郭峰（大慶市龍興石油機(jī)械有限公司）

1 概況

大慶油田第三次采油技術(shù)的推廣應(yīng)用，使油田采收率提高大約10%，但由于堿、聚合物及表面活性劑的注入，使油田三元復(fù)合驅(qū)油井結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重，使很多油水井及地面管網(wǎng)與集輸系統(tǒng)不能正常生產(chǎn)，集輸能耗成倍增加，甚至出現(xiàn)了抽油機(jī)卡泵、管網(wǎng)堵死及螺桿泵斷桿等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致不能生產(chǎn)。這一問(wèn)題成為三次采油技術(shù)擴(kuò)大應(yīng)用的瓶頸。

近幾年來(lái)因結(jié)垢使油水井免修期急劇縮短，如某采油廠試驗(yàn)區(qū)油井桿管結(jié)垢后抽油機(jī)、螺桿泵井平均檢泵周期分別是52 天和69 天，在沒(méi)有結(jié)垢前平均檢泵周期為315天。因此結(jié)垢現(xiàn)象為采油系統(tǒng)維修作業(yè)帶來(lái)巨大壓力，現(xiàn)有的清洗方法已跟不上油田公司實(shí)施的低成本戰(zhàn)略，且用于清洗除垢的費(fèi)用大，幾十口結(jié)垢井的每年修井費(fèi)用高達(dá)幾百萬(wàn)元。再加上各種工具的維修替換費(fèi)用，因結(jié)垢發(fā)生的年維修替換費(fèi)用甚至?xí)哌_(dá)上千萬(wàn)元。

2 油水井管現(xiàn)場(chǎng)清洗技術(shù)原理及特點(diǎn)

2.1 高壓水射流技術(shù)基本原理

高壓水射流清洗技術(shù)是利用高壓泵、管道、噴嘴打出高壓射流，沿著橫向或縱向沖擊被清洗物體表面，射流在層狀或多孔狀垢層或沉積物上產(chǎn)生強(qiáng)大的壓強(qiáng)使其粉碎，當(dāng)垢層表面被射透之后，水流呈楔形插入垢層底部，形成內(nèi)壓，使上部垢層裂開(kāi)，被沖碎的污垢顆粒夾雜在射流中幫助沖擊更多的污垢顆粒，最終使垢層脫落。整套抽油桿清洗裝置，利用獨(dú)特設(shè)計(jì)的環(huán)型噴頭，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況可調(diào)整噴嘴數(shù)量、方向、靶距、壓力參數(shù)，最后使抽油管通過(guò)裝置并完成清洗整個(gè)工序[1]。

2.2 高壓水射流技術(shù)特點(diǎn)

1）射流工作介質(zhì)是水，水易取成本低，被清洗物不易被腐蝕，且水可以循環(huán)使用，節(jié)能環(huán)保。

2）選擇合理的壓力參數(shù)，高壓水射流清洗不會(huì)造成物體損傷。

3）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)在有毒、有放射性物質(zhì)、易燃易爆或特殊場(chǎng)所下安全清洗。

2.3 清洗現(xiàn)場(chǎng)及工藝流程

清洗設(shè)備車(chē)應(yīng)停放在井口作業(yè)設(shè)備的對(duì)面，中間應(yīng)是起出的水管管排。清洗設(shè)備車(chē)應(yīng)停放在靠近油水管管排位置，以便司泵員瞭望清洗操作現(xiàn)場(chǎng)。

1）水源水質(zhì)應(yīng)保證無(wú)油，不渾濁。水溫不得超過(guò)30 ℃。

2）如現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有水源應(yīng)配備水罐車(chē)。

3）根據(jù)管內(nèi)垢質(zhì)、垢厚，選擇適當(dāng)?shù)膲毫娮爝M(jìn)行清洗。

4）高壓水射流清洗油水管應(yīng)完成兩項(xiàng)任務(wù)：破碎污垢；清洗屑[2]。

5）為保證破垢徹底，必須使用油水管專(zhuān)用清洗噴嘴，并達(dá)到根根洗通。

6）為保證清渣排屑徹底，噴頭由管的一端射流清洗至另一端，掛59×500 mm 塞規(guī)，最終達(dá)到無(wú)垢堵塞后，方為合格。清洗流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 清洗流程圖

7）清洗時(shí)應(yīng)使油管一頭高一頭低，以便排垢。

8）凡塞規(guī)通不過(guò)的油管必須重新清洗，直到暢通無(wú)阻為止。

9）用噴槍大流量進(jìn)行沖洗，不能有任何垢質(zhì)殘留管內(nèi)，方為完成清洗。

3 抽油桿現(xiàn)場(chǎng)高壓水射流撬裝清洗工藝

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，研發(fā)出一種現(xiàn)場(chǎng)高效節(jié)能便攜式高壓水射流清洗抽油桿組合裝置。主要解決了現(xiàn)有清洗方法—必須運(yùn)輸?shù)焦軓S進(jìn)行清洗，所生成的速度慢、成本高等問(wèn)題。該清洗裝置具有高效、節(jié)能、環(huán)保、安全等特點(diǎn)[3]。

