谷小鳳 于海濤 張春生 王宏偉 李慶國(guó) 單玉昌

大慶宏府昇科技有限公司 黑龍江大慶 163000

由于堿、聚合物及表面活性劑的注入，油田三次采油系統(tǒng)結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重，抽油井桿管結(jié)垢問(wèn)題成為影響油田生產(chǎn)的重要難題之一。近年來(lái)，高壓水射流清洗雖已成為油田常用的一項(xiàng)清洗技術(shù)，但針對(duì)井管現(xiàn)場(chǎng)清洗的環(huán)保要求，目前尚無(wú)一套切實(shí)有效的環(huán)保清洗方法。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及綠色環(huán)保國(guó)策的實(shí)施，有必要開(kāi)展撬裝井管現(xiàn)場(chǎng)清洗技術(shù)研究，針對(duì)性地采取環(huán)保清垢措施，最大化減少井管柱結(jié)垢對(duì)油田生產(chǎn)造成的損失。

1 桿管清洗的重要性

1.1 油井桿管結(jié)垢的普遍性

油井在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，采出的油中含水量較高，且水相中含有大量無(wú)機(jī)鹽。當(dāng)井下溫度和壓力達(dá)到一定條件時(shí)，無(wú)機(jī)鹽不斷沉積吸附在桿壁（見(jiàn)圖2）和管壁（見(jiàn)圖1）上，形成鹽垢并夾雜著原油、蠟、膠質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)，最終成為難以溶解的混合垢質(zhì)。再加上油井出砂情況嚴(yán)重，這些砂粒就成為蠟及垢質(zhì)集結(jié)的載體，進(jìn)一步形成了更難溶解的垢質(zhì)混合物。這些結(jié)垢嚴(yán)重影響了管線(xiàn)和設(shè)備效率，降低了產(chǎn)量，甚至造成堵塞，發(fā)生事故，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

圖1 油管結(jié)垢情況

圖2 抽油桿結(jié)垢情況

1.2 油井桿管結(jié)垢的危害性

油井采油過(guò)程中產(chǎn)生的特殊垢質(zhì)在桿壁和管內(nèi)沉積，減少了水流的截面積，增加了水流阻力和動(dòng)力消耗，極大降低油田生產(chǎn)能力。如果長(zhǎng)時(shí)間不予處理，垢質(zhì)越結(jié)越多，會(huì)造成桿管斷落、管漏、泵漏，以及井下作業(yè)設(shè)備失效等事故，致使油井免修期縮短、修井費(fèi)用增加，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重影響了油田產(chǎn)能建設(shè)。

2 現(xiàn)有清洗方法的對(duì)比

2.1 傳統(tǒng)清洗方式方法存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)的清洗方法是運(yùn)輸?shù)焦軓S(chǎng)進(jìn)行化學(xué)清洗，如“酸化法”、“堿洗”等。不僅要使用危險(xiǎn)的化學(xué)原料，而且作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)桿管基體造成一定腐蝕。另一方面，清洗廢水排放難以達(dá)標(biāo)，不易處理，造成環(huán)境污染，同時(shí)增加了桿管的運(yùn)輸環(huán)節(jié)及人力、財(cái)力、物力支出。

綜上，傳統(tǒng)清洗存在問(wèn)題：

（1）運(yùn)輸過(guò)程耗費(fèi)大量人力、物力、財(cái)力；

（2）中間環(huán)節(jié)冗長(zhǎng)，耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，限制了效率的提升；

（3）化學(xué)清洗效果差、成本高，易造成二次污染。

2.2 撬裝現(xiàn)場(chǎng)多功能清洗裝置

目前采用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)用驚人。為了解決油田桿管的結(jié)垢問(wèn)題，本著清洗速度快、效果好、節(jié)約成本、延長(zhǎng)桿管使用壽命的基本方針，研制開(kāi)發(fā)了“撬裝現(xiàn)場(chǎng)多功能清洗裝置”。

