單井注水管道清洗工藝優(yōu)化

張紹鵬 石彥 李東 唐建 賈鵬暉 易敏

1中國(guó)石油新疆油田分公司準(zhǔn)東采油廠

2渤海鉆探工程有限公司井下作業(yè)分公司鉆修工程作業(yè)部

3中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠第三凈化廠

注水驅(qū)油技術(shù)是油田開發(fā)中后期的重要采油手段[1]，低滲透油田注水開發(fā)中的結(jié)垢對(duì)儲(chǔ)層傷害嚴(yán)重[2]。注入水中含有各種鹽類、雜質(zhì)、細(xì)菌等，管道長(zhǎng)期運(yùn)行容易結(jié)垢，需要定期進(jìn)行清洗除垢[3]，確保油田正常注水。由于單井注水管道清洗流程存在工藝缺陷[4]，在施工過程中，需要進(jìn)行人工開挖、動(dòng)火割焊等作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大、施工周期長(zhǎng)、安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)高，亟需對(duì)管道清洗工藝流程進(jìn)行優(yōu)化改造。

1 清洗現(xiàn)狀

1.1 清洗技術(shù)及原理

油田單井注水管道常用的清洗技術(shù)主要有3種：機(jī)械清洗、射流清洗和化學(xué)清洗[5]，在此采用空穴射流技術(shù)對(duì)單井注水管道進(jìn)行清洗。該方法操作簡(jiǎn)單，可通過增大水射流的壓力和速度去除難溶垢，提高清洗質(zhì)量[6]?？昭ㄐ?yīng)原理為：通常情況下，液體內(nèi)部含有大量微氣核，在清管器高速推進(jìn)過程中，這些微氣核不斷增大形成大氣泡；大氣泡隨著高壓水的流動(dòng)過程中，不斷收縮并發(fā)生爆炸，形成強(qiáng)裂的聲波[7]、振動(dòng)和瞬時(shí)的高溫，其對(duì)周圍物質(zhì)施加壓力和溶解熱，產(chǎn)生空化現(xiàn)象[8]，對(duì)管壁上的污垢產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊力[9]，足以使管道表面污物造成破壞脫落，單井注水管道清洗效果得到顯著提高。

1.2 清洗工藝流程

在計(jì)量配水間外單井注水管道立桿發(fā)球裝置內(nèi)發(fā)出射流清管器，用泵車將清水泵出，高速推動(dòng)清管器，使其在管道內(nèi)產(chǎn)生空穴效應(yīng)。同時(shí)在注水單井井口安裝收球裝置，在射流清管器到達(dá)裝置內(nèi)后，將其回收，洗后污水由罐車?yán)\(yùn)至污水處理站進(jìn)行凈化處理。注水管道清洗工藝流程如圖1所示。

圖1 單井注水管道清洗流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of single well water injection pipeline cleaning process

2 存在的問題

單井注水管道清洗施工過程主要包括：人員、設(shè)備、車輛、材料到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)；人工在井口挖開少量土方，鋪設(shè)防滲塑料薄膜，以防施工過程中油水跑冒，污染環(huán)境；人工在配水間外注水單井立管處挖開一定土方量，露出地面以下立管管段，方便后續(xù)施工；在井口及配水間外注水單井立管處進(jìn)行割焊，分別安裝收、發(fā)球裝置；清洗施工時(shí)，先用清水對(duì)單井注水管道進(jìn)行清洗，再用高壓清水推動(dòng)清管器進(jìn)行管道清洗；管道清洗結(jié)束后，恢復(fù)正常注水流程，管溝進(jìn)行人工回填，恢復(fù)地貌。綜上所述，工藝優(yōu)化前，單井管道清洗施工主要存在兩個(gè)問題：一是單井施工過程存在管溝開挖與回填、管道動(dòng)火及恢復(fù)等高耗時(shí)、高耗力、高風(fēng)險(xiǎn)工序，勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)高；二是由于存在高耗時(shí)工序，造成施工周期長(zhǎng)，平均施工時(shí)間為7.7 h，嚴(yán)重影響油田正常注水。15 口井的清洗工序及施工用時(shí)情況見表1。

表1 單井注水管道清洗工序及工期統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of single-well water injection pipeline cleaning process and construction period

3 工藝缺陷

3.1 收發(fā)球裝置安裝位置不恰當(dāng)

