恒壓注入調節裝置在注水作業中的應用

□ 王 臣 □ 王可佳 □ 杜瑞穎 □ 柳 理 □ 龍 堯 □ 李向敏

1.中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司石油機械廠 河北任丘 062552

2.華北油田公司工程技術研究院 河北任丘 062552

3.華北油田公司二連分公司 內蒙古錫林郭勒 026000

4.華北油田公司 河北任丘 062552

1 存在的問題

油田注水是為了保持油層壓力及提高油層采收率,由地面將經過凈化的水注入油層的措施。隨著油田的開發,油田含水量不斷增大,產液量與日俱增,油田的注水系統在增產、穩產中的作用越來越突出。

目前,由于注水系統水質不穩定,水中摻雜雜質過多,導致自控閥使用壽命僅在1.5 a左右,1.5 a后普遍存在閥芯密封不嚴、注水量不準等問題。如需保證管線過濾系統達標,對于泵前端過濾網、泵出口流量計等易堵塞部位,每2～3 d即需要清理一次,每次清理需要5～6 h。

2 恒壓注入調節裝置用于注水作業必要性

恒壓注入調節裝置將流量計、大可調比調節閥及多重傳感器通過人工智能芯片組合成一體,適合油田測井調節控制,可以實現高壓雙向嚴密切斷與精確調節,特別適用于對流量有嚴格要求的自控控制裝置,對于油田的高壓配水、摻水、摻藥等場合有著良好的使用效果。

該裝置實現了集注水泵、進出水增壓管匯、變頻軟啟控制、流量監測、壓力報警功能于一體,通過泵房的控制系統可以實現對注水過程的實時控制。增加了泵振動、油位低、電機溫度等監控報警,全面監控了注水系統的運轉情況,彌補了目前監控的不足,真正意義上實現了全自動無人值守注水。同時,電機采用高效永磁節能電機,比普通變頻電機節電約10%,進一步降低了運行成本。增加恒壓注入調節裝置后,進一步實現了數字化精細注水。

3 恒壓注入調節裝置用于注水作業可行性

在數字化油田的推動下,逐步將智能化、模塊化技術應用于注水設備中,淘汰了以往的手動式閘閥、葉輪式流量計等設備,取而代之采用了電磁式控制可變壓力的萬能閥門、電磁式控制流量計及高壓過濾器,實現了在恒壓或恒流量的工況下,在設備內精細化注水。

3.1 延長系統內各零部件使用壽命

以往注水系統中由于高壓差導致元器件損害,原因是高壓水流沖擊大,閥芯、傳感器等元器件受到沖擊和水侵產生溝槽,造成密封不嚴,進而導致注水不精準。對此,引進萬能閥技術,將閥內通道設計為多級緩沖降壓形式,獨特水道結構將高壓射流引流分散,減少沖擊,延長各零部件使用壽命。

3.2 提高監測部件數據可靠性

常規貯水裝置中,儀器儀表等檢測部件經常出現亂碼、卡頓等情況,因為現場常用儀表是通過葉輪或電磁原理來檢測流量數據,通過不同波段控制程序,受閥門影響十分容易造成失控,反復接收信號,反復自動調節,反復執行調節命令,造成亂碼,導致程序混亂。恒壓注入調節裝置在注水現場使用環境中壽命可達5～6 a,其間可保持高效精準。

3.3 三級過濾系統保障恒壓系統及檢測系統穩定

由于油田不同區塊地質構造不同,管線內雜質成分不同,造成設備卡堵的雜質有所區別,過濾精度不能使用統一標準。對此,根據注水現場工況量身設計過濾器,使用三級過濾,過濾精度可調,最高過濾精度可達4 mm。經現場試驗,小于4 mm雜質對設備運行無影響。三級過濾系統如圖1所示。

▲圖1 三級過濾系統

一級葉輪過濾可將管線內大直徑懸浮物通過離心作用集中在過濾器四周,確保中心通道暢通,減少對流量的影響。二級平面過濾可進一步過濾中小直徑雜質。三級立體過濾在濾芯四周設有濾孔,減小濾孔直徑的同時盡可能保障通過面積,可過濾微小雜質。

3.4 遠程通信及自動化控制系統

恒壓注入調節裝置通過RS 485通信協議或無線網絡方式接收遠程設定值,比對流量計與設定值,輸出信號控制調節閥動作,快速達到設定值。當閥前和閥后壓力變化帶來流量波動時,智能控制器啟動,快速恢復設定值。

遠程通信及自動化控制系統可實現遠端設置,就地設置給定流量。通過控制系統,可查看主要部件狀態數據?？梢愿鶕笤O置控制參數,觀察整定曲線,實現恒流注水或恒壓注水狀態轉換。通過系統采集數據自動分析,可實現滲水率自動測試。遇不同地層,需要區別注水參數時,可實現分層注水設定。

3.5 防反吐功能

當注水泵出現問題或聯合站需要停泵時,由于地層壓力高于管線壓力,易出現反吐現象。雖然井口都裝有止回閥,但很多現場由于水垢、雜質等原因,止回閥安裝兩三個月后就會出現關閉不嚴的情況,造成止回閥失效。經試用現場調研,多數防反吐設備的執行效果并不理想,甚至有的防反吐設備上并沒有相應的執行軟件。為防止反吐情況發生,設計了防反吐功能,當地層壓力高于上游壓力時,萬能閥自動關閉。

恒壓注入調節裝置出現泵站停運,壓力急劇降低,注水裝置利用高壓井反吐水量仍能穩定注水量。當泵重新啟動,系統發生振蕩時,注水裝置仍可基本穩定注水量,注水量均值穩定為1 249.5 L/h。

4 應用情況

對恒壓注入調節裝置進行了各種工況下系統運行數據的統計,試驗表明,恒壓注入調節裝置對穩定注水系統壓力及流量效果明顯,遇到因環境因素導致的壓力流量波動時,系統能自動分析識別并通過計算調節執行機構,短時間內將參數穩定在設定值。

經實際檢測,實時注水量曲線較為穩定,設定值為1 250 L/h,實際曲線值為1 248.06 L/h。

現場運行情況如圖2所示。恒壓注入調節裝置運行時出現顆粒堵塞,注水量短期內出現波動,但在一個控制周期內,恒壓注入調節裝置完成流量調整,保證流量達到設定參數。

▲圖2 現場運行情況

在實際應用中,當井口出現壓力波動,波動幅度達到0.4～1.3 MPa,恒壓注入調節裝置自動調整系統,未引起大的流量波動,抗井下壓力波動性能較好。

5 結束語

恒壓注入調節裝置在注水作業中應用,能較好地監測、控制、調整不同工況導致的壓力和流量波動,能在堵塞、井口壓力波動、結冰等狀況出現時保持注水壓力流量穩定。

理論上,油田注水過程應保持注采平衡,理論注水量應和采出量一致。目前現場遇到增油問題或無法穩產的問題,多在油井上尋找原因。恒壓恒流技術應用后,可嘗試在水井上進行研究。實現精準注水之后,可以精確控制注水量,降低注水成本,協助油井增產,提高效益。

注水實現精準注水后,油井可提高效益,地層能量得到補充,油井泵效提高,產量增加。