撬裝現(xiàn)場(chǎng)多功能清洗裝置具有以下優(yōu)勢(shì)：

(1）高壓水射流綠色環(huán)保清洗；

(2）現(xiàn)場(chǎng)清洗一體高效同步完成；

(3）清洗不出站，精簡(jiǎn)操作流程；

(4）節(jié)能環(huán)保、清洗高效、省時(shí)省工。

3 多功能清洗裝置設(shè)計(jì)理念及作業(yè)原理

3.1 設(shè)計(jì)理念

清洗一體撬裝置屬于自動(dòng)化裝置，是一種新型的清洗設(shè)備組裝形式。地面撬裝結(jié)構(gòu)致密，在撬座上安裝了高壓水射流自動(dòng)清洗機(jī)、氣泵空壓機(jī)、石墨烯溫控系統(tǒng)、進(jìn)出管系統(tǒng)、污水回收系統(tǒng)等模塊，形成一個(gè)可閉環(huán)控制的一站式整體清洗設(shè)備。其總圖布置和設(shè)備布局緊湊,占地面積較小，具有現(xiàn)場(chǎng)安裝工作量小、便于流動(dòng)、環(huán)保高效等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，設(shè)備具有抵御環(huán)境影響的能力，工作穩(wěn)定可靠。

3.2 工作原理

3.2.1 進(jìn)出管系統(tǒng)

撬裝現(xiàn)場(chǎng)多功能清洗裝置進(jìn)出管系統(tǒng)如圖3 所示。清洗工作進(jìn)行時(shí)，通過(guò)進(jìn)出管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)抽油桿和油管自動(dòng)進(jìn)入撬裝內(nèi)部清洗線(xiàn)。自動(dòng)進(jìn)出管系統(tǒng)由氣泵空壓機(jī)、閥門(mén)、進(jìn)管平臺(tái)裝置、開(kāi)關(guān)信號(hào)、對(duì)齊裝置、提升裝置、出管平臺(tái)裝置、傳輸設(shè)備和輔助設(shè)備組成，從電氣控制角度，按照傳輸工藝實(shí)現(xiàn)自動(dòng)傳輸。將待清洗的桿管直接傳卸在進(jìn)管平臺(tái)上，通過(guò)平臺(tái)的傳輸，使桿管橫向滾入撬體內(nèi)的清洗線(xiàn)（見(jiàn)圖4）。清洗后通過(guò)氣泵空壓機(jī)帶動(dòng)提升裝置，將桿管提升到出管平臺(tái)上，再將清洗干凈后的桿管推出撬體外。整個(gè)流程提高了進(jìn)出效率、降低了人工成本、實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的可靠運(yùn)行。

圖3 進(jìn)出管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖4 進(jìn)出管系統(tǒng)局部實(shí)物圖

3.2.2 清洗系統(tǒng)

撬裝現(xiàn)場(chǎng)多功能清洗裝置自動(dòng)清洗系統(tǒng)由抽油桿清洗模塊和油管清洗模塊構(gòu)成。所有模塊由高壓水射清洗機(jī)、卷管機(jī)、滑軌、感應(yīng)器、信息接收器、驅(qū)動(dòng)輪等組成。該射流清洗技術(shù)是利用高壓泵打出高壓水經(jīng)管道到達(dá)噴嘴，噴嘴的作用是把高壓低流速的水轉(zhuǎn)換成高流速的射流，沿著正向或切向沖擊被清洗物體表面，射流在垢層或沉積物上產(chǎn)生強(qiáng)大的壓強(qiáng)使其粉碎。當(dāng)垢層表面被射透之后，水流以楔形插入垢層和清洗件之間的表面，使垢層脫落并露出被清洗物體的表面，層狀或多孔狀的污垢容易被高壓水射流粉碎。因?yàn)閲娚淞髟谧矝_過(guò)程中可擊中一個(gè)孔，并在垢層表面下邊形成一個(gè)內(nèi)壓使上部垢層裂開(kāi)。在噴射過(guò)程中，被沖碎的污垢顆粒夾雜在射流中，能夠幫助沖擊更多的污垢顆粒，從而加速污垢的清除。清洗后的污水進(jìn)入污水池循環(huán)使用，在清洗工作完成后進(jìn)行專(zhuān)業(yè)回收，可以有效地處理含油廢水。整個(gè)清洗過(guò)程高效、節(jié)能、環(huán)保，設(shè)備占地面積小，全自動(dòng)化的工作流程又減少了人力和物力。