收球裝置安裝在注水井井口下部管段處，由于該管段上部是豎直單流閥，單井注水管道清洗施工前，需要將下部豎直管段割開，預(yù)留出收球裝置安裝位置；發(fā)球裝置安裝在配水間外注水單井立管地面以下管段，在單井注水管道清洗施工前，需要人工進(jìn)行土方開挖，以便露出地面以下管段，并將下部豎直管段割開，預(yù)留出發(fā)球裝置安裝位置。由此可見，由于收發(fā)球裝置安裝位置不恰當(dāng)，在安裝收發(fā)球裝置前，需要進(jìn)行土方開挖作業(yè)及割管作業(yè)，造成施工周期長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

3.2 收發(fā)球裝置連接方式不適用

由于收發(fā)球裝置安裝部位兩端均為割開的管道斷面，在安裝收發(fā)球裝置時(shí)需采用焊接方式進(jìn)行連接。焊接施工屬高耗時(shí)、高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)，施工周期長(zhǎng)，安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)高。

通過對(duì)單井注水管道清洗各工序用時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)排序，兩端管道開挖和兩端管道動(dòng)火連接的時(shí)間累計(jì)為4.8 h，在整個(gè)施工工期中，占比62%。各工序用時(shí)及占比見圖2。

圖2 注水井清洗管道施工工序用時(shí)及占比Fig.2 Construction process time and proportion of water injection well cleaning pipeline

4 工藝優(yōu)化

4.1 站區(qū)洗井流程工藝優(yōu)化

（1）將發(fā)球位置由配水間外地面以下單井立管管段改至配水間內(nèi)地面以上單井注水豎直管段，發(fā)球裝置連接位置由地下變?yōu)榈厣?。安裝發(fā)球裝置時(shí)，無需進(jìn)行管道的開挖及管溝的回填工作。

（2）利用配水間內(nèi)單井注水地面以上豎直管段原有的一組法蘭，在該管段下部再增加一組法蘭，發(fā)球裝置連接方式由焊接方式改為法蘭連接方式。單井注水管道進(jìn)行清洗施工時(shí)只需拆裝法蘭即可。工藝優(yōu)化前后流程示意圖見圖3、圖4。

圖3 改造前站區(qū)洗井流程示意圖Fig.3 Schematic diagram of well washing process in station area before transformation

圖4 改造后站區(qū)洗井流程示意圖Fig.4 Schematic diagram of well washing process in station area after transformation

4.2 井口洗井流程工藝優(yōu)化

原流程中，井口單流閥在豎直管段頂部，收球位置在井口單流閥下部豎直管段；優(yōu)化后，單流閥連接在水平管段，原單流閥處改為絲堵，方便收球，收球裝置連接方式由焊接變?yōu)榻z扣連接，收球裝置連接位置由井口豎直管段下部變?yōu)樨Q直管段上部，清洗管道收球時(shí)只需卸下絲堵即可。工藝優(yōu)化前后流程示意圖見圖5、圖6。

圖5 改造前井口洗井流程示意圖Fig.5 Schematic diagram of wellhead washing process before transformation

圖6 改造后井口洗井流程示意圖Fig.4 Schematic diagram of wellhead washing process after transformation

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)

工藝優(yōu)化方案制定后兩個(gè)月內(nèi)，先后對(duì)9 口注水井行了單井注水管道的工藝改造并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)，效果明顯。

注水管道清洗平均施工周期為1.85 h，與優(yōu)化前的7.7 h 相比，工期縮短5.85 h，提高了施工效率，增加了有效注水時(shí)間。

管道清洗減少了管溝開挖與回填、管道動(dòng)火及恢復(fù)等耗時(shí)、耗力工序，勞動(dòng)強(qiáng)度顯著降低，安全環(huán)保水平得以提升。同時(shí)，節(jié)約了施工成本，提高了綜合效益[10]。單井注水管道清洗工序及施工時(shí)間見表2。

表2 單井注水管道清洗工序及工期統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistics of single-well water injection pipeline cleaning process and construction period

6 結(jié)束語(yǔ)

單井注水管道洗井工藝流程優(yōu)化改造后，收發(fā)球裝置安裝位置選擇適當(dāng)，連接方式由焊接方式變?yōu)榻z扣及法蘭連接方式，施工減少了管溝開挖與回填、管道動(dòng)火及恢復(fù)等高耗時(shí)、高耗力、高費(fèi)用、高風(fēng)險(xiǎn)等“四高”工序，勞動(dòng)強(qiáng)度顯著降低，安全環(huán)保水平得以提升。本次工藝流程優(yōu)化建立在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，對(duì)各類管道清洗施工具有一定的借鑒意義。