3.1 清洗裝置的組成及操作方法

該清洗裝置由兩組抽油桿滑道支架，上固定式抽油桿滑道滑輪組成。清洗前將兩組抽油桿滑道支架，通過(guò)整體連接處，和清洗過(guò)濾箱連接，同時(shí)將高壓水射流設(shè)備利用快速接頭與環(huán)型噴頭連接，調(diào)節(jié)好滑輪角度做好清洗準(zhǔn)備，清洗裝置結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2。

清洗時(shí)將抽油桿放在調(diào)節(jié)好的抽油桿滑道滑輪上，啟動(dòng)高壓水射流設(shè)備，當(dāng)抽油桿通過(guò)環(huán)形噴頭時(shí)，噴嘴噴射出來(lái)的水射流對(duì)抽油桿上的污垢進(jìn)行徹底清洗，清洗效果可見(jiàn)金屬本色。同時(shí)環(huán)形噴頭噴嘴具有一定的角度，在對(duì)污垢清洗的同時(shí)會(huì)給抽油桿一個(gè)進(jìn)給的力，又因抽油桿滑道支架和抽油桿滑道滑輪之間也具有一定的角度，進(jìn)給的同時(shí)會(huì)使抽油桿自身旋轉(zhuǎn)，因此抽油桿不需外力就會(huì)自動(dòng)進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)，相對(duì)的提高了清洗效率。

因高壓水射流清洗會(huì)產(chǎn)生污水噴濺，造成環(huán)境污染，根據(jù)這一情況使用泄壓擋板和防噴濺遮擋布將帶壓的污水泄壓流落到清洗箱內(nèi)，通過(guò)過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)行污水過(guò)濾，過(guò)濾后的水循環(huán)使用。

上述的抽油桿滑道滑輪角度可根據(jù)抽油桿的直徑尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)，每組滑道長(zhǎng)度為3 m左右，清洗過(guò)濾箱應(yīng)具有較強(qiáng)的過(guò)濾能力。環(huán)型噴頭上的噴嘴數(shù)量范圍4～10個(gè)，角度范圍為30°～45°。高壓水射流清洗設(shè)備的參數(shù)可為額定壓力為85 MPa，額定流量為60 L/min。整體裝置尺寸合理，運(yùn)輸方便、拆卸組裝簡(jiǎn)便，操控便攜。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

1）高壓水射流清洗效果好可見(jiàn)金屬本色，效率高，不會(huì)造成基體損傷。

2）在清垢的同時(shí)可以提高水管基體抗疲勞強(qiáng)度。

3）清洗徹底，清洗后不需進(jìn)行潔凈處理，不會(huì)對(duì)井場(chǎng)環(huán)境造成污染。

4）污水通過(guò)配套的污水定向回流和過(guò)濾裝置后可以再利用。

3.3 完成情況

通過(guò)使用清洗裝置，可以高效率的完成清洗作業(yè)，技術(shù)指標(biāo)與完成情況對(duì)比見(jiàn)表1，同時(shí)也可以高標(biāo)準(zhǔn)的完成清洗作業(yè)，清洗裝置清洗作業(yè)完成情況見(jiàn)表2。同時(shí)，整個(gè)清洗作業(yè)累計(jì)免于更換抽油桿2 035 根、油管890 根。平均免更換抽油桿102根/口井，平均免更換油管99根/口井。

圖2 清洗裝置結(jié)構(gòu)

表1 技術(shù)指標(biāo)與完成情況對(duì)比

表2 清洗裝置清洗作業(yè)完成情況

4 技術(shù)優(yōu)化

4.1 核心噴頭優(yōu)化

以往清洗抽油桿前，需先將扶正器拆卸后，再進(jìn)行清洗，缺點(diǎn)為拆卸安裝占用清洗時(shí)間，同時(shí)有一定損壞率，現(xiàn)設(shè)計(jì)調(diào)整核心環(huán)形噴頭內(nèi)徑尺寸，根據(jù)SY/T 5832—2009 抽油桿扶正器標(biāo)準(zhǔn)，扶正器最大外徑為72 mm，因此環(huán)形噴頭設(shè)計(jì)內(nèi)徑小于80 mm，保證清洗過(guò)程中清洗效果。

