1、分层注水管柱空气喷砂除垢技术1分层注水管柱空气喷砂除垢技术一 分层注水管柱空气喷砂除垢技术可行性分析1.1 不动管柱除垢技术现状大庆油田分层注水井结垢现象较为普遍，90 年代初开始进行不动管柱除垢试验，主要是化学除垢技术。不同的施工单位采用不同化学配方，采油六厂试验 5 口井，但因溶垢性差，形成的垢屑沉积到井底，无法反排，试验失败。而成功的化学除垢技术也要求所清洗的注水井具有可洗井功能，但是产生的垢屑量太多时，同样产生沉积堵塞，因此化学除垢在分层注水管柱除垢方面没有前景可言。在机械刮削除垢方面，有文章论述过可洗井反冲洗刮削器的研究，但是不能解决射孔井段内部结垢问题，最后只能是停留在了纸面上。吉
2、林油田试验并应用了通井机（连续空心杆）驱动刮削器的方法，但对于砂埋和配水器偏孔砂埋井处理不是很好，未见应用效果很好的资料。1.2 空气喷砂用于管柱除垢的基本原理。空气喷砂用于管件的除锈、除垢在地面工程施工中属常规技术，但是用于充满水的注水井管柱中，存在一个关键性问题，即砂与垢屑的反排问题，因此设计了气体携砂，横向喷射，泡沫反排的方法。在注水井管柱中，停注状态下管柱内充满水，并因地层压力的存在，或多或少地向地面吐水。如果砂颗通过水再作用于管柱的垢层上，一部分能量被水吸收，减少了砂的冲量，同时随着深度的增加，静水柱压力增加，喷射阻力增大，冲量损失越大，冲击破垢效果差，能量损耗大。如果在喷砂前使管柱
3、中的液体变成泡沫状态或混气水状态，可以大大降低静水柱压力，提高喷砂效果。又由于泡沫液具有很强悬浮能力，能够快速地将砂和垢质反排出井口。图 1.2-1。 1.3 技术关键及解决方法。1.3.1 加砂方法及加砂量的控制。现有的空气喷砂技术砂是由吸砂管利用喷射器产生负压吸入的，这一方法是该技术试验的第一方法。但是随着高压管的加长，管内回压必然上升，当这一回压过高时，可能影响吸砂或不吸砂。因此设计的第二套方案是密闭加砂（见附录） ，但这种方法与吸砂相比，加砂和砂量控制上要难。如果空气吸砂试验成功，只要改变上砂槽的漏砂量，即可控制井下喷头的的喷砂量。1.3.2 空气高压管的选择及下井方式通过试验确定出最
4、优喷砂压力后，可以考虑设计高分子材料的连续空心杆，用绞盘盘起，用绞车控制起下速度。在没有绞盘的条件下，可以用高压水射流用的高压管，但成本较高，优点是不用设计绞盘车，用吊车即可分段起下，用拖车折叠盘管。 1.3.3 发泡方式及发泡量的控制。发泡的基本原理是发泡剂溶于水后并进行搅拌，同时有足够的空气气源。而该技术的发泡剂选用的是固体粉末（洗衣粉） ，从喷头喷出后，与井筒中水接触溶解，在喷头喷2出的气体搅动下，形成泡沫，由井口喷出。在砂中加入一定量的粉质可以提高砂的喷射能量，减少损耗，因此发泡剂的加入采用与砂混合的方式，发泡粉量按要求为砂的 1215%，通过试验可以选择最佳用量。1.4 空气喷砂除垢
5、的先进性。在地面进行空气喷砂存在粉尘多，噪音大等缺点，但是用于井下管柱中砂喷后与水混合，以泡沫形式反排出，不形成粉尘，因此，该技术具有环保性。该技术实施过程中要求高压管在 0.05m/s 左右的速度下入，单井施工工时 68 小时，施工占井时间短，具有快速的特点。空气喷砂除垢试验完成后，只用一台压风机（空气压缩机） ，和一台绞车（或吊车） ，一辆拖车，施工设备简单。反排的砂质经处理后可以重复利用，因此具有经济的特点。二 分层注水管柱空气喷砂除垢技术设计方案2.1 设备及原料2.1.1 设备及零部件2.1.1.1 机动设备压风机（空气压缩机） ，额定工作压力 20MPa，出口连接方式为 2” 油壬
