油田注入站工藝適應(yīng)性分析

褚金金(大慶油田第六采油廠規(guī)劃設(shè)計研究所，黑龍江 大慶 163000)

1 油田注入系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀

目前，油田地面注入系統(tǒng)由1995年開始建設(shè)，主要采用“集中配制、分散注入”的總體工藝。配制站對注入母液進行集中配制后輸送至各個注入站，注入站母液來液經(jīng)存儲、增壓后與高壓水混配形成目的液，輸送至注入井口。站內(nèi)工藝可以分為三個工藝單元，分別為母液存儲單元、母液增壓工藝單元及混配閥組單元。油田已建的57座注入站中，處于聚驅(qū)階段的注入站28座，聚驅(qū)階段注入站站內(nèi)工藝情況。

2 注入站工藝單元適應(yīng)性

油田注入站普遍采用標(biāo)準(zhǔn)化模式進行建設(shè)，在注入站的三個工藝單元中，混配閥組部分的工藝近年來調(diào)整較小。母液存儲單元和母液增壓工藝單元隨著建設(shè)時間的不同而有所變化。

未來油田開發(fā)以聚驅(qū)開發(fā)方式為主，我廠的注入系統(tǒng)采用注聚區(qū)塊循環(huán)開發(fā)的開發(fā)模式，因此，已建的注入站經(jīng)常面臨上返、下返等利用已有注入井進行聚驅(qū)開發(fā)的情況，此時需要考慮對已建注入站的整體利舊和改造。近兩年聚驅(qū)開發(fā)中，均需要對現(xiàn)有的注入站進行利舊改造，因此對油田現(xiàn)有工藝進行分析，討論我廠注入站利舊時的工藝適應(yīng)性及改造思路。

2.1 母液存儲單元

2.1.1 工藝應(yīng)用現(xiàn)狀

注入站母液存儲單元在建設(shè)方式上，分為高架母液儲罐、母液儲箱、母液儲槽三種工藝，其功能是將對配制站輸送來的母液進行緩沖，三種工藝均采用玻璃鋼材質(zhì)，設(shè)計緩沖時間為1 h。

初期建設(shè)的注入站均采用母液儲罐工藝，母液儲罐布置于泵房外采用高架布置，支架高6 m，一般設(shè)置兩座，運1備1。2010年后，為減少注入站整體占地面積、降低投資、便于管理，注入站開始采用母液儲箱工藝，儲箱設(shè)置于泵房內(nèi)，將泵房一側(cè)加高，分兩層布置，儲箱底部高4 m，通過母液管匯為注聚泵提供母液。2016年后又調(diào)整為母液儲槽工藝，母液儲槽架設(shè)于注入泵上方，直接為每個注入泵供母液，省去注入泵前端的母液管匯。

2.1.2 母液存儲單元適應(yīng)性

現(xiàn)有的三種母液存儲工藝在未來注入系統(tǒng)調(diào)整改造均具有良好適應(yīng)性，其中，母液儲槽投資最低，但由于母液儲槽設(shè)置于注入泵正上方，儲槽底部高度為2.5 m，空間布局緊湊，當(dāng)注入泵保養(yǎng)或損壞時，維修空間不足，并且注入站以無人值守模式進行管理時，儲槽會對泵房內(nèi)攝像頭造成遮擋，形成視覺盲點，存在安全隱患，因此未來注入站主要改造思路如下：一是三種工藝在技術(shù)上均能滿足母液存儲、緩沖需求，且不易腐蝕，因此對于已建注入站改造，以利舊維修為主。二是對于新建注入站，主要采用母液儲槽工藝，為避免泵房內(nèi)攝像頭盲區(qū)，建議在機泵區(qū)增設(shè)攝像頭。

2.2 母液增壓單元

2.2.1 工藝應(yīng)用現(xiàn)狀

注入站母液增壓單元在應(yīng)用上，分為比例調(diào)節(jié)泵、單泵單井、一泵多井三種工藝。其中，有9座注入站應(yīng)用的比例調(diào)節(jié)泵工藝，目前該部分注入站均已進入后續(xù)水驅(qū)階段，且近年來不再應(yīng)用該工藝，因此只對單泵單井工藝及一泵多井工藝進行分析。單泵單井工藝是指有一臺注聚泵直接為一口單井提供高壓母液；一泵多井注入工藝為多臺注聚泵同時為站內(nèi)所有注入井提供高壓母液，采用該工藝時，需要在注入泵后增加高壓母液管匯及母液閥組。兩種工藝適應(yīng)性分析。

