油田調驅現場防止藥劑泄露技術研究與應用

摘要：針對調驅施工現場存在的調驅藥劑泄露的問題，應用了低壓新型加藥裝置、電接點壓力表和壓力變頻器等技術性能較高的裝置，提高了調驅現場施工的自動化程度，減少了人與藥劑接觸的機會，增強了流程的防泄露性能，從本質上降低了環保風險，有力保證了調驅施工清潔高效運行。

關鍵詞：調驅施工;自動化;環保風險

引言

隨著我國大部分油田進入了開發中后期，調驅逐漸成為油田深度開發的重要手段，實施范圍越來越廣，施工周期也越來越長。與此同時，調驅施工過程中的環保管理也成為整個項目管理的重要組成部分。隨著油田調驅難度的增大，注入壓力越來越高，常規管理方法不能杜絕藥劑泄漏事故，因此，有必要應用技術技術革新手段防止調驅藥劑泄漏事故的發生。

1 調驅施工的特點及藥劑泄露風險

1.1 調驅施工的特點

調驅是一項系統工程，具有項目投資大、施工周期長以及存在中毒污染等危險的特點。縱向來看，長施工周期造成過程管理困難;橫向來看，工程涉及到高壓注水、多種電氣設備和化學藥劑，危險點源多，造成細化管理困難。進入新世紀后，基于油藏工程的深部調剖改善水驅配套技術的提出，對深部調驅技術提出了更高的要求[1]。深部調驅技術將油藏工程技術和分析方法應用到改變水驅的深部液流轉向技術中，處理目標是整個油藏，作業規模大，時間長[2]，涉及井數越來越多。目前普遍推廣實施的深部調驅，施工周期短則若干個月，長則達到1年甚至數年，部分區塊涉及油水井數占投產總井數的20%以上。

1.2 調驅施工的藥劑泄露風險

弱凝膠體系是目前國內外應用最廣泛改善水驅的深部調驅技術，調驅劑一般選擇高分子聚合物聚丙烯酰胺作為原料主劑，交聯劑主要有樹脂、醛類和多價金屬離子類等[3]。調驅劑單體中的醛類（如甲醛）和金屬離子（如Cr3+）等均可造成人員中毒。因此，施工過程中若發生藥劑泄漏事件，如果不及時按要求進行處理收集，會造成嚴重的人身傷害和環境污染。調驅用水一般為聯合站回注水，經增注泵增壓后壓力可達15MPa左右。調驅泵出口壓力一般為10～15MPa（與調驅井的注入壓力有關），調驅設備長期承受高壓，同時因工作需要進行的閥門開關和設備啟停會產生壓力水擊，施工管線難免產生刺漏而使藥劑泄露，在污染環境的同時還會造成人身傷害。另外，部分調驅現場應用高壓射流分散器等密封性較差的加藥裝置，易造成固體粉末藥劑灑落，污染土壤。

2 防止調驅藥劑泄露的措施

結合生產管理實際，為了防止藥劑泄漏，采取了研制低壓加藥裝置、增設自動監測和保護系統、引進聚合物流量分配和調整裝置等一系列技術革新，增強了調驅設備的自動調節和應急保護能力。

2.1 研制低壓自動加藥裝置

調驅所用干粉聚合物為長鏈分子，水溶后為粘稠流體，需用專用設備配制，防止結塊。早期采用干粉射流分散器進行藥液配制，該裝置靠高壓水（15MPa）通過噴嘴改變流速產生負壓，吸入干粉聚合物，實現干粉聚合物和水的混合[4]。高壓射流分散裝置在應用中存在以下問題：（1）必須通過高壓供水產生負壓，加藥完成后需通過關閥門控制流量，閥門反復開關產生壓力水擊易造成注水管線損壞，從而造成已溶解的藥劑泄露;（2）加藥口長期承受負壓沖擊易產生刺漏，密封性變差，易造成粉末類調驅藥劑灑落在地上，成土壤和井場周圍環境污染。

低壓調驅自動加藥裝置是根據Allied Colloids分散裝置工作原理設計的聚合物加入和混合裝置，由小功率電動機、減速器、加藥漏斗、分散器、供水管、混合器等組成（圖2）。使用時平穩打開供水管閘門，啟動電機，分散器軸轉動，干粉聚合物通過分散器軸上的加藥槽落到混合器上，瀑流沖刷混合器表面，帶走干粉聚合物，均勻流入攪拌罐中[6]。該裝置由小型防爆電機提供動力，消除了加藥動力對供水壓力的依賴，低壓供水條件也可以正常配調驅劑。應用該裝置避免了因壓力高造成注水管線或閥門損壞，消除了配藥過程可能發生的配成液泄露事件;加藥口和排出口不承受高壓，不會發生加藥裝置刺漏現象，避免了粉末類藥劑泄露事件;自動化程度提高，加藥輔助工作減少，人員與藥劑的接觸機會減少，和有利于保護人員身體健康和預防職業病的發生。

