注水井撬装一体化洗井装置技术研究
2014-08-20张随望中石油长庆油田分公司油气工艺研究院低渗透油气田勘探开发国家工程实验室陕西西安710018
张随望 (中石油长庆油田分公司油气工艺研究院;低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,陕西 西安710018)
杨印华,郭发荣 (中石油长庆油田分公司油田开发处,陕西 西安710018)
陆小兵 (中石油长庆油田分公司油气工艺研究院;低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,陕西 西安710018)
1 概述
注水井洗井是指利用高压水,清除注水井井筒、吸水层段的渗滤面及井底附近的污染物,使吸水层段的渗滤面避免或减缓注入水水质的污染、堵塞和腐蚀。通过洗井可以解除或缓解井底近处已经受到的水质污染及堵塞,从而恢复地层吸水能力,保证正常注水。
国内各油田常见的注水井洗井方式包括流程洗井、水泥车洗井和活动洗井车洗井3种方式。长庆油田目前注水流程主要采取树枝状稳流配水注水工艺 (图1),由于单井管径较小 (φ34mm),无法实施流程洗井,现场主要采取水泥泵车+水罐车和活动洗井车洗井方式。
水泥泵车+水罐车洗井是采取水泥车+清水将井筒内液体返排出地面。具有洗井压力高、排量大的特点,洗后水质净化效果较好,但存在着泄水降压周期较长、返排液易造成环境污染、作业成本较高等问题。
活动洗井车洗井主要是利用高压软管将注水井井口与洗井车相连接,注水井井口正洗或者反洗时返出液经洗井车净化处理后,利用高压泵注入井下进行循环使用,组成一个密闭循环系统,直到达到洗井要求,可以实现绿色环保洗井。现有的活动洗井车主要存在水处理效果不理想、洗井效率较低等问题,影响了活动洗井车的正常推广。
图1 长庆油田树枝状稳流配水注水流程示意图
因此为进一步提高注水井洗井效果和效率,实现低成本和绿色环保洗井,新型活动洗井装置的研究显得尤为重要。
2 撬装一体化洗井装置研究
长庆油田注水井井深在1000~3000m,单井配注在10~50m3/d,洗井具有以下特点:洗井时返出液中主要含有浮油、固体颗粒、悬浮物等,成分复杂;各区块注水压力变化较大,平均注水压力约15MPa,部分区块在20MPa以上;洗井要求排量较高,能够使近井地带的更多污染物被携带出来。
因此要实现高效的循环洗井,就要求车载水处理设备的效果好、效率高,同时满足车载需要;实现密闭的带压洗井,需要配套必要的压力调节装置和动力设备。
2.1 水处理工艺优选
对比长庆油田在用的4种采出水处理工艺 (表1),认为多功能一体化处理工艺具有功能强、处理效果好、体积小、反洗再生能力强等特点,更适合于车载处理。
表1 长庆油田4种主要采出水处理工艺对比
多功能一体化油田水处理器是利用水溶气后进入过滤罐涡流器中进行向心气浮除油和混凝,除油后的污水进填料迷宫中进行微涡旋除污降浊,降浊后的水进行精细过滤,过滤后的水再次进行电极的加强处理。
2.2 车载撬装一体化洗井设备
车载水处理设备采取油泥水分离罐、多功能一体化水处理器粗滤罐与细滤罐三级处理。处理流程如图2所示。
1)油泥水分离罐 该罐利用溶气液体通过内涡旋发生器进入罐内,在罐内特殊除油填料和特殊的内部轨迹下多次改变流动方向,产生的涡旋、微涡旋、惯性、离心力、浮力和重力等作用力,协同将其进入的溶气液体中的油、泥、水分离开。装置为一进三出连续运行,无需反冲洗,运行过程中只加空气,可以实现向心气浮去除90%以上的浮油和分散油,离心去除90%以上的固体颗粒。
