三元复合驱集输系统除垢技术措施

王雪松

大庆油田工程有限公司

三元复合驱是20世纪80年代发展起来的三次采油新技术,与水驱及聚合物驱相比,显著提高了驱油效率,已经在大庆油田得到了广泛的应用.然而,在三元复合驱的开发生产过程中,由于碱的注入,采出水中的结垢离子浓度增加,引起部分单井管道、计量间内部工艺管道、站间集油及掺水管道严重淤积结垢,由此造成油井及管道堵塞、加热效率降低、设备和管道的局部腐蚀穿孔等问题,降低了油井的正常生产能力及油气管道的有效输送能力,增加了油田的生产成本及能耗[1-2].因此,选择合理的除垢技术对于提高三元复合驱生产效率、降低生产成本等方面具有重要意义.

1 结垢规律及除垢技术选择

由于大庆油田地处高寒地区,且原油具有"高含蜡、高凝点、高黏度"等特性,为实现井筒清蜡、提高油井采出液温度及改善采出液流动性,大庆油田三元复合驱集输系统通常采用双管掺热水集油流程(图1),即:油井生产的油气混合物在井口与掺入的热水混合后,混输至计量间,需要计量的某油井产液进入计量分离器,完成油气计量后,进入分离沉降缓冲罐;其余各油井产生的油气混合物则直接进入分离沉降缓冲罐;完成油气分离后,分离出的原油经外输泵增压后输至下级站场;分离出的水经掺水炉加热,由掺水泵增压后回掺至井口,在油井需要清蜡时分离出的水可由热洗加热炉加热,经热洗泵增压后输至井口进行清蜡.

图1 双管掺热水集油流程简图Fig.1 Process flow diagram of two-pipe thermal water-mixing and oil-collecting

通过跟踪三元复合驱集输系统的运行状况,驱替时间愈长,集输系统结垢现象愈加严重,结垢主要成分为硅垢(注强碱)、碳酸盐垢(注弱碱),且质地坚硬[3-5].由于结垢物质地坚硬,采用热洗的方法已经无法达到良好的除垢效果,此时可选用化学法除垢,其原理为利用化学试剂与管道或设备上的垢发生化学反应,使垢软化、剥离从而达到除垢的作用.此方法虽然目前使用较多,并且发展较为成熟,但最大的缺点在于除垢剂会对地层及环境带来极大的污染[6].而选用空穴射流法除垢,作业过程不使用任何化学药品,避免了对环境的污染;同时,该方法不论结垢质地软硬,均能达到理想的清洗效果,并且作业周期短,所需人力少.因此,空穴射流法对油田集输管道除垢有很好的应用前景[7].

2 空穴射流技术原理

空穴射流冲洗技术利用的是流体力学中的"空穴效应"原理,即利用水射流流束内的气泡在破裂过程中产生的超声微波射流和激波冲击,在局部区域产生极高的应力集中,造成被冲击物表面破坏,从而达到清管的效果.清管器是由交错叠加的韧性叶片组成,当水流推动其前进时,水流会通过清管器叶片间隙形成急速旋转的涡流,涡流中的大量气泡瞬间崩裂并产生微波,微波冲击管壁并使叶片产生高频振动,在叶片的高频振动及叶片间形成的高压水切刀的共同作用下,使管道中的污垢得到清除[8-10].

3 系统除垢流程

三元复合驱集输系统除垢作业主要是转油站至计量间的站间集油、掺水管道,计量间内的工艺管道,以及计量间至油井的集油、掺水管道.

改进前,对站间集油、掺水管道进行空穴射流除垢时,首先要停产,将管道放空,根据管道内介质流向,在计量间外将集油管道用气焊切开,安装发球筒,在转油站阀组间外将管道切开,安装水龙带收球,掺水管道则是在转油站阀组间外安装发球筒,在计量间外安装水龙带收球;安装完成后,由发球筒投入清管器,连接高压热洗车组,清管器在高压水流的推动下在管道内移动进行除垢.以上作业过程,由于需要停产及切割管道安装临时收发球装置,需要消耗大量时间,并且需进行动火作业而存在安全隐患.

