油田调驱现场防止药剂泄露技术研究与应用

摘要：针对调驱施工现场存在的调驱药剂泄露的问题，应用了低压新型加药装置、电接点压力表和压力变频器等技术性能较高的装置，提高了调驱现场施工的自动化程度，减少了人与药剂接触的机会，增强了流程的防泄露性能，从本质上降低了环保风险，有力保证了调驱施工清洁高效运行。

关键词：调驱施工;自动化;环保风险

引言

随着我国大部分油田进入了开发中后期，调驱逐渐成为油田深度开发的重要手段，实施范围越来越广，施工周期也越来越长。与此同时，调驱施工过程中的环保管理也成为整个项目管理的重要组成部分。随着油田调驱难度的增大，注入压力越来越高，常规管理方法不能杜绝药剂泄漏事故，因此，有必要应用技术技术革新手段防止调驱药剂泄漏事故的发生。

1 调驱施工的特点及药剂泄露风险

1.1 调驱施工的特点

调驱是一项系统工程，具有项目投资大、施工周期长以及存在中毒污染等危险的特点。纵向来看，长施工周期造成过程管理困难;横向来看，工程涉及到高压注水、多种电气设备和化学药剂，危险点源多，造成细化管理困难。进入新世纪后，基于油藏工程的深部调剖改善水驱配套技术的提出，对深部调驱技术提出了更高的要求[1]。深部调驱技术将油藏工程技术和分析方法应用到改变水驱的深部液流转向技术中，处理目标是整个油藏，作业规模大，时间长[2]，涉及井数越来越多。目前普遍推广实施的深部调驱，施工周期短则若干个月，长则达到1年甚至数年，部分区块涉及油水井数占投产总井数的20%以上。

1.2 调驱施工的药剂泄露风险

弱凝胶体系是目前国内外应用最广泛改善水驱的深部调驱技术，调驱剂一般选择高分子聚合物聚丙烯酰胺作为原料主剂，交联剂主要有树脂、醛类和多价金属离子类等[3]。调驱剂单体中的醛类（如甲醛）和金属离子（如Cr3+）等均可造成人员中毒。因此，施工过程中若发生药剂泄漏事件，如果不及时按要求进行处理收集，会造成严重的人身伤害和环境污染。调驱用水一般为联合站回注水，经增注泵增压后压力可达15MPa左右。调驱泵出口压力一般为10～15MPa（与调驱井的注入压力有关），调驱设备长期承受高压，同时因工作需要进行的阀门开关和设备启停会产生压力水击，施工管线难免产生刺漏而使药剂泄露，在污染环境的同时还会造成人身伤害。另外，部分调驱现场应用高压射流分散器等密封性较差的加药装置，易造成固体粉末药剂洒落，污染土壤。

2 防止调驱药剂泄露的措施

结合生产管理实际，为了防止药剂泄漏，采取了研制低压加药装置、增设自动监测和保护系统、引进聚合物流量分配和调整装置等一系列技术革新，增强了调驱设备的自动调节和应急保护能力。

2.1 研制低压自动加药装置

调驱所用干粉聚合物为长链分子，水溶后为粘稠流体，需用专用设备配制，防止结块。早期采用干粉射流分散器进行药液配制，该装置靠高压水（15MPa）通过喷嘴改变流速产生负压，吸入干粉聚合物，实现干粉聚合物和水的混合[4]。高压射流分散装置在应用中存在以下问题：（1）必须通过高压供水产生负压，加药完成后需通过关阀门控制流量，阀门反复开关产生压力水击易造成注水管线损坏，从而造成已溶解的药剂泄露;（2）加药口长期承受负压冲击易产生刺漏，密封性变差，易造成粉末类调驱药剂洒落在地上，成土壤和井场周围环境污染。

低压调驱自动加药装置是根据Allied Colloids分散装置工作原理设计的聚合物加入和混合装置，由小功率电动机、减速器、加药漏斗、分散器、供水管、混合器等组成（图2）。使用时平稳打开供水管闸门，启动电机，分散器轴转动，干粉聚合物通过分散器轴上的加药槽落到混合器上，瀑流冲刷混合器表面，带走干粉聚合物，均匀流入搅拌罐中[6]。该装置由小型防爆电机提供动力，消除了加药动力对供水压力的依赖，低压供水条件也可以正常配调驱剂。应用该装置避免了因压力高造成注水管线或阀门损坏，消除了配药过程可能发生的配成液泄露事件;加药口和排出口不承受高压，不会发生加药装置刺漏现象，避免了粉末类药剂泄露事件;自动化程度提高，加药辅助工作减少，人员与药剂的接触机会减少，和有利于保护人员身体健康和预防职业病的发生。