2)多功能一体化水处理器粗、细过滤罐 液体首先通过外涡旋发生器完成涡旋向心气浮除油,然后通过特殊吸附聚集材料制成的迷宫产生微涡旋,将其细小颗粒和油珠聚结成大颗粒和大油珠,形成的大油珠上浮去除、形成的大颗粒通过过滤去除。粗细处理罐内部结构相同,不同之处在于两个罐内的除油填料和滤料的大小不同,去除的颗粒大小也不相同。
图2 车载撬装一体化水处理设备水处理流程
同时配套了空气压缩机、储气罐、提升泵、反冲洗泵、控制柜等设备,可以实现三级处理罐气浮处理、反冲洗等运行需要。
2.3 压力调节装置
循环洗井时,由油管、撬装一体化洗井装置、油套环空形成一个大 “U”型管 (图3),如何在不影响活动洗井车运行效率的前提下,将高压返出液降至车载水处理设备要求的0.6MPa以下,是实现带压洗井必须解决的问题。
温室一般高4.5~12.0 m,不同的功能按0.5 m的倍数增加,温室的跨度分为9.6 m、10.8 m和12 m,温室的开间距离分为4 m、8 m和12 m。应考虑场地大小、区域划分、使用功能等不同因素,合理选择温室跨度及开间的模数及个数。温室大多采用主体钢架,其寿命可以达到15 a之久。
研制的压力调节装置是一种直行程、启动活塞式气动调节阀,由减压、控制和执行3部分组成 (图4)。安装在一体化水处理设备的进口,通过高压管与注水井口直接相连,可以将最高25MPa的井口返出液压力降低到0.6MPa以内,满足撬装一体化水处理设备的压力要求。
2.3.1 减压部分
图3 注水井带压洗井示意图
通径为25mm,采取让通过液体走 “台阶”的方式,改变流速和流向,增加摩阻等方式实现减压,将通过的高压液体压力降低至0.6MPa以下。
2.3.2 控制部分
该部分主要由信号转换器、定位器和减压阀等组成,工作时需要用到电和气,所需气源由一体化水处理设备的空气压缩机提供,所需电由车载动力或者井场电压器等提供。
2.3.3 执行部分
执行机构是按照力矩平衡原理工作的,由活塞和六组弹簧组成,分为正、反作用两种形式。随信号压力增加时,推杆下移为正作用,反之推杆上移为反作用,弹簧对主杠杆的拉力与信号压力用在波纹管上的力达到力矩平衡时,仪表达到平衡状态。最高压力为25MPa。
图4 减压阀结构示意图
3 现场试验
以镇××井为例,初始时返出水中悬浮物质量浓度为1388mg/L,经过近2h的洗井,撬装一体化洗井装置出水水质质量浓度为6mg/L,撬装一体化洗井装置对悬浮物的去除率为86.8% (图5)。
现场试验的18口带压循环洗井,井口压力从12.6MPa到21.4MPa不等 (图6),通过压力调节阀后压力均控制在设计的0.6MPa以内,表明减压阀的工作状况是可靠和稳定的。
4 结论
1)研制的撬装一体化洗井设备借鉴采出水多功能一体化处理工艺,采取三罐体设计,简单紧凑,满足车载要求。
图5 镇××井洗井过程中机杂含量变化曲线
图6 压力调节阀进出口压力对比
2)研制的减压阀可以实现将进口最大压力25MPa降低到0.6MPa以下,适合现场不同压力等级的注水井,现场降压效果可靠稳定。
3)现场试验表明经过1.5~4h的循环洗井,可以将注水井井口返出液中的悬浮物和含油质量浓度有效控制在30mg/L范围以内,具有洗井效果好、洗井效率高的特点,适合不同工况的注水井。
[1]刘春江,刘利群 .逐步简化的长庆低渗透油田注水工艺技术 [J].石油工程建设,2008,34(4):35~37.
[2]刘敏,孙洪生 .注水井洗井工艺技术应用 [J].江汉石油科技,2011,21(3):21~27.
[3]刘振国 .注水井洗井影响因素与对策 [J].油气田地面工程,2010,29(12):30~35.
[4]明赐东 .调节阀应用1000问 [M].北京:化学工业出版社,2006.
[5]吴杰 .多级降压高压差调节阀设计 [J].阀门,2001,30(1):66~68.