微爆射流清洗技术在油田的试验与效果

李树民

【摘要】本文介绍了微爆射流清洗技术原理及特点，针对油田注水管道和集输油管道结垢，结蜡的问题，并选择有代表性的注水管道和集油管道进行清洗试验，取得了较好的试验效果，为油田注水管道和集输油管道的清洗提供了借鉴。

【关键词】微爆射流 清洗 管道

在油田生产运行中，集输油管道结垢、结蜡是常发生的问题，导致管道通径变小，流体流动阻力增加，流量降低，甚至造成管道堵塞，降低了系统运行效率，增加了系统能耗，同时也增加了生产成本，降低管道使用寿命等。因此我们在某油田开展了《微爆射流技术清洗集输油管道现场试验》，取得了较好效果，为今后集输油管道的清洗提供借鉴。

1 微爆射流清洗技术简介

1.1 清洗器结构

由自激振荡腔、射流喷嘴、旋流通道和叠加的弹性叶片组成。

1.1.1自激振荡腔

采取风琴管式振荡腔结构，用风琴管式谐振腔作为振荡放大器，谐振腔入口与来水管相连，谐振腔的下部与喷嘴出口相连，出口收缩截面既是激励机构，又是反馈机构。当稳定水流通过时，其收缩面既能使水产生初始压力激动，又能将压力激动反馈回谐振腔，形成反馈压力振荡。根据瞬态流理论，如果压力激动的频率与风琴管谐振腔的固有频率匹配，反馈的压力振荡就能得到放大，从而在谐振腔内产生流体共振，形成驻波，射流剪切层涡流变成大结构分离环状涡流，这种大结构的涡流环可以增强空化作用，从而提高其冲蚀与清洗能力。

1.1.2 射流喷嘴

清洗器前端均匀安装排布多个锥形喷嘴，喷嘴与振荡腔出口连通，当水流经过振荡腔激发以后，能够在清洗器前方散射出伞状的爆破性冲击射流。为了获得最大的射流冲击力，射流喷嘴与清洗界面之间需要最佳的靶击距离，管道口径越大，安装的射流喷嘴的数量越多。

1.1.3 旋流通道

围绕清洗器中轴安装了4条内部有旋转滑道的短管，水流经过旋转滑道后，在清洗器前。

1.2 清洗器技术特点

1.2.1 防堵技术

清洗器上安装的独立旋流通道，解决了传统清洗器在清洗推垢过程中易出现垢堵的问题。在水流透过清洗器时，在清洗器前方汇聚成龙卷风式的旋流，挟带清洗下来的污垢不停地旋转前行，垢末不在管内沉积，直达排污口。

1.2.2 越卡技术

多层、交错叠加的弹性叶片组成的球状清洗器，可以收缩、解体，双向行走，解决了传统清洗器在管道中易出现卡阻的问题。

一是管道局部变形（卡点）长度小于管道内径的20%时，清洗器瞬时停顿，清洗器背压瞬时升高，依靠自身结构的优势，清洗器球状密封冲头的弹性叶片倒伏收缩，能够通过卡阻部位。弹性叶片的倒伏背压要高于清洗压力，以保证清洗效果。

二是管道局部变形（卡点）长度超过了管道内径的20%，清洗器依靠自身收缩已经无法通过，清洗器背压持续升高到一定数值，钢片将全部挣脱禁锢的钢圈，整体分解，散落的叶片随着水流直达管道的末端出口。

2 试验与效果

2.1 清洗注水管线

2011年选取了2条工况较为复杂的管道进行微爆射流清洗试验，分别为5号3配水间切断阀至16号6配水间、朝一污东干线阀8至8号3配水间切断阀。

5号3配水间切断阀至16号6配水间管道长度3.1km，其中规格DN150管道长度1.1km，规格DN100管道长度2.0km，变径部位在5号1配水间附近，管线中间有DN100干线切断阀门1个、旁通2处。从投入清洗器清洗至清洗完毕，历时3.5小时。

