提高火驅(qū)注氣井符合率的方法與實(shí)踐

(中國石油遼河油田公司 遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

杜66塊-杜48塊位于曙光油田西南部，構(gòu)造上位于遼河斷陷西部凹陷西斜坡中段，南部與杜84塊、杜68塊相鄰，東部為杜90塊，開發(fā)目的層系為下第三系沙四段上部杜家臺油層。含油面積8.4 km2，地質(zhì)儲量5 629×104t。為改善區(qū)塊開發(fā)效果，提高采收率，在杜66塊開展了火驅(qū)開發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)，并獲得成功。

1 概 況

1.1 區(qū)塊概況

杜66塊為典型的薄互層稠油油藏,含油面積4.9 km2，地質(zhì)儲量3 940×104t,油藏埋深800～1 200 m，油層平均有效厚度42.1 m，平均滲透率781 mD，平均有效孔隙度25.5%，原油粘度300～2 000 MPa·s。縱向上劃分為杜Ⅰ、杜Ⅱ、杜Ⅲ三個(gè)油層組，10個(gè)砂巖組，30個(gè)小層。含油井段130～170 m，油層層數(shù)多，平均單井30～40層。標(biāo)定采收率為27.2%，可采儲量1 512.49×104t。

1.2 注氣井現(xiàn)狀

曙光采油廠規(guī)劃火驅(qū)[1，2]井組105個(gè)，目前注氣井[3]91口，開井86口，日注氣85×104Nm3，其中分注井12口，籠統(tǒng)注氣井74口。13832火驅(qū)注氣站和金宇注氣站承載新增14井組、規(guī)模50井組、擴(kuò)大14井組的注氣任務(wù)，日注氣65×104Nm3；尤尼斯[4，5]負(fù)責(zé)早期27井組注氣任務(wù)，日注氣20×104Nm3；目前注氣量10 000 m3以上有12口。

1.3 存在問題

13832注氣站自2014年4季度投產(chǎn)以來，所注井組注氣井注氣符合率呈不同程度的下降，由投產(chǎn)初期的93.5%降到2016年2季度的86.1%，注氣符合率低造成注氣井段溫度差異大、油層縱向動(dòng)用不均，嚴(yán)重影響火驅(qū)開發(fā)效果，因此提高注氣井符合率迫在眉睫。

2 影響注氣井符合率的因素分析

2.1 系統(tǒng)壓力

曙1-38-32所管轄的注氣井組共有注氣井62口，開井57口，統(tǒng)計(jì)57口井的啟動(dòng)壓力，其中啟動(dòng)壓力小于3 MPa的有35口，3～5 MPa的有16口，大于6 MPa的有6口，見表1。隨著注氣壓力升高，可注入井?dāng)?shù)就越多，符合率就越高。因此，壓力是影響注氣量、符合率的關(guān)鍵因素[6]。

表1 注氣井啟動(dòng)壓力與注入量統(tǒng)計(jì)表

而13832注氣站從2014年9月投產(chǎn)，2015年平均日注37.8×104m3，平均日注氣壓力5.3 MPa；2016年平均日注31×104m3，平均日注氣壓力4.5 MPa，系統(tǒng)壓力的下降嚴(yán)重影響了注氣符合率，下面分析影響系統(tǒng)壓力的因素。

2.1.1 螺桿壓縮機(jī)排氣溫度過高，供氣能力減弱

使用的螺桿式空壓機(jī)[7]型號LS-25S，功率為262 kW，排氣量為41 m3/min。該機(jī)設(shè)定最高排氣溫度110 ℃，該壓縮機(jī)已投入使用2 a，經(jīng)常在較高排氣溫度[8]狀況下運(yùn)行，平均排氣溫度100 ℃，尤其在夏季最為明顯(6～9月份溫度108 ℃以上)，超過此溫度時(shí)便會(huì)自動(dòng)停機(jī)，影響時(shí)率。同時(shí)為了避免溫度對機(jī)組、設(shè)備的影響，工作人員通過頻繁的倒運(yùn)機(jī)器及減少輸氣量等方法降低排氣溫度，導(dǎo)致注空氣量明顯下降。