2.2增设压力、变频监测及自动保护系统

调驱施工现场所用调驱泵为3DP柱塞泵，额定注入压力20MPa，注入流程通过安全阀保护，安全阀整定压力20MPa。为了使注入流量符合设计要求，调驱泵一般通过变频装置控制其转速。调驱过程中，由于泵况和井况的不断变化，各注入井的瞬时流量也会不断变化，需频繁手动调整频率才能达到配注。由于手动操作精确性较差，难免出现操作不当造成流程憋压。

为了防止设备过载以及流程憋压，同时减少手动操作，增设了电接点压力表和压力变频器（图3）。电接点压力表和压力变频器可与调驱泵控制开关协同工作，调驱泵接受流量变化信号后，压力变频器向变频装置发送控制信号，由变频装置自动调整调驱泵的转速，从而确定合适的流量。该装置在使用过程中，操作人员无需频繁调整流量分配器和调驱泵的转速。电接点压力表上限值一般设定为15MPa，压力变频器上限值设定为40Hz，超过上限值，保护联锁装置动作，调驱泵自动关停。应用该装置后，在注入压力达到额定压力的75%时即可启动自动保护，大幅提高了管线、阀门和设备的防泄露性能。

2.3引进聚合物分配和调整装置

在区块整体调驱区域，为了实现大面积增油降含水，一般采用多井组共同调驱的施工方式。在多井调驱过程中，各井流量分配是较难解决的问题。若用PN20卡瓦闸板阀门控制，其最高承压为20MPa，比施工上限压力仅高5MPa，防泄露性能较差。此外，对于粘度较大的调驱剂来说，闸板阀门的分流效果较差，需频繁调整才能保证各井配注达标，易造成阀门密封垫加速损坏，从而导致药剂泄露。

为了提高多井调驱流程的防泄露性能，引进了TJK型聚合物流量分配器（图4）。该装置最高承压达35MPa，自带电磁流量计，分流效果好，注入压力相差4MPa以内的多口调驱井可按设计配注量稳定分流，一次设定后可长时间保持稳定注入，避免了操作人员频繁开关阀门调整流量，减少了人员在高压水附近工作的时间。另外，该装置还可以与自动控制装置联用，输入设计流量后，系统通过多转式电磁阀控制流量，使瞬时流量与设计流量一致，实现了调驱剂注入流量的全自动控制。

3应用效果

2018年以来，茨榆坨采油厂应用低压供水自动加药装置30套，增设压力、变频监控和自动保护系统4套，引进TJK型聚合物分配器34套。运行两年多以来，平均日配制、注入调驱剂580m3，平均注入压力12.5MPa，期间未发生药剂泄露、人员中毒及环境污染等事故，实现了“零事故、零伤害、零污染”的生产目标，达到了安全、高效、綠色施工的要求。

4认识及结论

（1）低压供水自动加药装置、压力和变频监测及自动保护系统、聚合物流量分配器是新兴的调驱配套设备，应用后可大幅提高调驱施工的自动化程度，对防止环境污染，保持人员健康具有重大意义。

（2）加强调驱施工现场的HSE管理，技术革新是重要手段之一，可以从本质上保证场地清洁卫生和人员安全健康。

（3）随着科技的进步，将自动控制、智能保护装置引入调驱施工现场，对安全、高效、绿色施工发挥越来越大的作用。

参考文献：

[1]赵梦云，张锁兵，欧阳坚等.国内深部调驱技术研究与进展.内蒙古石油化工[J]，2010年第6期：73.

[2]韩学强.国外高含水油田堵水、调剖、封堵大孔道配套技术及应用[M].北京：石油工业出版社，1999.

[3]顾锡奎，杜芳艳，王小泉.化学深部调驱技术现状与进展.石油化工应用，2009年9月，Vol.28 No.3：4.

[4]王桂杰，郭宜民，刘涛.研制新型加药装置提高调驱施工安全.石油化工安全环保技术.2017年第33卷第5期：25.