理想状态就要通过控制流速实现第3种流动模型。实现这一状态应使液流的速度进入紊流状态并控制在水力光滑区的范围内。但通过实际计算小洼油田井筒、进站管线、输油管线中液流状态都在层流区内，且雷诺数数值远远小于临界数值，直接影响了试验效果。下一步就将致力于井筒、输油管路中油流速度控制的研究。

4.结论及建议

井口加破乳剂降粘输送方法对降低管路摩阻有明显的效果，通过实施井口加药可有效降低抽油机负荷、电机电流及井口回压，从而可实现原油自压冷输、降低联合站脱水温度、减少破乳剂用量等节能降耗措施，能够取得巨大的经济效益。

对照试验结果，对油田生产现场提出以下建议：

(1)改变联合站脱水工艺流程。由于乳状液在井口开始破乳，经管输到联合站后，油水已经初步分离，游离水含量应达到50%左右。这一部分水进入联合站脱水系统将白白消耗大量能源，因此应在脱水系统前端将游离水脱除。考虑洼一联现有流程，可将闲置的三相分离器投入使用，使进站油水混合液首先进入三相分离器，进行常温沉降分离，初步脱水后的原油进入下一阶段的热化学沉降脱水等工艺流程。

采用这套流程后，可大幅度降低热化学沉降工艺中用于油品加热所需的燃料。具有很高的经济价值。

(2)控制缓冲罐中原油停留时间。由于井口加入了破乳剂使得油水在管路中得以分离，在采油站的缓冲罐中油水必将靠自身的重力差进行油水沉降分层。而油水一旦分层必将造成启泵前期由于输送介质为水或含水极高的油，会严重影响稠油泵泵效，启泵后期输送介质为含水较低的稠油，输送过程中形成不了水环，造成输油压力增高。因此，必须控制原油在缓冲罐中的停留时间，防止油水分层。经计算缓冲罐中水滴在油中的沉降速度为0.25m/h，各采油站应依照各自的液量情况制定相应的启泵间隔时间，尽量防止油水分层。

(3)采取措施防止液流再次乳化。破乳后的原油需经管道输送到联合站，在输送过程中输油泵、流量计、阀门等设备和装置对液流的激烈剪切可能使乳状液反相，因此需考虑限制输油泵液轮转速、更换流量计和阀门的类型。

(4)以水为载体破乳降粘。目前小洼油田采用的掺稀油开采工艺与试验的井口加药破乳方法在生产上的目的是相同的，都是为使稠油降粘以利于开采和输送。

可以考虑以热水为载体进行加药破乳，同样可以达到破乳降粘的目的。如果这种方法可行，将结束小洼油田掺稀油的历史，随之将会带来巨大的经济效益。

［1］冯叔初，郭揆常，王学敏，编.油气集输［M］.山东省东营市：石油大学出版社，1988：1.

［2］袁恩熙主编.工程流体力学［M］.北京：石油工业出版社，1986：1～2.

［3］杨筱衡，张国忠，编.输油管道设计与管理［M］.山东省东营市：石油大学出版社，1996：3.

Xiaowa Oilfield Well head Dosing Viscosity Reduction Transportation Method

MA Ru－yan
(Oil Production Department of Liaohe Oilfield，PetroChina，Panjin 124010，Liaoning，China)

Under the existing production conditions in Xiaowa oilfield，study the flow state of liquid in the gas gathering pipe network，put in chemical agent from the well head to change the crude oil emulsion liquid state in order to change the friction way between the liquid and the pipe wall，thus reduce emulsion liquid friction loss in the shaft and gathering and transportation pipe，consequently reduce the energy consumption of the oil pumping unit and the pumps，and improve the crude oil dehydration condition of the central treating station，reduce the usage of chemical agent，which has achieved good economic and social benefits.

gathering and transportation pipe network;crude oil emulsion;demulsifier;friction drag;oil pumping unit;oil pumps;energy consumption

TE39 < class="emphasis_bold">文献标识码：A

A

1671－3974(2012)02－0054－03

2012－02－22

马汝彦(1979－)，男，大学，辽河油田采油工艺处工程师，从事采油工程管理工作。