6、。吊车，额定起重载荷 8 吨，起重臂最小伸长 10m。拖车，最小承载重量 5 吨。2.1.1.2 管类及连接件高压管，承压 20Mpa，长度 1200m，最大外径 40mm，最小通径 8mm。高压管短接，最大外径 25mm，最小通径 8mm，长度 30mm。变径接头，连接压风机与高压管。吸砂管，承压 1Mpa，通径 8mm，连吸砂喷射器与上砂槽。2.1.1.3 其它上砂槽，容积 1m3。收砂槽，容积 1 m3。球阀，承压 20Mpa，通径 820mm。抽油杆吊卡。收砂弯头，2 7/8”油管弯头放空管封井器喷头吸砂喷射器2.1.2 磨料及发泡剂磨料，铸钢丸，粒度 0.60.8mm，3 m 3发泡
7、剂（洗衣粉） ，粒度100，0.3 m 32.2 喷头的设计结构示意图见附图 2.2-1，由喷嘴，喷砂腔，滤砂管，冲砂管组成。滤砂管的作用是3只让空气和发泡剂粉通过，砂粒不能通过；冲砂管的作用是使喷嘴前部先形成泡沫区域，如果井下有砂埋或垢堵，冲砂管可以剌入砂柱，进行破砂冲砂。2.3 吸砂喷射器和封井器的设计吸砂喷射器可采用一般空气喷砂所用的负压吸砂喷射器，结构示意图见附图 2.3-1。封井器结构示意图见附图 2.3-2。2.4 上砂槽和收砂槽的设计上砂槽示意图见图 2.4-1，收砂槽示意图见图 2.4-2。2.5 连接方式及下管方式高压管的连接采用长度为 30mm 的连管短接，1200m 管折
8、叠盘于拖车上，每根管长10m，下管时，如图 2.5-1 或 2.5-2 所示吊车吊勾换成抽油杆吊卡，先将喷头通过封井器，吊卡卡住连管短接，将下段吊起，依靠重力及喷射反作用力按 00.5m/s 速度下管。2.6 砂的回收及处理出口喷出物中有大量的砂粒、垢屑、泡沫液。其中通过筛网滤掉过细的砂粒和垢屑，余下的砂和垢屑放入收砂槽中，干燥后进一步分离。从管柱中剥离下来的垢屑呈现软质性，硬度低，易于破碎，经过风化，逐渐变硬，硬度提高310 倍。垢在形成过程中具有层状结构，破碎后仍然具有一定的层理，同时带有一定的棱角。由于不同井的垢硬度不一样，有的井被除下的垢可能几乎变成粉末，而有的井则存有一定数量的垢块。
9、使用过的砂中存在的垢屑不易被分离出来，但是风化后的垢屑同样具有一定的硬度，因此，使用后的砂再利用时，风化垢屑同样可以破除管璧上的垢层，这样提高了砂的利用率。42.7 除垢效果验证方法2.7.1 观察反出液（泡沫液）的颜色, 由黑变白后, 说明管柱中不再有垢屑。2.7.2 取样观察分析，现场快速测试砂垢比例，垢的比例极低时，说明除垢效果好。2.7.3 下入通井规通井至尾管或第一级配水器，无遇阻证明除垢效果好。2.8 施工安全措施2.8.1 高压管在工作前进行试压，压力为工作压力的 2 倍，观察有无漏点，稳压15min 不降为合格。2.8.2 加装井口封井器，上紧丝扣，以防反出液从井口上部排出。2
10、.8.3 操作工人带安全帽及风挡面具、手套、前胸挡板及帆布工作服。2.8.4 压风机出口出不得站人，闲人不得靠近高压管线。2.8.5 放喷口采用弯头式，必须与收砂槽固定紧。2.8.6 施工中断管，漏管意外处理：停机，拆管，换管，全部起出，修复断漏管，再从井口下入（加速，不加砂）直至前次施工深度，继续施工。2.9 技术适用条件及可靠性测试对于 62mm 油管，平均结垢厚度不宜超过 5mm，普通修复油管下井不应超过 5 年，新油管或防腐油管下井期限不宜超过 7 年，封隔器密封状况良好，油管无漏点。最好不要有砂埋或垢堵现象，绝不适用于有落物井。对于用户提供的井号，首先落实基础数据，主要包括：油管类型
