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        油井電磁防蠟室內(nèi)試驗(yàn)平臺的設(shè)計和方法

        2021-03-29 05:41:04高寶元高詩惠
        石油化工自動化 2021年2期
        關(guān)鍵詞:電磁場實(shí)驗(yàn)

        高寶元,高詩惠

        (1. 中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司 鉆采工程技術(shù)研究院,陜西 西安 710018;2. 低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710018)

        某油田開發(fā)層系較多,各層系原油性質(zhì)的不同,油井結(jié)蠟程度存在差異,有的區(qū)塊結(jié)蠟程度比較嚴(yán)重。原油從油層滲流到井底,又從井底舉升到地面上,過程中壓力和溫度不斷下降,蠟就會從原油中不斷析出。如果蠟沉積到油層流通孔道中,就會堵塞油層空隙,降低了油層滲透率,阻礙油流入井;如果蠟沉積到井筒設(shè)備的表面上不僅縮小流通截面積,增加油流阻力,影響油井產(chǎn)能,還可能造成抽油泵失效和損壞;如果蠟沉積到油管的內(nèi)壁表面上,則會減小油管的有效直徑,嚴(yán)重時會把油管堵死,造成抽油桿卡死,增加井口回壓和躺井率,迫使油井停產(chǎn),結(jié)蠟會影響油井正常生產(chǎn),加大抽油井懸點(diǎn)載負(fù)荷,增加了系統(tǒng)能耗,降低了系統(tǒng)效率和泵效,使油井產(chǎn)量下降。油井結(jié)蠟是影響油井高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的突出問題之一,所以在油井生產(chǎn)過程中,防蠟是很重要的一項(xiàng)工作[1]。目前防蠟的手段比較多, 通常采用阻垢劑、緩蝕劑等化學(xué)藥品來防止油井結(jié)蠟。這種方法勞動強(qiáng)度大,成本高,效果差,污染環(huán)境[2]。針對在室內(nèi)沒有辦法檢驗(yàn)油井電磁防蠟效果的問題,設(shè)計出油井電磁防蠟室內(nèi)通用動態(tài)試驗(yàn)平臺,解決了油田沒有專門的在室內(nèi)準(zhǔn)確模擬出動態(tài)環(huán)境下油井電磁防蠟情況的缺陷[3]。

        1 油井電磁防蠟機(jī)理

        根據(jù)電磁波傳播理論,電場轉(zhuǎn)換為磁場,磁場又轉(zhuǎn)換為電場,電磁場沿著油井管線向兩端傳播,在能量沿管線傳播過程中磁場作用于管線內(nèi)的原油,通過磁致膠體效應(yīng),使原油中蠟質(zhì)點(diǎn)帶有負(fù)電荷,經(jīng)磁場處理后,蠟質(zhì)點(diǎn)在感應(yīng)磁場的作用下,其分子間的力受到干擾,不再按原來的規(guī)律排列,抑制了蠟晶的生長,減緩了蠟結(jié)晶過程;通過氫鍵異變效應(yīng),在一定強(qiáng)度磁場作用下可以打斷蠟的氫鍵,改變蠟的鍵角或鍵的強(qiáng)度,使其不易構(gòu)成鍵架,破壞了蠟晶間的聚結(jié),使蠟晶不易聚集,從而防止蠟從原油中析出,堆積在油井筒內(nèi)表面和抽油桿上,使它失去脫離原油而附著在油井筒內(nèi)表面和抽油桿上的能力,使蠟分子懸浮在原油中,不易結(jié)晶析出從而達(dá)到防蠟的目的[4]。

        2 油井電磁防蠟室內(nèi)試驗(yàn)平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

        油井電磁防蠟室內(nèi)試驗(yàn)平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示[5],包括恒溫水浴箱和變頻電磁場激勵源,恒溫水浴箱內(nèi)設(shè)有2個實(shí)驗(yàn)箱,恒溫水浴箱外兩側(cè)分別設(shè)有循環(huán)泵,2臺循環(huán)泵分別連接變頻器;循環(huán)泵的出口分別與2個實(shí)驗(yàn)箱的下端進(jìn)口連通,循環(huán)泵的上端進(jìn)口分別與對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)箱的上端出口連通;其中1個實(shí)驗(yàn)箱的出口與其對應(yīng)的循環(huán)泵進(jìn)口連通的管線上設(shè)置感應(yīng)器;變頻電磁場激勵源與感應(yīng)器連接,位于恒溫水浴箱外。

