三元復合驅撬裝桿管除垢現場清洗裝置應用研究

2023-11-02 08:14:38谷小鳳于海濤張春生王宏偉李慶國單玉昌

石油化工建設 2023年5期

谷小鳳于海濤張春生王宏偉李慶國單玉昌

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，油田三次采油系統結垢現象嚴重，抽油井桿管結垢問題成為影響油田生產的重要難題之一。近年來，高壓水射流清洗雖已成為油田常用的一項清洗技術，但針對井管現場清洗的環保要求，目前尚無一套切實有效的環保清洗方法。隨著科學技術的發展及綠色環保國策的實施，有必要開展撬裝井管現場清洗技術研究，針對性地采取環保清垢措施，最大化減少井管柱結垢對油田生產造成的損失。

1 桿管清洗的重要性

1.1 油井桿管結垢的普遍性

油井在開發過程中，采出的油中含水量較高，且水相中含有大量無機鹽。當井下溫度和壓力達到一定條件時，無機鹽不斷沉積吸附在桿壁（見圖2）和管壁（見圖1）上，形成鹽垢并夾雜著原油、蠟、膠質等有機物質，最終成為難以溶解的混合垢質。再加上油井出砂情況嚴重，這些砂粒就成為蠟及垢質集結的載體，進一步形成了更難溶解的垢質混合物。這些結垢嚴重影響了管線和設備效率，降低了產量，甚至造成堵塞，發生事故，帶來巨大的經濟損失。

圖1 油管結垢情況

圖2 抽油桿結垢情況

1.2 油井桿管結垢的危害性

油井采油過程中產生的特殊垢質在桿壁和管內沉積，減少了水流的截面積，增加了水流阻力和動力消耗，極大降低油田生產能力。如果長時間不予處理，垢質越結越多，會造成桿管斷落、管漏、泵漏，以及井下作業設備失效等事故，致使油井免修期縮短、修井費用增加，造成巨大的經濟損失，嚴重影響了油田產能建設。

2 現有清洗方法的對比

2.1 傳統清洗方式方法存在的問題

傳統的清洗方法是運輸到管廠進行化學清洗，如“酸化法”、“堿洗”等。不僅要使用危險的化學原料，而且作業時間長，對桿管基體造成一定腐蝕。另一方面，清洗廢水排放難以達標，不易處理，造成環境污染，同時增加了桿管的運輸環節及人力、財力、物力支出。

綜上，傳統清洗存在問題：

（1）運輸過程耗費大量人力、物力、財力；

（2）中間環節冗長，耗時過長，限制了效率的提升；

（3）化學清洗效果差、成本高，易造成二次污染。

2.2 撬裝現場多功能清洗裝置

目前采用的清洗方法已跟不上油田公司實施的低成本戰略，且用于清洗除垢的費用驚人。為了解決油田桿管的結垢問題，本著清洗速度快、效果好、節約成本、延長桿管使用壽命的基本方針，研制開發了“撬裝現場多功能清洗裝置”。

撬裝現場多功能清洗裝置具有以下優勢：

(1）高壓水射流綠色環保清洗；

(2）現場清洗一體高效同步完成；

(3）清洗不出站，精簡操作流程；

(4）節能環保、清洗高效、省時省工。

3 多功能清洗裝置設計理念及作業原理

3.1 設計理念

清洗一體撬裝置屬于自動化裝置，是一種新型的清洗設備組裝形式。地面撬裝結構致密，在撬座上安裝了高壓水射流自動清洗機、氣泵空壓機、石墨烯溫控系統、進出管系統、污水回收系統等模塊，形成一個可閉環控制的一站式整體清洗設備。其總圖布置和設備布局緊湊,占地面積較小，具有現場安裝工作量小、便于流動、環保高效等優點。同時，設備具有抵御環境影響的能力，工作穩定可靠。

3.2 工作原理

3.2.1 進出管系統

撬裝現場多功能清洗裝置進出管系統如圖3 所示。清洗工作進行時，通過進出管系統實現抽油桿和油管自動進入撬裝內部清洗線。自動進出管系統由氣泵空壓機、閥門、進管平臺裝置、開關信號、對齊裝置、提升裝置、出管平臺裝置、傳輸設備和輔助設備組成，從電氣控制角度，按照傳輸工藝實現自動傳輸。將待清洗的桿管直接傳卸在進管平臺上，通過平臺的傳輸，使桿管橫向滾入撬體內的清洗線（見圖4）。清洗后通過氣泵空壓機帶動提升裝置，將桿管提升到出管平臺上，再將清洗干凈后的桿管推出撬體外。整個流程提高了進出效率、降低了人工成本、實現了設備的可靠運行。

