井口自动加药装置的优选及应用

青 松 ，李 凯 ，张 杰 ，侯宁博 ，韩 炜 ，戴金宏 ，张 翔

（1.西安石油大学石油工程学院，陕西西安 710065；2.中国石油长庆油田分公司第五采气厂，陕西西安 710021）

井口自动加药装置的优选及应用

青 松1，2，李 凯1，2，张 杰1，侯宁博1，韩 炜1，2，戴金宏1，张 翔1

（1.西安石油大学石油工程学院，陕西西安 710065；2.中国石油长庆油田分公司第五采气厂，陕西西安 710021）

本文围绕苏里格气田目前使用的几种井口自动加药装置的使用情况，详细阐述了每种井口自动加药装置在现场的应用、结构原理，性能评价及应用，通过应用对比优选出适用性强、安全性高、应用效果好，具备现场的适用性及推广性的自动加药装置。

自动加药；性能评价；优选

随着气田数字化程度不断升级，井口泡排设备的大量使用，针对目前自动加药装置类型多样，造成现场管理难度大，给设备维护及推广带来一定困难，因此，通过对各类型加药装置结构原理及应用性能进行评价、对比，优选出一种经济适用、安全可靠、具备市场推广性的自动加药装置[1-3]。

1 自动加药装置运行现状

1.1 运行现状

针对苏里格气田产水气井数量多，泡排工作量大的现状，充分利用数字化设备，在井口安装自动加注装置，实现远程操作定时定量加注的目的。本区共计安装、投运井口自动加注装置22台，其中自动投棒装置15台，自动注剂装置7台，实现自动泡排，有效降低员工井口操作风险及劳动强度（见表1）。

表1 井口自动加注装置统计表

1.2 应用性

针对气井产水积液特征，选择泡排有效果且已形成制度气井安装井口自动加药装置替代人工泡排，2012年共对22口气井实现自动泡排900余次，日均增产气量 2.7×104m3，累计增产气量 331×104m3，设备运行效果较好（见表2）。

表2 井口自动加注装置统计表

2 不同加药装置的机构及原理

井口自动加药装置按照性能及加注原理，分为自动投棒及自动注剂，下面就根据性能进行详细介绍[4-6]。

2.1 设备型号、规格

（1）储罐：各类装置承压能力分别为：ZZY25/1-180型、EPPJ-25 型、EPPB-12C 型、ZKPPB-II型，25 MPa；CWJS32-20型，储罐常压；SZHTB-II型，常压容器。

（2）配套工艺管件：ZZY25/1-180型、EPPJ-25型阀门、高压软管承压能力30 MPa；EPPB-12C型、ZKPPB-II型阀门承压能力32 MPa；CWJS32-20型集液管束、阀门、管线承压能力32 MPa；SZHTB-II型球阀、管线承压能力32 MPa。

（3）井口装置：目前本厂使用的井口装置主要有KQ-65-70（常规气井和探井）以及 KQ-78×65-105（水平井）两种，承压能力分别为70 MPa和105 MPa。

2.2 设备构成及工作原理

按照加注方式及结构分为自动投棒与自动注剂两种。

2.2.1 自动注剂装置 目前本区采用的自动注剂装置有ZZY25/1-180、EPPJ-25及CWJS32-20型。按照工作原理分为机械式及重力式。

2.2.1.1 ZZY25/1-180及EPPJ-25型井口自动加泡排剂装置 设备主要由储罐、增压泵及配套工艺管件构成，利用机械增压原理，液体经过增压泵增压后，通过高压软管、单向阀，注入管线，实现配液、排液（见图1）。

图1 ZZY25/1-180及EPPJ-25型注剂装置结构图

2.2.1.2 CWJS32-20型井口自动加泡排剂装置 设备主要由储罐（甲醇滴定罐）、集液管束及配套工艺管件构成，利用重力差，药剂依靠自身重力，通过3个电动球阀的切换开关，首先进入集液管束、然后流入套管，最后集液管束放空泄压后完成加注（见图2）。

2.2.2 自动投棒装置 目前本区采用的泡排棒远程投放装置有SZHTB-II型投棒装置和ZKPPB-II型投棒装置。

2.2.2.1 SZHTB-II型投棒装置 SZHTB-II型投棒装置原理是利用集气站无线电台向装置发射执行命令，装置井口控制器接受到执行命令后控制电机驱动泡排棒存储筒转动、电动球阀的依次开关实现远程控制自动加注的目的。

图3 SZHTB-II型投棒装置结构图

其结构包括一竖直安装于井口的投棒短节，投棒短节上部和下部分别安装有第一电（气）动球阀和第二电（气）动球阀；上球阀上端药棒入口处安装有药品盒；药品盒包括壳体以及设置在壳体内可自转的药棒转换盘，药棒转换盘由12个成圆周阵列布置的药棒管固定连接组成，药棒转换盘由电机驱动，药品盒底部一侧设有药棒出口，出口与上球阀竖直密封连通；投棒短节的中部还连接有第三球阀（见图3）。

2.2.2.2 ZKPPB-II型自动投棒装置 ZKPPB-II型投棒装置原理与SZHTB-II型几乎相同，也是利用集气站无线电台向装置发射执行命令，装置井口控制器接受到执行命令后控制电机驱动泡排棒存储筒转动实现远程控制自动加注的目的（见图4）。