2.1.2 往復(fù)機(jī)進(jìn)氣壓力下降，外輸氣量減少

往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力[9]從投產(chǎn)初期的0.8 MPa，降至目前的0.7 MPa。根據(jù)氣體狀態(tài)方程PV=nRT可知，進(jìn)氣壓力越大，排量越大；進(jìn)氣壓力越小，排量越小。一方面是由于螺桿壓縮機(jī)供氣不足；另一方面，管線內(nèi)腐蝕嚴(yán)重，水銹等雜質(zhì)堵塞進(jìn)氣端濾網(wǎng)，進(jìn)氣壓力大幅下降，排氣量降低。當(dāng)壓力低至0.7 MPa以下，會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)停機(jī)，影響注氣時(shí)率。

2.2 注氣井井口設(shè)備精度影響注氣符合率

在現(xiàn)場使用的井口設(shè)備主要有流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥。其中調(diào)節(jié)閥是注空氣井井口主要調(diào)節(jié)設(shè)備，它的主要作用是調(diào)節(jié)空氣流速、流量，滿足單井注氣需求。目前現(xiàn)場使用的調(diào)節(jié)閥類似于針型閥的工作原理，沒有直觀“量”的概念，在調(diào)節(jié)時(shí)容易出現(xiàn)偏差，且控氣不平穩(wěn)；調(diào)節(jié)跨度較大，很難實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，現(xiàn)場需要反復(fù)操作調(diào)整，工作量大，勞動(dòng)強(qiáng)度高。 以曙1-40-039井為例，該井日配氣量8 000 Nm3，瞬時(shí)量為333 Nm3/h。現(xiàn)場通過半個(gè)小時(shí)調(diào)整，瞬時(shí)量只能為298 Nm3/h或372 Nm3/h，達(dá)不到配注要求。另外，注氣井注氣過程中，由于空氣的腐蝕和沖刷作用，會(huì)造成調(diào)節(jié)閥閥孔刺大和雜質(zhì)堵塞，調(diào)節(jié)難度加大，注氣量增大或降低，影響注氣合格率。2015年全年共發(fā)現(xiàn)不正常調(diào)節(jié)閥13個(gè)，占總井?dāng)?shù)的23%。

流量計(jì)主要是用于對注氣量的計(jì)量和壓力的讀取，它具有一定的量程范圍，現(xiàn)場使用的流量計(jì)工況下量程范圍2.5～30 m3/h，火驅(qū)初期注空氣量較少，平均單井注氣量在4 000 m3/d，完全可以滿足。但隨著火驅(qū)開發(fā)的逐漸擴(kuò)大，注氣量也逐漸增加，目前最高注氣量為24 000 m3/d，超過原有流量計(jì)的量程范圍，造成計(jì)量誤差，影響注氣符合率。目前超范圍注氣井有16口，占總井?dāng)?shù)的28%。

2.3 受季節(jié)性影響，空氣管線凍堵

13832注氣站注空氣管網(wǎng)全長3 km，干線DN150管徑6 in(1 in=25.4 mm)，支線DN50管徑2in。其中裸露地表管線占左右，無任何保溫措施。由于壓縮空氣相對濕度大，濕度75%左右，一到冬季，氣溫降低，出現(xiàn)大面積凍堵現(xiàn)象。凍堵的主要部位為空氣干線、單井支線的閥門、彎頭和三通處，以及單流閥、流量計(jì)等處。

輕度凍堵使管線堵塞不暢，注入氣量減少，流量計(jì)結(jié)冰，無法計(jì)量。中度凍堵使注氣困難，造成系統(tǒng)內(nèi)壓力異常升高，設(shè)備異常停機(jī)，符合率大幅下降。嚴(yán)重凍堵使設(shè)備、管線及閥門凍裂，可能造成空氣大量泄漏，引起人身傷害、設(shè)備爆炸、環(huán)境污染等事故。