2.2.2 母液增壓單元適應(yīng)性

現(xiàn)有的兩種母液增壓工藝均能滿足實際注入需求，由于注聚采用的柱塞泵在進行變頻流量調(diào)節(jié)時，無法向上調(diào)節(jié)單井母液量，相對而言，一泵多井工藝流量調(diào)節(jié)靈活，且利舊改造工程量小，因此未來注入站改造思路如下：一是對于新建注入站，從生產(chǎn)管理角度出發(fā)，應(yīng)以一泵多井工藝為主。二是對于已建注入站的利舊改造，由于注入泵經(jīng)過一個注聚周期產(chǎn)生的磨損、供應(yīng)商調(diào)整后的設(shè)備維修、注入量調(diào)整等原因，注入泵在新一輪注聚周期中均難以利舊，但是一泵多井注入工藝中可以對高壓管匯及母液閥組部分進行利舊，因此在改造注入站時，一泵多井注入站改造投資低，改造難度小。

2.3 混配閥組單元

2.3.1 工藝應(yīng)用現(xiàn)狀

混配閥組單元主要包含：母液流量計、母液流量調(diào)節(jié)器、高壓水流量計、高壓水閥門等裝置，其功能是將注入泵出口母液經(jīng)計量后與高壓來水在靜態(tài)混合器中充分混合，再輸送至注入井口。在一泵多井注入工藝中，混配閥組中的母液計量調(diào)節(jié)部分被拆分出來作為母液閥組單獨布置[1]。

目前應(yīng)用中主要存在如下問題：

一是泵房內(nèi)單井注入管道出站時埋地鋪設(shè)。由于聚合物目的液普遍采用污水稀釋，因此管道內(nèi)腐蝕嚴(yán)重，穿孔高發(fā)；根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，腐蝕穿孔情況主要集中于高壓來水及目的液注入管道，分析原因：(1)我廠注聚系統(tǒng)采用“清配污稀”，混配時所用污水中懸浮物、雜質(zhì)、微生物含量均比較高，加劇管道腐蝕情況。(2)站內(nèi)母液管道均為白鋼材質(zhì)，而目的液管道采用無縫鋼管，管道耐腐蝕性有所不同。

從安全角度，埋地管道穿孔時不易發(fā)現(xiàn)，高壓水刺穿房屋基礎(chǔ)，易使墻體倒塌，存在安全隱患。從生產(chǎn)角度，由于泵房內(nèi)無法使用大型機械，管道穿孔時開挖工程量大，場地狹窄，施工困難。

二是混配閥組利舊難度大。2020年北西塊一區(qū)產(chǎn)能建設(shè)中，為節(jié)約建設(shè)投資，對注入站混配閥組進行利舊，由于混配閥組的母液管段采用不銹鋼管，而污水段及目的液管段采用無縫鋼管，經(jīng)過一個注聚周期后，無縫鋼管部分存在不同程度的腐蝕情況，利舊難度大。

2.3.2 混配閥組單元適應(yīng)性分析

為滿足混配閥組的利舊需求，延長閥組使用年限，建議對混配閥組進行如下調(diào)整：一是對于閥組出站管線，將地下出線改造為地面出線，泵房內(nèi)安裝鋼制巡檢平臺，避免埋地高壓管道穿孔難以發(fā)現(xiàn)的安全隱患；二是建議混配閥組整體采用不銹鋼材質(zhì)，注入站改造時，便于對注入閥組進行整體利舊，利舊靜態(tài)混合器，更換儀表、閥門等易損部位，從而降低改造投資。

2.4 站外系統(tǒng)

2.4.1 工藝應(yīng)用現(xiàn)狀

油田聚驅(qū)系統(tǒng)規(guī)模逐年擴大，未來注入系統(tǒng)建設(shè)以上、下返為主，改造時新建注入井，為了避免重復(fù)建站，設(shè)計時利舊已建注入站，新建配水間。將新建注聚井放置于注入站，已建后續(xù)水驅(qū)老井遷至新建配水間，導(dǎo)致注入站轄井?dāng)?shù)越來越多，規(guī)模越來越大，部分注入站轄井?dāng)?shù)從最初20口增加到的117口，注入站出站單井管道數(shù)量多，布置密集，交叉嚴(yán)重。