4.2 壓力優(yōu)化選定

井號(hào)為：北1-2-3，抽油桿3 根，切割為10 個(gè)試樣，采用設(shè)備參數(shù)為額定壓力為0～120 MPa，壓力優(yōu)化實(shí)驗(yàn)曲線見(jiàn)圖3。壓力為30～80 MPa 清洗成本曲線緩慢上升，到80 MPa、100 MPa 都有明顯拐點(diǎn)，清洗成本增加明顯。（在清洗行業(yè)中，大于80 MPa 清洗為高壓清洗，大于100 MPa 為超高壓清洗，對(duì)于設(shè)備油耗、維護(hù)、周邊清洗設(shè)備、安全系數(shù)都很高的要求）。根據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)比雖然壓力越大清洗效果越好但考慮綜合成本因素，選擇最優(yōu)壓力為70～80 MPa。

圖3 壓力優(yōu)化實(shí)驗(yàn)曲線

4.3 環(huán)形噴頭的噴嘴尺寸、數(shù)量?jī)?yōu)化

根據(jù)清洗設(shè)備參數(shù)流量計(jì)算設(shè)計(jì)環(huán)形噴頭，噴嘴孔徑為9種尺寸，噴嘴數(shù)量4、6、8、10、12共5種。分別對(duì)10個(gè)試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[4]。噴嘴直徑與除垢率變化曲線見(jiàn)圖4，噴嘴數(shù)量與除垢率變化曲線見(jiàn)圖5。

圖4 噴嘴直徑與除垢率變化曲線

通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)可知：4 孔、6 孔在清洗過(guò)程中有漏洗區(qū)域出現(xiàn)；8 孔在清洗過(guò)程中能夠達(dá)到預(yù)期清洗效果；10 孔、12 孔在清洗過(guò)程中能達(dá)到預(yù)期清洗效果。因孔數(shù)角度技術(shù)要求高，流量較大，維護(hù)成本較高。

因此，現(xiàn)場(chǎng)抽油桿清洗裝置最優(yōu)選配為直徑0.7 mm、8孔環(huán)形噴頭[5]。

圖5 噴嘴數(shù)量與除垢率變化曲線

通過(guò)數(shù)據(jù)噴嘴角度和靶距對(duì)比見(jiàn)表5，可知噴嘴與被清洗抽油桿角度為45°，噴嘴與被清洗抽油桿距離為50 mm，時(shí)清洗效果最佳[6-7]。

表5 噴嘴角度和靶間距的除垢率對(duì)比 單位：%

4.4 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保優(yōu)化

以往清洗鋪防滲透彩條布，污水最低點(diǎn)，用泵抽到現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)土油池；污垢落地后打包帶走，排放正規(guī)地點(diǎn)。改進(jìn)后，可以做到污水、污垢不落地，污垢落在收集箱內(nèi)，水則過(guò)濾后回收。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

以大慶油田為例：節(jié)省運(yùn)費(fèi)約為1 400 元，往返費(fèi)用即約為2 800 元。同時(shí)在往返運(yùn)輸過(guò)程中存在管體及螺紋損傷報(bào)廢的情況。每口井修復(fù)費(fèi)用約為45 000 元?，F(xiàn)場(chǎng)清洗費(fèi)用每口井約為14 000 元，合計(jì)每口井節(jié)省約為33 800 元，如果年產(chǎn)量為400 口井，共節(jié)約為1 352萬(wàn)元[8-10]。

節(jié)能減排效果：本清洗技術(shù)運(yùn)用在油水井桿管清洗、加熱爐清洗時(shí)可以減少運(yùn)輸回廠、鍋爐車(chē)前處理工序，簡(jiǎn)化清洗工藝。按每套清洗設(shè)備每年約節(jié)省200 t 柴油。減少的碳排放量為637 t/a。（1 kg柴油排放CO2為3.186 3 kg）。

6 結(jié)論

傳統(tǒng)的清洗方法，如“堿煮法”“酸洗法”等在作業(yè)的過(guò)程中污染環(huán)境，對(duì)管線基體造成腐蝕破壞，廢液無(wú)法達(dá)標(biāo)，難以處理，成本高，耗費(fèi)的熱能大，造成能源浪費(fèi)?，F(xiàn)場(chǎng)多元復(fù)合高壓水射流清洗技術(shù)是物理清洗方法。工作介質(zhì)是水，水易取成本低，對(duì)被清洗物不腐蝕，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，水可以循環(huán)使用，節(jié)水節(jié)能；選擇合理的壓力參數(shù)，高壓水射流清洗不會(huì)造成水管基體的損傷，且消除油管內(nèi)的疲勞應(yīng)力。具有清洗效果好、清洗速度快、清洗能力強(qiáng)、清洗范圍廣、安全可靠、節(jié)能降耗、安全環(huán)保等特點(diǎn)。