3 提高注氣符合率的方法研究及應(yīng)用

3.1 改善工藝流程，提高機(jī)組效率，平穩(wěn)壓力輸出

3.1.1 加裝強(qiáng)排機(jī)，降低螺桿機(jī)排氣溫度

高排氣溫度就是空壓機(jī)因系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種問題引起的升溫故障。高環(huán)境溫度是由廠房通風(fēng)不好、螺桿機(jī)散熱不好引起。所以解決高溫問題的主要方向是改善螺桿機(jī)散熱。高溫不僅降低了輸氣系數(shù)，而且會(huì)導(dǎo)致停機(jī)。為了避免溫度過高停機(jī)，通過頻繁的倒運(yùn)機(jī)器及減少輸氣量等方法降低排氣溫度，導(dǎo)致產(chǎn)氣量減少，效率降低。環(huán)境溫度越高，冷卻器效率越低，當(dāng)溫度超過50 ℃，冷卻效率已不足75%。

為此，針對10臺螺桿機(jī)中高溫情況最嚴(yán)重的8號機(jī)進(jìn)行了散熱風(fēng)道改造，首先增加了風(fēng)道的通徑，通徑由0.6 m增加至1.0 m，增加了原有風(fēng)道的排氣通量。其次對風(fēng)道的直角彎改為圓角設(shè)計(jì)，以上兩項(xiàng)改造減少了排氣阻力。最后，在廠房外加裝了功率為3 kW的強(qiáng)排機(jī)，排量70 m3/min，該強(qiáng)排機(jī)的作用是加速散熱風(fēng)道中的熱空氣向室外排放，提高排放量20%，見表2。8號螺桿機(jī)經(jīng)過改造后，排氣溫度下降5～10 ℃，冷卻效率提高了10%。8號螺桿機(jī)運(yùn)行電流下降，但日產(chǎn)氣量增加3 800 Nm3，運(yùn)行效率提高了8.5%。

表2 改造前后措施對比表

3.1.2 往復(fù)機(jī)進(jìn)氣濾網(wǎng)改造，增大吸氣壓力

空氣壓縮機(jī)空氣通道阻力的大小，直接影響氣量的多少。一般來說，阻力越大氣量越小，葦塘空氣濕度大，并含有大量的粉塵、葦毛等漂浮物，容易堵塞空氣過濾器。當(dāng)過濾器前后壓差超過0.1 MPa時(shí)，往復(fù)機(jī)進(jìn)氣壓力大幅下降，低于0.65 MPa自動(dòng)停機(jī)，為了保證壓差就必須對空氣過濾器進(jìn)行吹掃或者更換，頻繁的啟停機(jī)影響設(shè)備的運(yùn)行時(shí)率，因此對過濾器進(jìn)行了改進(jìn)。

經(jīng)過實(shí)踐，將過濾器錐度增加(由1∶4增加至1∶5)，過濾器接觸面積增加1.5倍，這樣不僅降低了空氣流經(jīng)過濾器的阻力，而且不容易造成堵塞。壓差明顯減小，過濾器吹掃、更換周期延長了3倍，提高了運(yùn)行時(shí)率，停機(jī)時(shí)間平均每月減少43.2 h，增加注氣量66.9×104m3。

3.1.3 提高干燥器脫水效果，降低腐蝕堵塞

鋼鐵生銹的相對濕度低于70%。通過利用氣象色譜儀，對壓縮空氣組分化驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)相對濕度達(dá)到了75%，干燥器脫水效果下降，壓縮空氣中水分過多，造成管線腐蝕。針對壓縮空氣水分大的問題，一是對干燥器的排水工藝進(jìn)行了優(yōu)化，提高了排水性能；二是對干燥劑氧化鋁進(jìn)行定期清洗、篩除較小顆粒后重新填裝，脫水效果[10]有所改善，降低了管線、精密設(shè)備等腐蝕程度。

3.2 提高井口設(shè)備、儀表精確度，降低影響

3.2.1 合理優(yōu)化計(jì)量儀表

對現(xiàn)有的流量計(jì)進(jìn)行重新校驗(yàn)[11]，并按照量程范圍進(jìn)行歸類，根據(jù)不同的注氣量合理匹配相對應(yīng)的流量計(jì)，同時(shí)根據(jù)配注量的調(diào)整及時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)配，確保流量計(jì)真實(shí)反映注氣井的注入量。2016年共動(dòng)態(tài)調(diào)整流量計(jì)135井次。

