武云龍 大慶油田采油五廠
三元復合驅技術(ASP)產生于上世紀80年代,是指將堿劑(A)、表面活性劑(S)、聚合物P)按一定的比例混合后注入地層,擴大波及體積以達到提高采收率的目的。三元復合驅技術充分提高了各種化學劑效率,并大幅度降低了化學劑尤其是表面活性劑的用量。
大慶油田于1993年和1994年分別在中區(qū)西部和杏五區(qū)中塊開展了三元復合驅先導性礦場試驗,以確定三元復合驅的技術效果。
礦場試驗結果表明,三元復合驅可以大幅度提高原油采收率,但同時注采系統(tǒng)及地層近井地帶結垢現(xiàn)象也非常嚴重,地面管線堵塞及近井地帶的結垢影響了三元復合驅的推廣應用。從現(xiàn)場生產情況來看,配注系統(tǒng)、集輸系統(tǒng)、加熱爐不同程度地出現(xiàn)結垢現(xiàn)象,嚴重影響了油田的正常生產。
(1)配注系統(tǒng)結垢較嚴重,清垢工作量較大。注入設備故障率較高,生產維護成本增加。雖可采取增加一些關鍵設備的備用數(shù)量來解決問題,但這樣既增大了工程投資,還會增加運行操作成本。
(2)管線結垢嚴重,致使單井回壓升高,沖洗周期縮短,影響正常產量。如果管線堵塞嚴重,隨之產生的管線維護、更換等相關費用則更加巨大。
(3)加熱爐內部結垢相對較輕。主要問題在于爐內淤積量較大,清淤周期比水驅縮短了1/3,因此應建立完善的清淤制度,保證正常生產。
通過對管線垢樣分析可以得出,垢主要是由CaCO3和SiO2沉積而成。
由垢的組成分析,三元復合驅結垢的根本原因是堿(NaOH、Na2CO3)進入儲層,對地層內的巖石和黏土等礦物發(fā)生溶蝕和離子交換作用,驅替液在注入井到采出井之間的遷移過程中逐漸被多價陽離子、硅酸根離子和偏鋁酸根離子所飽和。這些無機離子隨著采出液集輸、處理過程中壓力、溫度的變化,析出碳酸鹽、硅鋁酸鹽和非晶質SiO2等固體顆粒,產生了嚴重的結垢現(xiàn)象。
目前油田所用的除防垢技術較為多樣化,主要分為化學方法和物理方法。各類方法的技術日趨先進和成熟,在實際生產應用中,由于采出液及生產工況不同,應用效果各有利弊。
針對油田的條件和結垢類型,自20世紀30年代以來,除防垢劑經歷了從無機物到有機物,從小分子到高分子聚合物的發(fā)展歷程?;瘜W除防垢技術可以應用到結垢生成的各個層面,對結垢部位也沒用太多的限制,目前已經發(fā)展成為一種相對有效的防垢技術。油田常用的化學除垢技術主要是酸洗方法除垢。
化學除防垢劑效果最為顯著,此方法受工藝流程限制較小,可對各類復雜的管段進行清洗。該方法在實際應用中存在一定的局限性:藥劑費用較高,會對措施管線、設施以及油層造成一定的污染。所以,有針對性地開展室內化學藥劑篩選是非常必要的。
(1)空化防垢。目前油田常用的物理防垢技術
主要是使用空化防垢裝置。其原理是:液體進入空化裝置時,由于過水斷面變小使流速瞬間急劇增加,產生高壓變負壓過程。當流體局部壓力低于飽和蒸汽壓時,液體開始汽化,并在流體中產生許多微小的氣泡,這一現(xiàn)象稱為空化效應。在地面系統(tǒng)的注入端、采出端安裝了空化防垢裝置,形成了封閉循環(huán)防垢系統(tǒng),如圖1所示。2009年,某三元站應用空化防垢裝置,運行一年沒有出現(xiàn)大規(guī)模的結垢現(xiàn)象,從拆卸下來的管線看,管壁內無垢或僅有少部分淺黃色的垢質。但運行兩年后,安裝該裝置的12口井開始出現(xiàn)回壓升高,回油溫度降低現(xiàn)象。空化裝置拆卸后,對管線切割,發(fā)現(xiàn)有大量松軟泥沙。由于泥沙堵塞空化裝置,使其失去防垢作用。
圖1 空化防垢裝置原理
(2)高壓射流。高壓射流是指通過高壓泵或增壓器將普通壓力的水轉化為高壓水,高壓水通過高壓噴嘴將高壓低流速的水轉化成低壓高流速的射流,高壓水射流作用在物體表面,破壞物體表面結垢狀態(tài),從而達到清污的效果。此方法是油田使用最為普遍的除垢技術之一。
(3)空穴射流除垢??昭ㄉ淞骷夹g是運用流體力學中的“空穴效應”原理,通過清洗器,在壓力水流作用下,引導水流在管線中形成連續(xù)移動的低壓區(qū),由此產生的微氣泡迅速被壓縮至崩裂,瞬時射出強力的微射流,從而清洗污垢。2012年,某轉油站管道利用空穴射流處理后,單井回壓平均下降0.15MPa,站間摻水壓差由0.5 MPa下降到0.1 MPa,清洗后的效果較好,可以滿足生產需求。該技術施工簡便,除垢時間短且徹底,只要管線不被淤積物堵死,就可對管線進行除垢。缺點是只能對無支線的管線進行除垢,如單井管線、站間干線;計量間及站內工藝管線由于流程復雜而無法實施空穴射流除垢。
(1)化學防垢劑在油田應用的過程中效果最為顯著。由于計量間和脫水站內工藝管線規(guī)格、走向復雜,常規(guī)清淤除垢技術無法實施,建議采用化學清洗的方法。
(2)物理防垢技術具有成本低廉、操作簡便、對環(huán)境污染小等優(yōu)點,缺點是效果不明顯,作用周期長,作用距離短,不能有效根治結垢問題,適合作為輔助的除防垢方式。
(3)由于油田水質多樣,僅靠單一的手段難以達到除防垢要求,多種技術共同使用,發(fā)揮各自的優(yōu)勢,協(xié)同作用是未來油田防垢的發(fā)展趨勢。