該設(shè)備清洗特性：

(1）工作介質(zhì)是水，成本低，對(duì)被清洗物不腐蝕，而且循環(huán)使用，節(jié)水節(jié)能；

(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)有毒、有放射性、易燃、易爆或特殊條件下安全清洗，還能夠?qū)崿F(xiàn)其他方法難以實(shí)現(xiàn)的清洗；

(4）由于是純物理清洗技術(shù)，對(duì)管道無(wú)損傷，對(duì)環(huán)境無(wú)污染；

(5）自動(dòng)化清洗，行走一次即清洗一次，提高了工作效率，節(jié)省人力，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本。

3.2.3 污水回收系統(tǒng)

撬裝現(xiàn)場(chǎng)多功能清洗裝置污水回收系統(tǒng)由污水回收槽、泄壓擋板、防噴濺遮擋布、過(guò)濾網(wǎng)、沉淀濾水箱、排水口等構(gòu)成。蓄水池上方設(shè)置有用于供高壓水射流清洗機(jī)使用的抽水裝置，在清洗車(chē)清洗的過(guò)程中泄壓擋板和防噴濺遮擋布將污水通過(guò)污水回收槽流落到沉淀濾水箱內(nèi)，在污水池過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾后實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)使用。上述裝置具有節(jié)約水資源和提高水資源利用率的優(yōu)點(diǎn)，更有利于清洗工作完成后的污水回收，實(shí)現(xiàn)環(huán)保無(wú)污染。

4 多功能清洗裝置現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

撬裝現(xiàn)場(chǎng)多功能清洗裝置清洗分布圖見(jiàn)圖5，清洗設(shè)備車(chē)停放在井口作業(yè)設(shè)備的對(duì)面，中間應(yīng)是起出的管柱管排。

圖5 撬裝現(xiàn)場(chǎng)多功能清洗裝置布置圖

撬裝現(xiàn)場(chǎng)多功能清洗裝置清洗工藝流程見(jiàn)圖6。

圖6 撬裝現(xiàn)場(chǎng)多功能清洗裝置現(xiàn)場(chǎng)工藝流程圖

4.1 抽油桿清洗

(1）運(yùn)輸車(chē)將清洗裝置運(yùn)輸至待清洗區(qū)域，通過(guò)吊車(chē)將其置于平整場(chǎng)地上；接通電源及水源后開(kāi)啟閘刀門(mén)，并將工件放置于外部支架上，盡量使工件與進(jìn)/ 出口中心對(duì)齊。

(2）外部支架通過(guò)頂升氣缸提升至一定高度，同時(shí)裝置內(nèi)部卡爪伸出夾持工件；待夾持住工件后，頂升氣缸回落。

(3）卡爪夾持工件進(jìn)入裝置內(nèi)部，同時(shí)內(nèi)部頂升氣缸帶動(dòng)內(nèi)部支架升起；待卡爪停于滾輪正上方時(shí)，內(nèi)部支架剛好托住工件。

(4）卡爪退回初始位置，內(nèi)部氣缸回落，使工件落于滾輪組中心位置；左側(cè)導(dǎo)軌帶動(dòng)電機(jī)和卡盤(pán)前進(jìn)，使工件一端進(jìn)入卡盤(pán)，另一端與擋板接觸；隨后卡盤(pán)夾緊工件并帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，開(kāi)始清洗。外部頂升氣缸、閘刀門(mén)及外壁均隱藏。

(5）待清洗完成后，卡盤(pán)保持夾緊狀態(tài)，待左側(cè)導(dǎo)軌帶動(dòng)卡盤(pán)與工件退回一定距離后，卡盤(pán)松開(kāi)卡爪并退回初始位置；內(nèi)部頂升氣缸帶動(dòng)內(nèi)部支架升起，將工件托升一定高度，同時(shí)卡爪伸出夾持工件。

(6）待卡爪夾持住工件后，內(nèi)部頂升氣缸回落，卡爪繼續(xù)向外伸出，送出工件；此時(shí)卡爪伸出的長(zhǎng)度略長(zhǎng)于于外部頂升氣缸的水平距離，保證清洗后的工件與待清洗工件落于不同位置；隨后卡爪恢復(fù)初始位置；待下根工件開(kāi)始清洗，重復(fù)進(jìn)行清洗動(dòng)作。