在计量间内进行除垢时,由于汇管上设有温度计套,温度计会对清管器产生阻碍,使其无法顺利通过,无法完成除垢工作.

在对单井至计量间的集油、掺水管道进行除垢时,与站间管道作业流程一致,同样需要切割集油、掺水管道,按照介质流向安装临时收发球装置,投放清管器并连接高压热洗车组后进行除垢作业.该作业过程同样消耗时间长,存在安全隐患.

4 系统除垢工艺改造

4.1 站间集油、掺水管道除垢工艺改造

分别在转油站内的集油、掺水汇管及计量间内的集油、掺水汇管上安装管道冲洗快速连接装置,该装置(图2)由与管道同口径球阀(或闸阀)、收(发)球筒、放空阀、快速接头等组成.根据管道内介质流向,在集油管道的计量间端安装发球筒,转油站端安装收球筒;在掺水管道的转油站端安装发球筒,在计量间端安装收球筒.在站间管道需要除垢时,可以将空穴射流用的清管器放入发球筒中,将高压热洗车与发球筒上的快速接头连接,同时,将接污车与收球筒上的快速接头连接,再打开收球筒及发球筒下端的阀门,启动热洗车,使清管器在高压水流的推动下在管道内移动,进行除垢;除垢结束后,打开泄压阀进行泄压,从收球筒取出清管器.经过上述改造,进行除垢作业时无需将管道两段切开,既提高了工作效率、降低了成本,也避免了动火作业,消除了安全隐患.

图2 计量间内(左)、转油站内(右)管道冲洗快速连接装置Fig.2 Fast connection device for pipe flushing of metering plant(Left)and transferring-station(Right)

4.2 计量间内除垢工艺改造

为实现空穴射流用的清管器能在计量间内汇管顺利通过,将原有计量间内汇管上的温度计插孔改造为滑动伸缩式测温管(图3).将温度计放入测温管,在计量间日常运行时,温度计伸入汇管中,测量介质温度;在计量间进行除垢时,只需转动防脱盖,即可将温度计弹出汇管,解决了温度计阻碍清管器通过的问题.

图3 滑动伸缩式测温管结构图Fig.3 Structural diagram of sliding telescopic thermometer

4.3 单井集油、掺水管道除垢工艺改造

在单井集油、掺水管道的井口端安装空穴射流接头,将计量间墙外单井集油、掺水管道的弯头更换成井口管道清洗装置(图4).当对单井集油、掺水管道进行除垢时,操作流程与改造后的站间管道除垢流程相同,根据介质流向,在集油管道的井口端将高压泵车与空穴射流接头连接,在计量间端将接污车与井口管道清洗装置连接,实现从井口发球,在计量间端收球;在掺水管道的计量间端将高压泵车与井口管道清洗装置连接,在井口端将接污车与空穴射流接头连接,实现从计量间端发球,在井口收球.经过改造后,既提高了单井管道除垢工作效率、降低了成本,也避免了动火作业,消除了安全隐患.

图4 井口管道清洗装置及空穴射流接头Fig.4 Wellhead pipe cleaning device and cavitation jet connector

5 结论及认识

通过对计量间、站间管道及单井管道进行除垢工艺的改造,使得站间及单井管道在除垢时均实现了不动火作业,消除了安全隐患;在对站间管道进行除垢时,均可进行不停产放空、无障碍通球,计量间内可以达到无死角除垢的效果.在改进前,对计量间及站间管道进行除垢需耗时约20 h,改进后仅需约3 h,在改进前,单井管道除垢需耗时约13 h,改进后仅需0.5 h,大大节约了作业时间,提高了工作效率.

在三元复合驱产能工程中,通过对计量间、单井集油掺水管道,站间集油、掺水管道等关键节点进行改造,保障了三元复合驱集输系统除垢工作的顺利实施.在油田实际生产运行中应用改进后的除垢工艺,在现场能够顺利完成除垢工作,提高了油田生产效率,消除了安全隐患.