11、、完井深度、封隔器类型及级数、偏心配水器级数及深度。如果用户提供的井号未砂堵，最好用试井车加通井加重杆通井一次，进一步证实管柱能否下到井底。三 分层注水管柱空气喷砂除垢技术试验方案3.1 试验的目的。通过现场试验，选择最佳空气喷射压力，分析最少的加砂量和发泡剂用量，检测喷头及高压管在加压加砂状态下双向通过偏心配水器的可靠性，以及对偏心堵塞器凸轮限位杆的影响程度，研究高压管接头通过偏心工作筒时对系统的影响，检测高压管的抗拉强度。3.2 试验设备及条件3.2.1 主要设备压风机，额定压力 20Mpa；空心抽油杆，1000M；高压胶管，50M，最大承压 25Mpa；简易上砂槽（吸砂槽）3.3 试验内
12、容3.3.1 地面喷砂试验试验设备主要包括压风机，变径接头，吸砂喷头，阀门，简易上砂槽，高压管，喷头等，试验原料为砂及发泡剂。试验步骤5按图 3.3.1-1 连接设备，但不要上喷头，加一丝堵，关闭吸砂阀门，启动压风机，加压至 15.0Mpa，稳压 30mm 不刺不漏为合格，从压风机出口放空后，改丝堵为喷头，打开吸砂阀门，断开吸砂管，启动压风机，加压，加压参数按表 3.3.1-1 执行。表 3.3.1-1 压力 MPa 1.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0吸气情况吸砂量 kg/min从启动压风机开始，在吸砂管处加一挡片，观察并记录最低吸气压力，从最低吸气压力开始加砂，并记录
13、每个压力点的吸砂量，具体操作如下：关闭吸砂阀门，连接吸砂管，加入 5kg 砂于上砂槽，打开吸砂阀门并开始记时，1min 后立刻断开上砂软管，称重剩余砂量，记录数据反复操作三次；再关闭吸砂阀门，连接上砂管，提高压风机压力至下一个压力点，重复以上操作，完成测试为准。试验时高压管可以盘起，在喷头上套一油管短接，防止砂喷出伤人，并可以有效回收砂粒。3.3.2 短管除垢及配水器通过试验按图 3.3.1-1 连接设备，并选择 1 口作业施工注水井，油管结垢厚度在 35mm 为宜，按图 3.3.2-1 下入 50m 油管，并下入高压管及喷头，下入深度 28m。按 3.3.1 试验确定的第一吸砂压力点启动并加
14、压，加砂 2min 后加深高压管并通过配水器，加深至 32m，观察喷头通过配水器时出口反出液的变化情况并记录，加深速度0.05m/s。加压到第二压力点，在加深 2m 至 4m，观察并记录数据，依次提高压力至12.0Mpa。表 3.3.21压力 MPa 1.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.01）配水器通过情况2）出口返砂效果1）记录方式：顺利，卡住，减速等。2）记录方式：稳定，增加，减少，停止。3.3.3 完井管柱除垢反排砂试验。试验设备及原料。除 3.3.1 中所有设备外，需要 1000m 空心抽油杆；原料需要粒度 0.60.8mm 铸钢丸 1 m3,发泡粉 0.15 m3
15、 。选择一口作业分层注水井，先起出油管 10 根，观察上部结垢厚度，结构厚度在 35mm 为宜。座井口，上封井器。按图3.3.3-1 下入喷头，高压管，抽油杆，并于地面连接所有设备，下入深度 1000m。6启动压风机，打开吸砂阀门，用气体将高压管内液体排空，加压时于吸砂管口加一挡片，观察挡片被吸入的压力，压力逐步提高至 12.0MPa 为止。待井口反出气泡后，加砂，并按 0.05m/s 的速度下入抽油杆，下入参数见表 3.3.3-1。加深至 1018m 后，停止加砂，只加发泡粉。用气体将井内砂全部排出，待井不反砂时，停止加气，起出抽油杆及管柱，取回油管，剖开观察效果，并按表 3.3.3-1 记