        圖1 油井電磁防蠟室內(nèi)試驗(yàn)平臺結(jié)構(gòu)示意

        平臺包括流體循環(huán)部分和溫控部分。其中流體循環(huán)部分又可分為電磁場處理部分、對比實(shí)驗(yàn)部分和流速控制部分。

        2.1 流體循環(huán)部分

        實(shí)驗(yàn)選用2臺循環(huán)泵分別為電磁場處理部分和對比實(shí)驗(yàn)部分提供循環(huán)所需動力。電磁場處理部分在實(shí)驗(yàn)過程中將變頻電磁激勵源的輸出端經(jīng)導(dǎo)線連接感應(yīng)器,即可形成變頻電磁場對流過的液體進(jìn)行電磁處理,而對比實(shí)驗(yàn)部分直接通過管線與實(shí)驗(yàn)箱連通實(shí)現(xiàn)循環(huán)。流速控制部分中,為了能夠控制流體的流速使用了變頻器,通過調(diào)節(jié)變頻器的頻率即可改變循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速從而實(shí)現(xiàn)對流體流速的控制[6]。該實(shí)驗(yàn)中,流體采用的是原油,流量計量采用電磁流量計。

        2.2 溫控部分

        溫控部分中,為了能夠控制原油的溫度并盡量使溫度恒定在設(shè)定值上,將實(shí)驗(yàn)箱放置于恒溫水浴箱中保證實(shí)驗(yàn)原油溫度穩(wěn)定。為了使原油能夠循環(huán)且電磁場處理部分和對比實(shí)驗(yàn)部分相互不干擾,將2個相同尺寸的實(shí)驗(yàn)箱并排架在恒溫水浴箱上并使箱體浸沒在水浴中。實(shí)驗(yàn)箱底部內(nèi)側(cè)正中央和2個側(cè)面內(nèi)部中央均貼有試片,試片材質(zhì)為鋼片。實(shí)驗(yàn)箱的出口與其對應(yīng)的循環(huán)泵進(jìn)口連通的管線上均設(shè)有流量計。

        為了能夠?qū)崿F(xiàn)對溫度的控制,溫控部分使用了1個超級恒溫器與水箱內(nèi)的水進(jìn)行循環(huán),通過調(diào)節(jié)超級恒溫器的溫控元件就可以使水箱內(nèi)的水溫恒定在設(shè)定溫度。

        為了得到不同位置的結(jié)蠟量,實(shí)驗(yàn)中使用了多個試片。在2個實(shí)驗(yàn)箱中用鐵絲分別掛2個試片,用防水玻璃膠在2個實(shí)驗(yàn)箱的底部和其中2個側(cè)面分別貼一個試片。電磁場處理部分與對比實(shí)驗(yàn)部分試片位置一致。

        3 油井電磁防蠟室內(nèi)試驗(yàn)方法

        油井電磁防蠟室內(nèi)試驗(yàn)方法如下:

        1)分別稱量幾個試片的質(zhì)量并掛在實(shí)驗(yàn)箱內(nèi),同時在實(shí)驗(yàn)箱底部和側(cè)面均貼上試片,對試片進(jìn)行編號并記錄,靜置24 h且使試片不易脫落。

        2)將變頻電磁激勵源輸出端導(dǎo)線在感應(yīng)器上纏繞20~40圈(試驗(yàn)時通常纏繞30圈)。

        3)設(shè)定實(shí)驗(yàn)需要的恒溫水浴箱的溫度。

        4)在2個實(shí)驗(yàn)箱中加入等量的原油,液位為80 cm,并檢驗(yàn)各部分的密閉性。

        5)打開變頻電磁場激勵源并開啟循環(huán)泵使原油開始循環(huán)。

        6)每4 h觀察實(shí)驗(yàn)箱及恒溫水浴箱中的液面高度,根據(jù)現(xiàn)場情況向2個實(shí)驗(yàn)箱中加入等量的原油并及時向恒溫水浴箱中補(bǔ)水,確保實(shí)驗(yàn)箱浸沒在水浴中。