朝一污东干线阀8至8号3配水间切断阀，管道规格DN150、长度4.6km，管道连接不同规格的旁通7处，管道中间有DN150干线切断阀门1个。从投入清洗器清洗至清洗完毕，历时5.5小时。

清洗工艺参数选用清洗水流速为0.58-0.65m/s，排放污水量在60-135m³/之间，为管道容积的1.8倍。

从清洗前后末端水质看，清洗后末端含油量未检出，悬浮物固体含量降低到10mg/L以下，清洗效果明显。

从清洗前后垢质分析看，清洗前垢样成分主要有碳酸盐、氧化铁、硅酸盐、硫酸盐等，清洗后，氧化铁占大部分，其它组分均明显减少。而铁成分的增加，主要是因为垢下腐蚀严重；截取清洗前后管道示件看，洗后管壁基本无垢，清垢效果明显。

借鉴微爆射流清洗技术在注水管道清洗成功的经验，2012年我们在集输油管道上进行了清洗试验。

2.2 清洗集输油管线

2.2.1 清洗工艺连接

朝XXX-1集油环从计量间掺水到回油中途有三口报废井，经勘查已用标准弯头连接上，可以进行连续清洗。朝XXX-2井属双管掺水流程，从计量间到井口距离500m，掺水及回油管道共计长度1.0km。清洗前首先进行计量间掺水阀及回油阀的关闭及抽油机停抽，然后用热水（水温50度以上为佳）将管道中的残油替出，准备完毕，开始泄压，切断管道，安装投放装置与回收装置，朝XXX-1环分别在计量间端掺水和回油管道连接，朝XXX-2井分别在计量间端和井口端连接，投放所选清洗器，投放装置与泵车及清水罐车连接好，尾端回收装置的一端出口与污水罐车连接好，准备清洗。

2.2.2 清洗试验

在清洗朝XXX-1集油环试验中，先后投放了55mm、62mm直径的清管器，进行了分级递进式的清洗，确定了合理的清洗参数，即清管器选用直径与结硬质垢内壁间隙1mm左右，流速0.78m/s。随后按照此清洗参数对朝XXX-2井掺水回油管道进行了清洗，取得了较好效果，也验证了试验确定的清洗参数。

但在第一次清洗试验中，清管器遇卡，管道穿孔，从漏点到清洗回收端约800m的距离。管道切割开，发现清洗器已经过该点，管线内有清管器走过的痕迹，管到内壁所结的垢基本清洗干净，局部可见少量薄垢。分析有拐点或变径存在，于是我们采用管线探测仪查找拐点，发现有两处拐点，而距离井口100m处地拐点，从检测情况看，弯度在70度以内，切割开管道，清管器卡在该位置，经测量弯度60度，管道内径缩小30%以上，致使清管器无法通过。

取出被卡清管器，将原来一个锐角弯头换成两个对接的大于和等于90度的弯头，选用了直径62的球状清管器，按照清洗流速0.78m/s的参数，进行了清洗，检查管道，内壁无垢。

2.2.3 清洗效果

从出口端污水样品看，初期较浑，中期很浑，后期清澈。

从管壁结垢状况看，清洗前垢厚度3mm，清洗后，管道内壁无垢。

从集输油压差变化看，在保证计量间总掺水压力与单井（环）回油温度基本不变的情况下，清洗前后集输油压差均下降0.2MPa以上。

3 结论及认识

（1）微爆射流清洗技术在集输油管道清洗中，清管器选用直径与结硬质垢内壁间隙1mm左右，清洗水流速0.78m/s时，除垢效果较好，管道集输油压差降低0.2MPa以上；在注水管道清洗中，清洗水流速為0.58-0.65m/s。

（2）微爆射流清洗技术在对变径、旁通等复杂管道工况适应性强，清洗水量小，时间短、效果好，投资回收期约1.23年，尤其适于长距离管道清洗，具有较强的推广应用价值。建议在管道改造或首次清洗时，应增加简易收发预留口，方便利用微爆射流清洗技术定期清洗结垢管道。

参考文献

[1] 吴长利，唐翠红等.油田地面工程存在的主要问

题及对策.石油规划设计[J]，2003，14（4）：17-19