16、录数据。表 3.3.3-1深度 m 1000 1004 1008 1012 1016 1018压力 MPa效果3.4 意外情况及处理方法如果发生砂埋及砂堵现象，立即停车，起出抽油杆及管柱。观察并判断方法是：出口突然断流，压风机憋压吸砂口不吸砂并排气。四 分层注水管柱空气喷砂除垢技术经济技术分析4.1 试验及加工成本预算4.1.1 试验设备费用。压风机，4000 元/日。吊车，1000 元/日。抽油杆，2000 元/日（借用，包括运输费用） 。起下抽油杆工序费，3000 元/次。250 阀门，抽油杆吊卡，200 元/日（借用） 。钢丸 1 m3,粒度 0.60.8mm, 损耗及再生费用 1000
17、 元/ 次。发泡粉，100 元/次。人工，1000 元/日。4.1.2 配件加工费喷头，2000 元/个。吸砂喷射器，1000 元/个。变径接头，200 元/个，2 种， 3 个。4.2 生产成本预算空气喷砂除垢按设计方案生产成本包括三方面，即租用压风机和吊车费用，原料损耗及再生费用，人工费。压风机台班费 25003000 元班（厂内结算） ，如果采用现金结算预计 2000 元班。吊车预计 1000 元日。原料耗费包括钢砂（丸）的消耗和发泡剂用量，预计钢砂损耗单井不超过 10%，损耗费用在 5001000 元以内，发泡剂单井用量 200400 元左右。人工费包括施工人工费及钢砂再生人工费，预计
18、单井需要 500 元。因此，完成一口井施工总费用预计为 5000 元。4.3 市场前景分析大庆油田有分层注水井 10900 口，每年因结垢作业井数以 10计算为 1000 口，而某7些采油厂高达 30。又由于该技术经过改变设计同时具有解堵通井，及气举排液功能，在除垢以外还能解决部分井的施工难题。如果考虑其它因素影响至少可以施工 100 口井，同时不受季节的限制。4.4 经济效益预测。大庆油田目前作业施工一口分层注水井的平均费用为 3.0 万元，如果该技术施工费价格为 1.5 万元，采油厂施工一口井可节省注水井作业成本 1.5 万元，单井施工成本为 0.5万元，纯利润为 1.0 万元。初期投入按
19、 40 万元计算，施工 40 口井可以全部收回成本。如果低压试验成功，改用连续高分子材料管，初期投入成本只需要 20 万元。大面及推广应用后，若年施工 100口井，至少可获纯利润 60 万元。8附录密闭加砂器设计及密闭加砂方法如果吸砂加砂试验由于空气喷管长而产生过高的回压，吸砂速度小或不吸砂，改用密闭加砂方法。1加砂原理密闭加器由罐体、进气管、吸砂口、压力平稳管、砂位计、砂位浮球、加砂阀等组成。与喷砂管相连后，使整个系统处于相同的压力状态下，当系统加压后，进气管的气体从吸砂口喷出，位于二者之间的砂即被携带进入喷砂管，由于上部砂体受重力作用，不断补充进来，因此可以连续加砂。2加砂量控制由于砂罐处于密闭状态，砂罐内砂量的多少不可见，在加砂过程中，砂位浮球与实际砂面保持一致，砂位计记录砂面高度，当砂面过低时，报警设备报警，提醒加砂。3加砂流程及加砂方法除垢施工过程中要求连续加砂，因此设计了双罐加砂流程。当第一个砂罐砂量过少时，打开第二个砂罐进出口阀门，然后关闭第一个砂罐的进气阀，再关闭出口阀。打开提球阀和加砂阀，提起浮球，加砂。8