(7）所有工件清洗完成后，閘刀門(mén)回落，處理內(nèi)部集污池污水；切斷電源水源后，運(yùn)送至下一場(chǎng)地。

4.2 油管清洗

油管清洗步驟與桿相似，將清洗裝置放置待清洗區(qū)域（見(jiàn)圖7）。其清洗步驟與抽油桿清洗不同之處在于步驟(4)，擋板開(kāi)有圓孔，孔尺寸與管內(nèi)圓相等切同心?？ūP(pán)將工件推送至另一端與擋板接觸后，噴頭由擋板圓孔進(jìn)入工件內(nèi)側(cè)，利用反作用力使噴頭沿軸向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行清洗；清洗完成后，噴頭由卷管器帶動(dòng)，離開(kāi)工件，卡盤(pán)再進(jìn)行移動(dòng)。其他步驟均與抽油桿清洗相同。

圖7 清洗作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景圖

4.3 桿管清洗效果

（1）清洗除垢效果好，除垢效果肉眼可見(jiàn)，見(jiàn)圖8 和圖9；

圖9 油管清洗前后對(duì)比

（2）清洗徹底，清洗后不需進(jìn)行潔凈處理，對(duì)井場(chǎng)環(huán)境不造成任何污染；

（3）污水通過(guò)配套的污水定向回流和過(guò)濾裝置后再利用，真正做到綠色環(huán)保；

（4）自動(dòng)化清洗降低了人工成本的同時(shí)，提高了清洗效率（表1）和作業(yè)安全性。

表1 某井管柱清洗除垢所需時(shí)間（按1200m/ 井）

4.4 撬裝現(xiàn)場(chǎng)多功能清洗裝置優(yōu)勢(shì)

（1）集成一體化：設(shè)備均集成配置在撬裝中，占地面積小、安裝簡(jiǎn)便、可整體遷移，現(xiàn)場(chǎng)工程量降到最少。安全環(huán)保，清洗效率高，同時(shí)解決了北方冬季戶(hù)外低溫施工的難題。

（2）運(yùn)行維護(hù)方便：撬裝設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)可簡(jiǎn)化操作程序，施工運(yùn)輸均十分便利，有利于投產(chǎn)后的運(yùn)行維護(hù)。

（3）降低各項(xiàng)成本：撬裝化的清洗方式大大降低了清洗環(huán)節(jié)的運(yùn)輸成本，提高了清洗效率。簡(jiǎn)化了各階段的工作量，極大縮短了清洗周期，為油井快速恢復(fù)生產(chǎn)提供了條件。

（4）可靠性高：撬裝設(shè)備的生產(chǎn)、組裝在工廠(chǎng)內(nèi)完成，相對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)來(lái)說(shuō)組裝環(huán)境良好；易于拆裝搬遷，進(jìn)場(chǎng)后可以快速實(shí)現(xiàn)施工，提高了應(yīng)用的靈活性。

5 經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)前景

桿管除垢技術(shù)適用于全部強(qiáng)堿和弱堿三元開(kāi)采區(qū)塊，施工效果極好，有良好的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的應(yīng)用前景。

截止到目前，共進(jìn)行油管除垢55 井次，數(shù)量4.97 萬(wàn)m；抽油桿除垢54 井次，數(shù)量4.97 萬(wàn)m。使油管和抽油桿分別減少更換4.97 萬(wàn)m 和4.97 萬(wàn)m，節(jié)省更換費(fèi)用482.66 萬(wàn)元和146.00 萬(wàn)元，合計(jì)628.86 萬(wàn)元，投入產(chǎn)出比達(dá)到1∶6，效益顯著。

撬裝現(xiàn)場(chǎng)多功能清洗裝置具有清洗效果好、清洗速度快、清洗范圍廣、節(jié)能降耗、安全環(huán)保、節(jié)約成本、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)。在油田范圍內(nèi)全面推廣三元機(jī)采井管桿高效除垢清防垢技術(shù)，結(jié)垢管桿在現(xiàn)場(chǎng)除垢后即可下井利用，降低了三元機(jī)采井管桿更換費(fèi)用，必將給油田帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。