油井气动平衡式加药装置研制与应用

2022-02-17邵春俊李志刚

石油化工应用 2022年11期

邵春俊，李志刚

（1.江苏油田技术监督中心，江苏扬州 225200；2.江苏油田采油一厂，江苏江都 225265）

江苏油田所管理的大部分油区已处于高含水率开发期，油井生产中结蜡、结垢、腐蚀问题特别突出，油井频繁躺井，为延长油井检泵周期，需采取清防蜡、防腐、防垢措施，油田常用的维护措施主要有热洗与加药。其中通过套管定期加入一定数量的清蜡剂、防腐剂、防垢药剂等化学药剂是操作最为简便、管理最为方便的手段。

江苏油田采油一厂生产油井总数1 039 口，有套压的油井478 口，压力分布主要在0～1.5 MPa。目前采油班站对有套压的油井加药，主要采用带压加药，采用外接电用齿轮泵加药；平衡加药，自制的简易压力容器实施平衡加药；放压加药，采用先套管泄压放气，然后再投加药剂。

国内外油井加药的方法，现场普遍采用的人工加药方式存在以下缺陷：（1）采用套管放散天然气会污染环境，且造成气能源浪费；（2）现场采用外接高压电源，对油井安全生产造成隐患；（3）加药罐容积小、一次性加药不能连续发挥药效；（4）工人劳动强度大，操作过程中会接触药剂，对工人身体造成损伤。

研制油井自动加药设备替代了繁重的人工加药，提高加药的效率，杜绝油井现场接电安全隐患，改善加药效果。同时，针对有一定套压的油井，在不排放套管气的情况下，使用自制的加药设备能较好的将油井所需的清蜡剂、防腐剂、防垢药剂等按照防蜡防腐制度要求顺利地投加到套管中，降低劳动强度，提高效率30%。

1 自动加药装置设计思路

在油田PCS 系统的支撑下，实时分析油井工况变化情况，通过载荷、电流曲线、防腐防垢制度要求确定各油井加药量，当某一口油井达到加药周期后，系统向加药装置的PCL 控制器发出指令，PCL 控制电磁阀动作实现药剂投加，PCL 控制器同时将现场各阀、药剂桶液位进行上传，完成加药后，电磁阀倒换流程恢复加药前状态。其系统框架图见图1。

图1 系统框架图

通过研究在氮气瓶上安装自动控制系统，可以通过计算机编写程序来控制电磁阀开闭动作，整个过程实现对氮气瓶流出气体压力的控制，并借助管线阀门端口电磁阀实现对加药过程的在线控制，继而实现控制每天加药频数、加药量以及加药时间段的目标。自动控制系统依靠锂电池来为其供电，不在现场外接电源。

将自制的加药设备与油井套管连接后，利用气液重力分离的原理，油井套管中的天然气通过设备的上部管线与装置相联通并实现压力平衡，设备中的液体药剂在重力的作用下通过储罐底部的管线进入油井套管。在系统确定好当天的加药量后，现场的控制器控制各功能部件动作完成加药，并将加药量、药剂储量、管路阀门开闭等信息进行上传，所有信息可在接转站、作业区、采油厂的信息化平台上共享。在中控室、接转站可及时了解和掌握各个井点的设备状况，并能进行远程调控。该装置能够实现不放套管气、不接触药剂、不外接电源的“三不”加药流程，将单井加药时间控制在15 min 以内完成[1-8]。

2 自动加药装置工艺过程设计

自动加药工艺过程主要有两个方面：药剂添加与药剂投加。

药剂添加是利用氮气瓶作为动力，将氮气瓶通过减压阀药剂罐上接口相连，药剂罐出口与加药装置井口连接，微开气源阀，药剂在驱气源的驱动下进入加药装置，根据装置液位计液面的上升高度计量，根据指令的药剂量，关闭气源阀和进药阀，完成药剂向装置添加。药剂投加是利用套管气压力作为加药动力，利用气平衡与重力分离原理实现。药剂投加时，打开气平衡，油井套管中的天然气通过设备的上部管线与装置相联通并实现压力平衡，打开药剂投加，设备中的液体药剂在重力的作用下通过储罐底部的管线进入油井套管。现场的控制系统和电磁阀采用24 V 直流蓄电池来进行供电，同时为保证安全，在设备上设计了安全阀，安全阀开启压力为系统额定设计压力的75%。

3 自动加药装置应用情况及效果

研制的自动加药装置主要在采油一厂富民管理区部分油井上进行应用，主要用于三种类型药剂投加：（1）化学降黏剂，（2）油井缓蚀剂，（3）油井清蜡剂。

（1）化学降黏剂自动投加：主要应用在富民管理区原油黏度比较大的油井，现场应用5 口井：侧周22-3B井、富46 平1 井、周36-8 井、周44-4 井、周22-8 井。这些油井因原油黏度高采用电热杆进行加热生产，日用电量高，能耗高。为降低能耗，在这5 口井安装了自动加药装置进行化学降黏生产，富46 平1 井、周44-4井去年电热杆实现常规生产，另3 口油井侧周22-3B、周22-8、周36-8 井因黏度高，通过加药后实现了化学降黏与电加热间开生产。通过化学降黏应用后5 口井能耗实现了大大降低，平均日节电800 kW·h，取得非常好的效益。

（2）油井缓蚀剂自动投加：主要用于富民管理区高含水率、腐蚀严重的油井，自动加药装置现场应用5 口井：侧100-1 井、富123 井、侧111A 井、富131A 井和富134 井。这几口是富民油田腐蚀问题最为严重的井，油井检泵周期短，生产管柱腐蚀严重，最短的检泵周期甚至不超过2 个月，在使用自动加药前依靠人工加药，加药制度执行得不到保障，效果差。自动加药装置投入使用后，依靠自动控制系统可以有效控制加药量以及频率，缓蚀剂可以准确及时加入，可以完成既定的油井加药计划，使得油井腐蚀现象得到明显改善，5 口井检泵周期均超过了12 个月。

（3）油井清蜡剂的自动投加：主要用于富民油区有一定套压（≤0.5 MPa）的油井进行清防蜡自动加药。装置自2019年在富民油田应用15 口井：富14 平1井、富35-3 井、侧富43 井、富83-4 井等15 口井。这15 口井的原油组分中石蜡含量高，且随着原油中天然气的溶解度降低，使得蜡从原油中析出，油井生产过程中容易结蜡。在日常管理过程依靠人工定期投加清蜡剂来维护生产，不仅人工劳动强度大，耗时费力，而且清防蜡制度执行不到位的现象时有发生，因此加药效果得不到保证，平均检泵周期约为半年。自动加药设备投入使用后，能够严格按照清防蜡制度执行，保证了药剂量足量投加、加药按周期执行，清防蜡质量得到了提升，加药效果得到改善，油井平均检泵周期超过了14个月，取得非常好的效果。从图2 中可以看出在没有应用该装置之前，油井平均加药时间需要约100 min，使用该装置后，加药时间仅需15 min。因此使用自动加药装置可以节约加药时间，提高加药效率。