以喇南中塊區(qū)域喇2-1、2-2、2-3注入站為例，3座注入站轄南中東后續(xù)水驅(qū)注入井60口，南中東一區(qū)后續(xù)水驅(qū)井145口，2019年產(chǎn)能南中東一區(qū)二套共新建注入井140口，每座注入站均轄井110口以上。由于單井注入管道內(nèi)腐蝕嚴(yán)重，投產(chǎn)5年即進入穿孔高發(fā)期，若穿孔位置管道密集，一是無法使用大型器械，只能人工開挖，施工進度慢，浪費人力。二是難以排查穿孔位置，補孔難度大。因此對注入站站外管道，應(yīng)盡量降低管道密度，減少管道交叉。

2.4.2 工藝適應(yīng)性分析

為量化站外管道的分布情況，引入管道分布密度和管道交叉率的概念：管道分布密度：單位面積上的管道長度，表征管道分布的疏密程度(m/m2)；管道交叉率：單位面積上的管道交叉數(shù)量，表征管道間的交叉程度(處/m2)；統(tǒng)計管道交叉時，認為同一閥組間出站管道不存在交叉，將單井管道近似為直管段，可知在每條管道起點、終點都一定的情況下，固定數(shù)量的單井管道，管道交叉數(shù)量恒定。 對于注入站站外管道交叉嚴(yán)重的情況，分析注入站100 m范圍內(nèi)管道分布密度及管道交叉率，確定注入站建設(shè)及改造思路。以喇2-1注入站為例，按照常規(guī)布局，管道站外交叉共計1 256次，根據(jù)站外100 m內(nèi)管道分布與注入站距離關(guān)系曲線，可知隨著距離增加，管道分布密度與管道交叉率均呈下降趨勢。

為降低注入站周圍管道分布密度，提出以下兩種思路：

思路一：出站單井管道預(yù)留直管段。 由于注入站周圍管道分布密度最高，單井管道出站后，預(yù)留30 m直管段，降低注入站周圍管道分布密度、交叉率。

思路二：異地新建配水間。將注入泵房與配水間分開布置，注入站50 m外新建配水間，降低泵房周圍管線密度，從而減少管線交叉。喇2-1注入站配水間與泵房分開布置后，管道交叉次數(shù)下降至883次，降低了29.7% 。

針對兩種不同布局思路，分別模擬兩種情況下注入泵房周圍100 m內(nèi)的管道長度、管道分布密度及管道交叉率，并與常規(guī)布局方式對比。針對兩種不同布局思路，分別模擬兩種情況下注入泵房周圍100 m內(nèi)的管道長度、管道分布密度及管道交叉率，并與常規(guī)布局方式對比?？梢钥闯?，異地新建配水間后，由于管線出間方式更為靈活，可以根據(jù)現(xiàn)場情況進行設(shè)計為兩側(cè)出線，從而能夠有效降低管道交叉率和管道密度。因此，依托已建聚驅(qū)注水管網(wǎng)，結(jié)合注入站無人值守管理模式，為便于生產(chǎn)管理，注入站可采用小站分散布局，一是可以減少站外管道交叉，二是通過小規(guī)模站庫合理選址，可以減少單井注入管道長度。后續(xù)可根據(jù)站庫建設(shè)投資、站外管道長度、管道交叉情況進行分析，摸索注入站的合理轄井?dāng)?shù)、轄井半徑及分布模式。

3 結(jié)語

一是對于母液存儲單元，改造注入站時以利舊為主，新建注入站采用母液儲槽工藝，并在機泵區(qū)域增設(shè)攝像頭，避免監(jiān)控盲區(qū)。二是對于母液增壓單元，一泵多井工藝新建及改造投資均低于單泵單井工藝，因此未來注入站主要采用一泵多井注入模式。三是對于單井注入閥組，由于無縫鋼管部分容易發(fā)生腐蝕穿孔，將注入閥組整體采用不銹鋼材質(zhì)，既能消除安全隱患，又便于生產(chǎn)維護。四是對于注入站管道交叉嚴(yán)重的問題，建議新建注入井時，地面開發(fā)以異地新建注入站或后續(xù)水驅(qū)配水間為主要思路，避免單站轄井過多造成的管理，降低閥組間周圍管道密度，減少管道交叉，便于后續(xù)管道的維護。