恒压注入调节装置在注水作业中的应用

□ 王 臣 □ 王可佳 □ 杜瑞颖 □ 柳 理 □ 龙 尧 □ 李向敏

1.中国石油集团渤海石油装备制造有限公司石油机械厂 河北任丘 062552

2.华北油田公司工程技术研究院 河北任丘 062552

3.华北油田公司二连分公司 内蒙古锡林郭勒 026000

4.华北油田公司 河北任丘 062552

1 存在的问题

油田注水是为了保持油层压力及提高油层采收率,由地面将经过净化的水注入油层的措施。随着油田的开发,油田含水量不断增大,产液量与日俱增,油田的注水系统在增产、稳产中的作用越来越突出。

目前,由于注水系统水质不稳定,水中掺杂杂质过多,导致自控阀使用寿命仅在1.5 a左右,1.5 a后普遍存在阀芯密封不严、注水量不准等问题。如需保证管线过滤系统达标,对于泵前端过滤网、泵出口流量计等易堵塞部位,每2～3 d即需要清理一次,每次清理需要5～6 h。

2 恒压注入调节装置用于注水作业必要性

恒压注入调节装置将流量计、大可调比调节阀及多重传感器通过人工智能芯片组合成一体,适合油田测井调节控制,可以实现高压双向严密切断与精确调节,特别适用于对流量有严格要求的自控控制装置,对于油田的高压配水、掺水、掺药等场合有着良好的使用效果。

该装置实现了集注水泵、进出水增压管汇、变频软启控制、流量监测、压力报警功能于一体,通过泵房的控制系统可以实现对注水过程的实时控制。增加了泵振动、油位低、电机温度等监控报警,全面监控了注水系统的运转情况,弥补了目前监控的不足,真正意义上实现了全自动无人值守注水。同时,电机采用高效永磁节能电机,比普通变频电机节电约10%,进一步降低了运行成本。增加恒压注入调节装置后,进一步实现了数字化精细注水。

3 恒压注入调节装置用于注水作业可行性

在数字化油田的推动下,逐步将智能化、模块化技术应用于注水设备中,淘汰了以往的手动式闸阀、叶轮式流量计等设备,取而代之采用了电磁式控制可变压力的万能阀门、电磁式控制流量计及高压过滤器,实现了在恒压或恒流量的工况下,在设备内精细化注水。

3.1 延长系统内各零部件使用寿命

以往注水系统中由于高压差导致元器件损害,原因是高压水流冲击大,阀芯、传感器等元器件受到冲击和水侵产生沟槽,造成密封不严,进而导致注水不精准。对此,引进万能阀技术,将阀内通道设计为多级缓冲降压形式,独特水道结构将高压射流引流分散,减少冲击,延长各零部件使用寿命。

3.2 提高监测部件数据可靠性

常规贮水装置中,仪器仪表等检测部件经常出现乱码、卡顿等情况,因为现场常用仪表是通过叶轮或电磁原理来检测流量数据,通过不同波段控制程序,受阀门影响十分容易造成失控,反复接收信号,反复自动调节,反复执行调节命令,造成乱码,导致程序混乱。恒压注入调节装置在注水现场使用环境中寿命可达5～6 a,其间可保持高效精准。

3.3 三级过滤系统保障恒压系统及检测系统稳定

由于油田不同区块地质构造不同,管线内杂质成分不同,造成设备卡堵的杂质有所区别,过滤精度不能使用统一标准。对此,根据注水现场工况量身设计过滤器,使用三级过滤,过滤精度可调,最高过滤精度可达4 mm。经现场试验,小于4 mm杂质对设备运行无影响。三级过滤系统如图1所示。

▲图1 三级过滤系统

一级叶轮过滤可将管线内大直径悬浮物通过离心作用集中在过滤器四周,确保中心通道畅通,减少对流量的影响。二级平面过滤可进一步过滤中小直径杂质。三级立体过滤在滤芯四周设有滤孔,减小滤孔直径的同时尽可能保障通过面积,可过滤微小杂质。

3.4 远程通信及自动化控制系统

恒压注入调节装置通过RS 485通信协议或无线网络方式接收远程设定值,比对流量计与设定值,输出信号控制调节阀动作,快速达到设定值。当阀前和阀后压力变化带来流量波动时,智能控制器启动,快速恢复设定值。

远程通信及自动化控制系统可实现远端设置,就地设置给定流量。通过控制系统,可查看主要部件状态数据。可以根据要求设置控制参数,观察整定曲线,实现恒流注水或恒压注水状态转换。通过系统采集数据自动分析,可实现渗水率自动测试。遇不同地层,需要区别注水参数时,可实现分层注水设定。

3.5 防反吐功能

当注水泵出现问题或联合站需要停泵时,由于地层压力高于管线压力,易出现反吐现象。虽然井口都装有止回阀,但很多现场由于水垢、杂质等原因,止回阀安装两三个月后就会出现关闭不严的情况,造成止回阀失效。经试用现场调研,多数防反吐设备的执行效果并不理想,甚至有的防反吐设备上并没有相应的执行软件。为防止反吐情况发生,设计了防反吐功能,当地层压力高于上游压力时,万能阀自动关闭。

恒压注入调节装置出现泵站停运,压力急剧降低,注水装置利用高压井反吐水量仍能稳定注水量。当泵重新启动,系统发生振荡时,注水装置仍可基本稳定注水量,注水量均值稳定为1 249.5 L/h。

4 应用情况

对恒压注入调节装置进行了各种工况下系统运行数据的统计,试验表明,恒压注入调节装置对稳定注水系统压力及流量效果明显,遇到因环境因素导致的压力流量波动时,系统能自动分析识别并通过计算调节执行机构,短时间内将参数稳定在设定值。

经实际检测,实时注水量曲线较为稳定,设定值为1 250 L/h,实际曲线值为1 248.06 L/h。

现场运行情况如图2所示。恒压注入调节装置运行时出现颗粒堵塞,注水量短期内出现波动,但在一个控制周期内,恒压注入调节装置完成流量调整,保证流量达到设定参数。

▲图2 现场运行情况

在实际应用中,当井口出现压力波动,波动幅度达到0.4～1.3 MPa,恒压注入调节装置自动调整系统,未引起大的流量波动,抗井下压力波动性能较好。

5 结束语

恒压注入调节装置在注水作业中应用,能较好地监测、控制、调整不同工况导致的压力和流量波动,能在堵塞、井口压力波动、结冰等状况出现时保持注水压力流量稳定。

理论上,油田注水过程应保持注采平衡,理论注水量应和采出量一致。目前现场遇到增油问题或无法稳产的问题,多在油井上寻找原因。恒压恒流技术应用后,可尝试在水井上进行研究。实现精准注水之后,可以精确控制注水量,降低注水成本,协助油井增产,提高效益。

注水实现精准注水后,油井可提高效益,地层能量得到补充,油井泵效提高,产量增加。