油井氣動平衡式加藥裝置研制與應用

邵春俊，李志剛

（1.江蘇油田技術監督中心，江蘇 揚州 225200；2.江蘇油田采油一廠，江蘇 江都 225265）

江蘇油田所管理的大部分油區已處于高含水率開發期，油井生產中結蠟、結垢、腐蝕問題特別突出，油井頻繁躺井，為延長油井檢泵周期，需采取清防蠟、防腐、防垢措施，油田常用的維護措施主要有熱洗與加藥。其中通過套管定期加入一定數量的清蠟劑、防腐劑、防垢藥劑等化學藥劑是操作最為簡便、管理最為方便的手段。

江蘇油田采油一廠生產油井總數1 039 口，有套壓的油井478 口，壓力分布主要在0～1.5 MPa。目前采油班站對有套壓的油井加藥，主要采用帶壓加藥，采用外接電用齒輪泵加藥；平衡加藥，自制的簡易壓力容器實施平衡加藥；放壓加藥，采用先套管泄壓放氣，然后再投加藥劑。

國內外油井加藥的方法，現場普遍采用的人工加藥方式存在以下缺陷：（1）采用套管放散天然氣會污染環境，且造成氣能源浪費；（2）現場采用外接高壓電源，對油井安全生產造成隱患；（3）加藥罐容積小、一次性加藥不能連續發揮藥效；（4）工人勞動強度大，操作過程中會接觸藥劑，對工人身體造成損傷。

研制油井自動加藥設備替代了繁重的人工加藥，提高加藥的效率，杜絕油井現場接電安全隱患，改善加藥效果。同時，針對有一定套壓的油井，在不排放套管氣的情況下，使用自制的加藥設備能較好的將油井所需的清蠟劑、防腐劑、防垢藥劑等按照防蠟防腐制度要求順利地投加到套管中，降低勞動強度，提高效率30%。

1 自動加藥裝置設計思路

在油田PCS 系統的支撐下，實時分析油井工況變化情況，通過載荷、電流曲線、防腐防垢制度要求確定各油井加藥量，當某一口油井達到加藥周期后，系統向加藥裝置的PCL 控制器發出指令，PCL 控制電磁閥動作實現藥劑投加，PCL 控制器同時將現場各閥、藥劑桶液位進行上傳，完成加藥后，電磁閥倒換流程恢復加藥前狀態。其系統框架圖見圖1。

圖1 系統框架圖

通過研究在氮氣瓶上安裝自動控制系統，可以通過計算機編寫程序來控制電磁閥開閉動作，整個過程實現對氮氣瓶流出氣體壓力的控制，并借助管線閥門端口電磁閥實現對加藥過程的在線控制，繼而實現控制每天加藥頻數、加藥量以及加藥時間段的目標。自動控制系統依靠鋰電池來為其供電，不在現場外接電源。

將自制的加藥設備與油井套管連接后，利用氣液重力分離的原理，油井套管中的天然氣通過設備的上部管線與裝置相聯通并實現壓力平衡，設備中的液體藥劑在重力的作用下通過儲罐底部的管線進入油井套管。在系統確定好當天的加藥量后，現場的控制器控制各功能部件動作完成加藥，并將加藥量、藥劑儲量、管路閥門開閉等信息進行上傳，所有信息可在接轉站、作業區、采油廠的信息化平臺上共享。在中控室、接轉站可及時了解和掌握各個井點的設備狀況，并能進行遠程調控。該裝置能夠實現不放套管氣、不接觸藥劑、不外接電源的“三不”加藥流程，將單井加藥時間控制在15 min 以內完成[1-8]。

2 自動加藥裝置工藝過程設計

自動加藥工藝過程主要有兩個方面：藥劑添加與藥劑投加。

藥劑添加是利用氮氣瓶作為動力，將氮氣瓶通過減壓閥藥劑罐上接口相連，藥劑罐出口與加藥裝置井口連接，微開氣源閥，藥劑在驅氣源的驅動下進入加藥裝置，根據裝置液位計液面的上升高度計量，根據指令的藥劑量，關閉氣源閥和進藥閥，完成藥劑向裝置添加。藥劑投加是利用套管氣壓力作為加藥動力，利用氣平衡與重力分離原理實現。藥劑投加時，打開氣平衡，油井套管中的天然氣通過設備的上部管線與裝置相聯通并實現壓力平衡，打開藥劑投加，設備中的液體藥劑在重力的作用下通過儲罐底部的管線進入油井套管。現場的控制系統和電磁閥采用24 V 直流蓄電池來進行供電，同時為保證安全，在設備上設計了安全閥，安全閥開啟壓力為系統額定設計壓力的75%。

