左秀華，霍丙新，陳志軍，劉亞茹

一、問(wèn)題的提出

吐玉克油田是吐哈盆地發(fā)現(xiàn)的稠油油田，通過(guò)空心抽油桿進(jìn)行泵上摻稀采油，而空心抽油桿的清洗則是長(zhǎng)期困繞修井作業(yè)者的一大難題。

二、清洗機(jī)理

空心抽油桿油垢主要為原油、石蠟、膠質(zhì)、結(jié)垢和少量固體顆粒。油垢黏度相變點(diǎn)為70～90℃，隨溫度的升高黏度急劇降低。利用油垢的這一特性，采用蒸汽加熱，使空心抽油桿升溫，使油垢與空心抽油桿結(jié)合處溫度高于相變點(diǎn)，從而最大限度地減少除垢的機(jī)械阻力。為了將油垢從基體剝離，必須使其產(chǎn)生足夠的動(dòng)能，克服油垢與基體間的分子引力的勢(shì)能。

為此，采用蒸汽加熱和高溫高壓水射流聯(lián)合清洗方式，通過(guò)噴嘴向后噴出高壓液體產(chǎn)生向前的推力，帶動(dòng)清洗管進(jìn)入空心抽油桿內(nèi)近距離直接吹掃，極大地提高清洗效率。

對(duì)于高壓水射流清洗來(lái)說(shuō)，剝離過(guò)程可以通過(guò)構(gòu)造碰撞模型，并用能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律描述。

式中：E——污垢微粒與基體間的分子引力的勢(shì)能；

M——作用點(diǎn)處被剝離的污垢微粒的質(zhì)量；

V——作用點(diǎn)處被剝離的污垢微粒的速度。

式中：M′——作用點(diǎn)處清洗介質(zhì)的當(dāng)量質(zhì)量；

V′——作用點(diǎn)處清洗介質(zhì)的當(dāng)量速度。

公式 （1） 代入公式 （2） 得

以上分析將清洗介質(zhì)當(dāng)量質(zhì)量M′和清洗介質(zhì)的臨界線速度V′聯(lián)系起來(lái)，從而得出以下重要結(jié)論。

（1）作用點(diǎn)處清洗介質(zhì)的速度必須大于某一臨界值才能有效清洗。

（2）作用點(diǎn)處被剝離的污垢微粒的質(zhì)量越小，清洗介質(zhì)的當(dāng)量質(zhì)量越大，清洗介質(zhì)所需的線速度越小。

三、清洗主要技術(shù)指標(biāo)

1.清洗過(guò)程中，不得損壞空心抽油桿。

2.被清洗后每1m2的表面上，殘留雜物不得大于100～200g。

3.被清洗后無(wú)明顯水垢或油污殘留物。

4.清洗后應(yīng)滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。

四、檢驗(yàn)方法

清洗后的質(zhì)量檢驗(yàn)方法以目測(cè)和過(guò)規(guī)為主，必要時(shí)可采用截取標(biāo)準(zhǔn)面積的空心抽油桿，按稱重法進(jìn)行測(cè)量。

五、主要工藝參數(shù)及其影響規(guī)律

試驗(yàn)研究表明，當(dāng)壓力和射流速度較低時(shí)，不能用于去除硬質(zhì)沉淀物，只有當(dāng)射流速度超過(guò)臨界速度時(shí)才能達(dá)到清除作用。當(dāng)射流速度進(jìn)一步提高時(shí)，清洗效率和清洗質(zhì)量都有所提高。吐哈油田在用空心抽油桿規(guī)格見(jiàn)表1。

表1

用高溫高壓清洗機(jī)MAXSXW300-21試驗(yàn)，調(diào)整壓力流量，溫度控制在98℃，分別清洗5min時(shí)，可有效去除原油、石蠟、膠質(zhì)。壓力低于15MPa、流量低于12L/min時(shí)不能有效去除硬質(zhì)沉淀物。