2.2增設壓力、變頻監測及自動保護系統

調驅施工現場所用調驅泵為3DP柱塞泵，額定注入壓力20MPa，注入流程通過安全閥保護，安全閥整定壓力20MPa。為了使注入流量符合設計要求，調驅泵一般通過變頻裝置控制其轉速。調驅過程中，由于泵況和井況的不斷變化，各注入井的瞬時流量也會不斷變化，需頻繁手動調整頻率才能達到配注。由于手動操作精確性較差，難免出現操作不當造成流程憋壓。

為了防止設備過載以及流程憋壓，同時減少手動操作，增設了電接點壓力表和壓力變頻器（圖3）。電接點壓力表和壓力變頻器可與調驅泵控制開關協同工作，調驅泵接受流量變化信號后，壓力變頻器向變頻裝置發送控制信號，由變頻裝置自動調整調驅泵的轉速，從而確定合適的流量。該裝置在使用過程中，操作人員無需頻繁調整流量分配器和調驅泵的轉速。電接點壓力表上限值一般設定為15MPa，壓力變頻器上限值設定為40Hz，超過上限值，保護聯鎖裝置動作，調驅泵自動關停。應用該裝置后，在注入壓力達到額定壓力的75%時即可啟動自動保護，大幅提高了管線、閥門和設備的防泄露性能。

2.3引進聚合物分配和調整裝置

在區塊整體調驅區域，為了實現大面積增油降含水，一般采用多井組共同調驅的施工方式。在多井調驅過程中，各井流量分配是較難解決的問題。若用PN20卡瓦閘板閥門控制，其最高承壓為20MPa，比施工上限壓力僅高5MPa，防泄露性能較差。此外，對于粘度較大的調驅劑來說，閘板閥門的分流效果較差，需頻繁調整才能保證各井配注達標，易造成閥門密封墊加速損壞，從而導致藥劑泄露。

為了提高多井調驅流程的防泄露性能，引進了TJK型聚合物流量分配器（圖4）。該裝置最高承壓達35MPa，自帶電磁流量計，分流效果好，注入壓力相差4MPa以內的多口調驅井可按設計配注量穩定分流，一次設定后可長時間保持穩定注入，避免了操作人員頻繁開關閥門調整流量，減少了人員在高壓水附近工作的時間。另外，該裝置還可以與自動控制裝置聯用，輸入設計流量后，系統通過多轉式電磁閥控制流量，使瞬時流量與設計流量一致，實現了調驅劑注入流量的全自動控制。

3應用效果

2018年以來，茨榆坨采油廠應用低壓供水自動加藥裝置30套，增設壓力、變頻監控和自動保護系統4套，引進TJK型聚合物分配器34套。運行兩年多以來，平均日配制、注入調驅劑580m3，平均注入壓力12.5MPa，期間未發生藥劑泄露、人員中毒及環境污染等事故，實現了“零事故、零傷害、零污染”的生產目標，達到了安全、高效、綠色施工的要求。

4認識及結論

（1）低壓供水自動加藥裝置、壓力和變頻監測及自動保護系統、聚合物流量分配器是新興的調驅配套設備，應用后可大幅提高調驅施工的自動化程度，對防止環境污染，保持人員健康具有重大意義。

（2）加強調驅施工現場的HSE管理，技術革新是重要手段之一，可以從本質上保證場地清潔衛生和人員安全健康。

（3）隨著科技的進步，將自動控制、智能保護裝置引入調驅施工現場，對安全、高效、綠色施工發揮越來越大的作用。

參考文獻：

[1]趙夢云，張鎖兵，歐陽堅等.國內深部調驅技術研究與進展.內蒙古石油化工[J]，2010年第6期：73.

[2]韓學強.國外高含水油田堵水、調剖、封堵大孔道配套技術及應用[M].北京：石油工業出版社，1999.

[3]顧錫奎，杜芳艷，王小泉.化學深部調驅技術現狀與進展.石油化工應用，2009年9月，Vol.28 No.3：4.

[4]王桂杰，郭宜民，劉濤.研制新型加藥裝置提高調驅施工安全.石油化工安全環保技術.2017年第33卷第5期：25.