3 自動加藥裝置應用情況及效果

研制的自動加藥裝置主要在采油一廠富民管理區部分油井上進行應用，主要用于三種類型藥劑投加：（1）化學降黏劑，（2）油井緩蝕劑，（3）油井清蠟劑。

（1）化學降黏劑自動投加：主要應用在富民管理區原油黏度比較大的油井，現場應用5 口井：側周22-3B井、富46 平1 井、周36-8 井、周44-4 井、周22-8 井。這些油井因原油黏度高采用電熱桿進行加熱生產，日用電量高，能耗高。為降低能耗，在這5 口井安裝了自動加藥裝置進行化學降黏生產，富46 平1 井、周44-4井去年電熱桿實現常規生產，另3 口油井側周22-3B、周22-8、周36-8 井因黏度高，通過加藥后實現了化學降黏與電加熱間開生產。通過化學降黏應用后5 口井能耗實現了大大降低，平均日節電800 kW·h，取得非常好的效益。

（2）油井緩蝕劑自動投加：主要用于富民管理區高含水率、腐蝕嚴重的油井，自動加藥裝置現場應用5 口井：側100-1 井、富123 井、側111A 井、富131A 井和富134 井。這幾口是富民油田腐蝕問題最為嚴重的井，油井檢泵周期短，生產管柱腐蝕嚴重，最短的檢泵周期甚至不超過2 個月，在使用自動加藥前依靠人工加藥，加藥制度執行得不到保障，效果差。自動加藥裝置投入使用后，依靠自動控制系統可以有效控制加藥量以及頻率，緩蝕劑可以準確及時加入，可以完成既定的油井加藥計劃，使得油井腐蝕現象得到明顯改善，5 口井檢泵周期均超過了12 個月。

（3）油井清蠟劑的自動投加：主要用于富民油區有一定套壓（≤0.5 MPa）的油井進行清防蠟自動加藥。裝置自2019年在富民油田應用15 口井：富14 平1井、富35-3 井、側富43 井、富83-4 井等15 口井。這15 口井的原油組分中石蠟含量高，且隨著原油中天然氣的溶解度降低，使得蠟從原油中析出，油井生產過程中容易結蠟。在日常管理過程依靠人工定期投加清蠟劑來維護生產，不僅人工勞動強度大，耗時費力，而且清防蠟制度執行不到位的現象時有發生，因此加藥效果得不到保證，平均檢泵周期約為半年。自動加藥設備投入使用后，能夠嚴格按照清防蠟制度執行，保證了藥劑量足量投加、加藥按周期執行，清防蠟質量得到了提升，加藥效果得到改善，油井平均檢泵周期超過了14個月，取得非常好的效果。從圖2 中可以看出在沒有應用該裝置之前，油井平均加藥時間需要約100 min，使用該裝置后，加藥時間僅需15 min。因此使用自動加藥裝置可以節約加藥時間，提高加藥效率。

圖2 改進前后加藥時間統計圖

4 認識與總結

（1）自動加藥裝置現場應用替代了繁重的人工加藥，提高了加藥過程的安全性。現場采用氮氣和套管氣作為驅動能量，提高了加藥效率，同時杜絕了外加高壓電源安全隱患，為油井安全運行提供了保障。在富民油區開展了三類油井應用，均取得了較好的應用效果。

（2）自動加藥裝置的應用較好的解決了有一定套壓油井的加藥難題。在藥劑投加過程中，不需要套管泄壓將井筒中天然氣排出再進行加藥操作，從根本上杜絕了天然氣外排，達到生產環保要求的同時，最大限度的利用天然氣，將套管氣回收進流程進行充分利用，實現雙重效益。

（3）自動加藥裝置能實現與油田生產信息系統聯網，實現信息共享與遠程控制。該方式受環境、天氣、道路因素影響小，同時能實現精準加藥控制，探索了智能加藥新模式，提高了油田自動化管理水平，推動了“智慧油田”的發展。