受空心桿內(nèi)徑的限制，清洗管內(nèi)徑只有8mm。受清洗水源限制，為了杜絕噴嘴堵塞，噴嘴直徑設(shè)計(jì)在0.5mm左右。

根據(jù)液體連續(xù)性方程：流量Q=A1v1=A2v2（4）

清洗管內(nèi)徑8mm，面積（m2）：5.0E-05

噴嘴直徑0.5mm，面積（m2）：2.8E-07×6個(gè)

式中：A1——清洗管面積；

v1——清洗管內(nèi)液體流速；

A2——噴嘴面積；

v2——噴嘴液體流速。

根據(jù)液體動(dòng)量方程，徑向方向的噴射力（表2）

式中：Fr——液體流向改變對(duì)管壁的沖擊力（噴射力）；

ρ——流體密度；

Q′=Q/6（Q為流體流量，假設(shè)噴嘴6個(gè)孔均分流體流量）；

v2r——徑向方向流速，v2r=v2；

v3——沖擊管壁后液體的流速。（假定液體噴射后對(duì)管壁沖擊力最小的情況，就是沿著管壁切線方向，則v3r=0，∑Fr=ρQ′(0-v2r)=-ρQ′v2。

表2

通過(guò)計(jì)算獲得臨界速度184.0m/s，對(duì)應(yīng)壓力17MPa、流量13L/min。

廠家可提供滿足使用要求的機(jī)型如表3。

表3

考慮到射流速度進(jìn)一步提高時(shí)，清洗效率和清洗質(zhì)量都提高，選擇Max30.21STT工業(yè)清洗機(jī)。

六、撬裝空心抽油桿高效清洗通刺裝置設(shè)計(jì)制作

根據(jù)清洗機(jī)理，采用蒸汽加熱和高壓水射流聯(lián)合清洗方式，為此設(shè)計(jì)了撬裝空心抽油桿高效清洗通刺裝置。

整套裝置集成撬裝底座上，包括清洗機(jī)、水泵、過(guò)濾器、調(diào)壓閥、延伸線盤、清洗專用卡具、配電箱、排煙管加熱裝置、貯水罐（見(jiàn)圖1）。

圖1 撬裝空心抽油桿高效清洗通刺裝置示意圖

1.清洗機(jī)。意大利寶利特Max30.21STT工業(yè)清洗機(jī)：壓力3×107Pa、流量21L/min、功率13kW/380V、溫度30～140℃、寬1 200mm、長(zhǎng)755mm、高985mm，自帶水箱可進(jìn)行軟水處理、重量400kg。

2.水泵。型號(hào)zx32-25-160、流量3.2m3/h、功率1.2kW。

3.過(guò)濾器。水泵前安裝過(guò)濾器，流量5m3/h、長(zhǎng)度156mm、直徑為200mm、過(guò)濾精度可達(dá)到5μm。

4.延伸線盤。高壓延伸管40m帶線盤。

5.清洗工具。高壓清洗管10m帶線盤、噴嘴，蒸汽和射流導(dǎo)入卡具，全部固定在小車上，方便在井場(chǎng)操作。

6.配電箱。Exd II CT6型，額定電壓380/220V，電流100A。

7.排煙管。排煙有余熱，為了充分利用余熱，排煙設(shè)計(jì)加長(zhǎng)進(jìn)入水罐加熱冷水。

8.貯水罐。長(zhǎng)3m，寬2.3m，高1.5m，貯水10t，碳鋼制造，鋼梁支撐，活動(dòng)頂蓋，便于清洗。

七、應(yīng)用及結(jié)論

空心抽油桿清洗通刺技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用12井次，每井次至少節(jié)約通刺時(shí)間9.5h，節(jié)約收污時(shí)間4h。實(shí)踐證明，該項(xiàng)技術(shù)是一整套安全、優(yōu)質(zhì)、高效的修井作業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)。

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