图4 ZKPPB-II型投棒装置结构图

3 设备评价及优选

3.1 设备性能评价

按照装置严密性、主要设备性能及安全性能三方面进行评价。

依据：

（1）GB/T 13927-2008工业阀门压力试验。

（2）SY/T 5156-1993 采油（气）井口装置。

（3）SY/T 5127-2002井口装置和采油树规范。

目的：

（1）试验井口自动加注装置各关键设备机械性能是否满足实际需要。

（2）试验井口自动加注装置运行是否可靠，统计各设备故障率。

（3）井口自动加注装置安全性以及该装置对井口施工作业的影响程度。

（4）测试数传自控系统稳定性。3.1.1 严密性试压试验（见表3）

试验依据：

（1）GB/T 13927-2008工业阀门压力试验。

（2）SY/T 5127-2002井口装置和采油树规范。

试验压力：试验介质天然气，试验压力是最大工作压力的1.1倍。

稳压时间：60秒。

试验结论：所有井口自动投棒（加药）装置带压运行，严密性试压合格、无泄漏。

3.1.2 主要设备性能试验 主要设备及试验要求（见表 4）。

3.1.2.1 投棒转盘及电动球阀试验 投棒转盘是井口投棒装置的关键设备，药棒转盘由12个成圆周阵列布置的药棒管固定连接组成，药棒转换盘由电机驱动，药品盒底部一侧设有药棒出口，出口与上球阀竖直密封连通，电机驱动转盘旋转与药棒出口重合，泡排棒在重力作用下落入油管。

电动球阀主要功能是控制加药筒与采气树连通或者截断，SZHTB-II型自动投棒装置增加电动球阀放空，确保加药筒不承压。CWJS32-20为自动注剂装置，电动球阀与SZHTB-II型一致，不再做单独评价。

现场测试投棒转盘机械性能，能否满足气井泡排制度的要求，统计投棒转盘运行完好率（见表5）。

投棒转盘执行率：投棒转盘机构主要由棘轮机构和电动执行机构两大机构组成，经现场操作30次，远程操作120次，执行率均达到100%。自投运以来，自动投棒装置累计运行1年，所有设备机械机构可靠、无故障。

表3 井口自动加注装置试压试验数据

表4 井口加注装置主要设备试验要求

表5 投棒转盘及电动球阀试验数据

电动球阀功能试验：电动球阀执行机构在DC 24 V蓄电池驱动下执行到位，球阀截断状态密封性好。截止目前累计运行10个月，开关40余次可靠、无故障。

3.1.2.2 柱塞泵性能试验 ZZY25/1-180、EPPJ-25型自动加注装置，公称压力为25 MPa，可在油套环空注泡排剂或者在地面管线注甲醇。

测试1：DC 24 V蓄电池驱动电动机不充电情况下最大运行时间。

测试2：柱塞泵实际排量和漏失率（见表6）。

表6 柱塞泵功能试验测试

蓄电池驱动柱塞泵（太阳能电板不充电条件下）最大连续工作时间7.5 h，在目前泡排剂加注工作制度下，可连续运行15 d。柱塞泵出口压力25 MPa可满足油套环空加注泡排剂，额定排量180 L/h，实际排量150 L/h，泵效 83.3%。

3.1.2.3 远传可靠性试验 远程控制界面嵌入站控电子巡井模块，远程控制装置运行，装置投棒、注剂操作只需界面鼠标点击执行，同时反馈执行情况和设备运行参数。通过对22台装置运行以来远传中断和控制箱故障次数进行统计，分析各种型号自动加注装置远程可靠性。

统计安装22台装置运行以来远传中断次数和控制箱故障（见表7）。

表7 井口加注装置远传测试

通过分析统计数据，远传中断是远程控制出现的主要问题，故障率为1/10 000台次/小时。通过增加设备人工巡查，巡井、加药时对装置远传进行检查，同时组态增加远传中断和设备故障信息智能提示功能，存在问题及时整改，减少设备故障时间。

3.1.3 安全性评价 由于目前使用的自动加药装置种类较多，其中SZHTB-II型自动加药装置无承压容器，安全性较高，对SZHTB-II型自动加药装置进行整体分析，其他自动加药装置按风险点划分为储罐、配套工艺管件、井口装置、控制装置。

应用Hazop法对该项工艺及设备进行风险评估，分析找出风险因素28个，其中三级风险24个，二级风险4个，无一级风险（见表8）。

3.2 设备优选通过对4种厂家、5种型号的设备分别进行严密性及主要设备性能评价，均能满足现场生产需求，在结合结构原理、现场应用效果及安全性方面，优选出安全风险较小，控制原理相对简单的SZHTB-II型投棒装置及CWJS32-20型自动注剂装置。

表8 各类型设备风险评估表

4 自动加药装置的应用

（1）自动加药装置的应用有效的减少井口阀门开关操作频次，降低了阀门隐患发生的几率。

（2）利用机械原理实现自动泡排，有效降低员工劳动强度。

（3）利用数字化远程控制自动加注，减少了人工泡排现场操作频率，降低了井口操作风险。

［1］A.R.Khopkar，A.R.Rammohan，V.V.Ranade，M.P.Dudukovic.Gas liquid flow generated by a Rushton turbine in stirred vessel：CARPT/CT measurements and CFD simulations［J］.Chemical Engineering Science，2005，（8）：11-19.

［2］苏春娥，董文魁，白红艳，马建文，谭翔天.井下智能加药装置的研制与应用［J］.当代化工，2011，40（6）：603-605.

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［5］王强，王秋，郑大铳.连续加药装置在二连油田的应用［J］.内蒙古石油化工，2000，26（2）：225-226.

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TE931.1

A

1673-5285（2017）11-0047-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.11.011

2017-10-27