3.2.2 自主研發(fā)并安裝了精密調(diào)節(jié)閥

針對傳統(tǒng)閘門、調(diào)節(jié)閥控氣不平穩(wěn)，需要反復(fù)調(diào)節(jié)，精準(zhǔn)度低等情況。通過技術(shù)攻關(guān)和現(xiàn)場實(shí)踐，自主研發(fā)了兩種精密注氣調(diào)控裝置，并獲得國家專利。該調(diào)節(jié)閥具有流通能力大、調(diào)節(jié)精準(zhǔn)度高、操作穩(wěn)定的特點(diǎn)，適用于大流量、高壓降的注氣井。在火驅(qū)注氣井注氣量調(diào)控方面實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、高效，保證了火驅(qū)燃燒的需要[12,13]。在滿足開發(fā)需求的同時(shí)，也減少了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。2016年現(xiàn)場更換調(diào)節(jié)閥32個(gè)。

3.3 注空氣管線凍堵處理措施

針對井口處管線、設(shè)備的凍堵情況，主要采用電加熱+保溫的措施。地面管線比較長，跨溝渠、葦塘，采用摻水伴熱和電加熱伴熱工作量特別大，費(fèi)用高。因此，地面管線解堵主要采用地面加注甲醇的方法。通過這幾年的實(shí)踐與摸索，形成了適合三區(qū)實(shí)際的管理辦法。

首先是在甲醇加注時(shí)機(jī)上：管線堵塞一般情況下都不可能瞬時(shí)堵死，都是有預(yù)見性的。因此，正確判斷堵塞征兆，提前采取措施，可以有效防止凍堵現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)井口干線壓力波動(dòng)在1～2 MPa之間，同時(shí)伴有流量波動(dòng)現(xiàn)象，此時(shí)就必須要加入甲醇。當(dāng)井口干線壓力波動(dòng)大于2 MPa，氣井瞬時(shí)流量極不穩(wěn)定，此時(shí)就必須要加大甲醇注入，同時(shí)提高瞬時(shí)流量。

其次是在甲醇加注方法上：原有防凍堵方案都是集中加入甲醇,加入氣管線的時(shí)間都比較集中，但解決氣管線凍堵效果并不理想而且甲醇用量比較大。針對這一現(xiàn)象我們實(shí)施了甲醇多點(diǎn)滴注技術(shù)。通過對管網(wǎng)系統(tǒng)梳理，摸索出注空氣干線和支線易凍堵位置14個(gè)加甲醇點(diǎn)，添加一個(gè)特制的甲醇滴注氣包。氣包和流程的連接閘門處安裝一定規(guī)格而且設(shè)計(jì)成不同數(shù)量的小孔擋板, 可以定量實(shí)施甲醇滴注。同時(shí)配套研發(fā)了甲醇快速充裝裝置國家專利，可以方便、靈活地控制加甲醇加入量和滴定速度。

最后制定應(yīng)急處置措施：管線凍堵后，注氣系統(tǒng)壓力異常升高，為確保壓力不高于6.5 MPa，要及時(shí)采取壓縮機(jī)回流調(diào)控制和緊急放空的措施，杜絕高壓導(dǎo)致的安全生產(chǎn)事故發(fā)生。

3.4 總體效果評價(jià)

通過以上措施實(shí)施后，13832注氣站壓力由4.1 MPa升高到6.3 MPa，并維持穩(wěn)定。井口調(diào)控也由3次/d減至0.5次/d。通過對注空氣系統(tǒng)優(yōu)化，2016年3季度開始，符合率逐步上升，到2017年1季度符合率已達(dá)到93.1%。新增見效井12口，日產(chǎn)油量由見效前的16 t/d，上升到目前的23.8 t/d，平均日增油7.8 t，累計(jì)增油2 340 t。

4 結(jié) 論

1)通過分析認(rèn)為系統(tǒng)壓力、井口設(shè)備精度是影響注氣符合率的主要因素。

2)通過對往復(fù)機(jī)、螺桿機(jī)、干燥器等設(shè)備配件的改造和優(yōu)化，同時(shí)加強(qiáng)現(xiàn)場對注氣系統(tǒng)的監(jiān)控、管控、調(diào)控，可有效提高機(jī)組的運(yùn)行效率，提高注氣符合率。

3)隨著火驅(qū)時(shí)間延長，影響注氣符合率的因素將不斷出現(xiàn)，提高管理人員的能力水平和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的積累尤為重要。