圖3 進出管系統結構圖

圖4 進出管系統局部實物圖

3.2.2 清洗系統

撬裝現場多功能清洗裝置自動清洗系統由抽油桿清洗模塊和油管清洗模塊構成。所有模塊由高壓水射清洗機、卷管機、滑軌、感應器、信息接收器、驅動輪等組成。該射流清洗技術是利用高壓泵打出高壓水經管道到達噴嘴，噴嘴的作用是把高壓低流速的水轉換成高流速的射流，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生強大的壓強使其粉碎。當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。因為噴射流在撞沖過程中可擊中一個孔，并在垢層表面下邊形成一個內壓使上部垢層裂開。在噴射過程中，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。清洗后的污水進入污水池循環使用，在清洗工作完成后進行專業回收，可以有效地處理含油廢水。整個清洗過程高效、節能、環保，設備占地面積小，全自動化的工作流程又減少了人力和物力。

該設備清洗特性：

(1）工作介質是水，成本低，對被清洗物不腐蝕，而且循環使用，節水節能；

(2）選擇合理的壓力參數，高壓水射流清洗不會造成物體損傷；

(3）能夠實現對有毒、有放射性、易燃、易爆或特殊條件下安全清洗，還能夠實現其他方法難以實現的清洗；

(4）由于是純物理清洗技術，對管道無損傷，對環境無污染；

(5）自動化清洗，行走一次即清洗一次，提高了工作效率，節省人力，降低勞動強度和生產成本。

3.2.3 污水回收系統

撬裝現場多功能清洗裝置污水回收系統由污水回收槽、泄壓擋板、防噴濺遮擋布、過濾網、沉淀濾水箱、排水口等構成。蓄水池上方設置有用于供高壓水射流清洗機使用的抽水裝置，在清洗車清洗的過程中泄壓擋板和防噴濺遮擋布將污水通過污水回收槽流落到沉淀濾水箱內，在污水池過濾網過濾后實現水資源循環使用。上述裝置具有節約水資源和提高水資源利用率的優點，更有利于清洗工作完成后的污水回收，實現環保無污染。

4 多功能清洗裝置現場應用

撬裝現場多功能清洗裝置清洗分布圖見圖5，清洗設備車停放在井口作業設備的對面，中間應是起出的管柱管排。

圖5 撬裝現場多功能清洗裝置布置圖

撬裝現場多功能清洗裝置清洗工藝流程見圖6。

圖6 撬裝現場多功能清洗裝置現場工藝流程圖

4.1 抽油桿清洗

(1）運輸車將清洗裝置運輸至待清洗區域，通過吊車將其置于平整場地上；接通電源及水源后開啟閘刀門，并將工件放置于外部支架上，盡量使工件與進/ 出口中心對齊。

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

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

(4）卡爪退回初始位置，內部氣缸回落，使工件落于滾輪組中心位置；左側導軌帶動電機和卡盤前進，使工件一端進入卡盤，另一端與擋板接觸；隨后卡盤夾緊工件并帶動工件旋轉，開始清洗。外部頂升氣缸、閘刀門及外壁均隱藏。

(5）待清洗完成后，卡盤保持夾緊狀態，待左側導軌帶動卡盤與工件退回一定距離后，卡盤松開卡爪并退回初始位置；內部頂升氣缸帶動內部支架升起，將工件托升一定高度，同時卡爪伸出夾持工件。

(6）待卡爪夾持住工件后，內部頂升氣缸回落，卡爪繼續向外伸出，送出工件；此時卡爪伸出的長度略長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；隨后卡爪恢復初始位置；待下根工件開始清洗，重復進行清洗動作。

(7）所有工件清洗完成后，閘刀門回落，處理內部集污池污水；切斷電源水源后，運送至下一場地。

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域（見圖7）。其清洗步驟與抽油桿清洗不同之處在于步驟(4)，擋板開有圓孔，孔尺寸與管內圓相等切同心。卡盤將工件推送至另一端與擋板接觸后，噴頭由擋板圓孔進入工件內側，利用反作用力使噴頭沿軸向運動進行清洗；清洗完成后，噴頭由卷管器帶動，離開工件，卡盤再進行移動。其他步驟均與抽油桿清洗相同。