        7)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行1個周期(7 d或15 d)后停止循環(huán),排出實(shí)驗(yàn)箱及管線中的液體,取出各個試片并放入干燥箱中烘干且稱重,同時在顯微鏡下觀察結(jié)垢形態(tài),記錄并分析各種結(jié)垢情況得到溫度、流速對電磁防蠟效果的影響規(guī)律。

        通過比對結(jié)果,通電磁的試驗(yàn)箱中的試片質(zhì)量幾乎沒有變化,而正常實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)箱中的試片上結(jié)了蠟,使得試片的質(zhì)量明顯增加。因此,該電磁實(shí)驗(yàn)?zāi)苡行У胤乐菇Y(jié)蠟。同時,在該試驗(yàn)中,試片采用的材質(zhì)與各部件連接的管線(即油管)的材質(zhì)相同,能有效地延長管線的使用壽命[7]。

        4 室內(nèi)試驗(yàn)效果

        該油井電磁防蠟室內(nèi)試驗(yàn)平臺,可以短時間內(nèi)證明電磁防蠟效果,是一種低成本、高效率的長效性防蠟方法。該方法能產(chǎn)生變頻強(qiáng)電磁場,引起蠟分子的內(nèi)共振,導(dǎo)致蠟晶結(jié)構(gòu)與形狀發(fā)生變化,抑制了蠟分子的結(jié)晶過程,同時對已形成的蠟晶產(chǎn)生一定的破碎作用,從而達(dá)到防蠟的目的[8];可明顯減少因蠟卡、蠟堵等造成的修井作業(yè)次數(shù),延長油井修井周期;由于熱洗和作業(yè)次數(shù)的減少可明顯提高油井生產(chǎn)時率,保證連續(xù)不間斷生產(chǎn),從而達(dá)到增加原油產(chǎn)量的目的;油井使用電磁防蠟后,流體阻力顯著降低,其流體運(yùn)行速度與原記錄比較,可提高10%~15%,有利于提高泵效和系統(tǒng)效率[9]。

        5 優(yōu) 點(diǎn)

        1)電磁防蠟與化學(xué)防蠟相比,沒有副作用,沒有維護(hù)工作量,不受雨雪天氣等惡劣環(huán)境的影響,同時也不受道路、機(jī)械故障的影響,解決了路途遠(yuǎn)和路況差,油井的加藥和熱洗作業(yè)難的問題[10]。而原方法是從井口加入化學(xué)清蠟劑會殘留在原油中,同時對環(huán)境有污染。電磁防蠟的應(yīng)用可以解決藥劑費(fèi)用高,勞動強(qiáng)度大,清蠟次數(shù)頻繁等問題。

        2)由于油井變頻電磁防蠟效率高,作用時間長,使用方便,無須割開管道,無需停產(chǎn)安裝,功率小,節(jié)能環(huán)保,安全可靠,省去或減少阻垢劑、緩蝕劑等化學(xué)藥品的使用,節(jié)省人工阻除垢費(fèi)用,應(yīng)用前景將是十分廣闊的[11]。

        6 結(jié)束語

        油井電磁防蠟室內(nèi)試驗(yàn)平臺對人體和環(huán)境沒有任何影響,屬于安全、環(huán)保、節(jié)能型室內(nèi)設(shè)備,符合安全環(huán)保要求[12]。油井電磁防蠟室內(nèi)試驗(yàn)平臺可在室內(nèi)安全環(huán)保準(zhǔn)確地模擬出動態(tài)環(huán)境下油井電磁防蠟情況,利用靜態(tài)實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行動態(tài)實(shí)驗(yàn),通過對比試驗(yàn)結(jié)果,了解油井結(jié)蠟方面的生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀,摸索出適合油田特征的油井防蠟技術(shù)及方法,并得到溫度、流速等對電磁防蠟效果的影響規(guī)律[13]。

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