油井冲砂液处理车的应用与结构改造.pdf

'应用与试验摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇2015年第5期(第28卷,总第139期)·机械研究与应用·doi:10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.030*油井冲砂液处理车的应用与结构改造刘少杰,朱摇睿,郭宗跃(中国石化股份胜利油田分公司孤东采油厂,山东东营摇257237)摘摇要:孤东油田为全国最大的滩海整装油田,油藏埋藏浅、地层疏松,出砂严重在国内居于最前列、洗井冲砂作业工艺施工量大、含砂液体处理量极大,处理不当易造成污染。孤东采油厂对冲砂液处理工艺技术进行了研究,对冲砂液处理车进行了验证,并根据冲砂液处理车在孤东油区的现场实验中出现的问题,研究了改进方案,经生产实验证明可靠实用、技术合理先进。关键词:冲砂;洗井;冲砂液处理车;三缸柱塞泵;旋流除砂器;液下渣浆泵;清洁生产中图分类号:TE935摇摇摇摇摇摇文献标志码:A摇摇摇摇摇摇文章编号:1007-4414(2015)05-0090-04ApplicationandStructuralImprovementofSand-FluidProcessingVehicleLIUShao-jie,ZHU摇Rui,GUOZong-yue(GudongExtractionFactory,ShengliOilfieldCompanyofSinopec,DongyingShandong摇257237China)Abstract:TheGudongoilfieldisthelargestbeachunitizationoilfieldofChina,ofwhichthereservoirisshallowlyburied,un鄄consolidatedandlikelytoproducesand.Therefore,thereisalotofsand-flushingoperationintheoilproductionofGudongoilfield,inwhichlargequantityofsand-carrierfluidneedtobeprocessed,andpollutioniseasilyproducedunderinappropri鄄ateprocess.Themethodofsand-carrierfluidprocessisstudiedinGudongoilproductionfactoryandthefunctionofsand-flu鄄idprocessingvehicleisverified.TheimprovementsolutionsaregivenbasedontheproblemsfoundduringthefieldtestsinGu鄄dongoilfield.Itisprovedthattheimprovedsystemisreliable,practicalandtechnologyadvanced.Keywords:sandflushing;wellcleanout;sand-fluidprocessingvehicle;triplexplungerpump;hydrocyclonedesander;liq鄄uidslurrypump;cleanerproduction0摇引摇言到指定地点排放、后处理的功能,减少了现场污染和孤东油田现有油水井3000余口,其中每年约有后期污染,节约了水资源。同时由于孤东油田为全国2800口(次)井需要进行作业施工。由于孤东油田最大的滩海整装油田,地处黄河入海口两岸、濒临渤油藏埋藏浅,地层胶结疏松,易出砂,90%以上的作业海,部分生产区域位于黄河三角洲国家级自然保护井需要进行探冲砂洗井施工。目前在冲砂洗井作业区,如发生污染泄漏,将造成极大的危害和严重的后施工时冲砂液的净化方式采用重力沉降式,冲砂液先果。因此冲砂液处理车的应用改进和推广具有十分3重要和紧迫的意义。放入具有两层结构的13m循环池,如图1,冲砂液中的砂粒依靠重力作用与冲砂液分离,并逐渐沉降至缓冲罐底部,固液分离后的冲砂液再次经水泥车加压泵入井底,然后携带砂粒上返回流至循环池中。因循环池结构简单、砂粒自由沉降耗费时间长等因素的影响,无法彻底进行油、水、泥砂的分离,水中悬浮的固体颗粒及有机质微粒大量超标,当这类液体进入地层后,一方面会造成地层污染,堵塞通道,降低油层渗透图1摇作业用循环池结构图率,另一方面循环池转运时需要将池内的水回收或现场排放,自由沉砂池需要定期人工清砂清污,工人的1摇冲砂液处理车主要结构劳动强度大。同时由于工作环节多、设备连接接口多冲砂液处理车是一种石油矿场专用冲砂液处理且为开放结构,极易造成含油、砂液体刺漏,造成地面设备,是集冲砂作业、冲砂液处理、洗井、试泵等功能环境污染。于一体的绿色环保施工机械,可对冲砂作业过程中返冲砂液处理车的推广应用,能够对冲砂液进行出的冲砂液进行油、水、砂的分离,通过三缸柱塞泵实油、水、砂分离,达到水循环使用、作业砂现场收集后现循环冲砂作业,达到水循环使用、砂现场排放或到*收稿日期:2015-08-23作者简介:刘少杰(1971-),男,山东阳谷人,高级工程师,研究方向:油田特种设备管理。·90· ·机械研究与应用·2015年第5期(第28卷,总第139期)摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇应用与试验指定地点排放的总体环保作业目的,并可以代替洗井内,经返冲洗可由排空管汇排出。沉降箱用隔板分成车进行洗井作业,一机多用,改变油田传统冲砂工艺几个区域,逐级沉降进入清水区。当沉降箱内液位达的高污染、高水耗现状,省去了配置各种专用设备的到800mm时,可以打开通往三缸泵的蝶阀,关闭水费用。主要由装载底盘、三缸柱塞泵、旋流除砂器、冲罐车输水蝶阀,三缸泵从沉降箱清水区吸入清水回注砂液处理系统、液压系统、气压系统、电气系统等组到井内,从而实现了自循环冲砂作业。成,如图2。当沉降箱内的沉积物需返冲洗时,将三缸泵的输出口用胶管与返冲洗口相联接,打开返冲洗管线上的蝶阀,三缸泵的高压水将沉积物冲起浮在水中,打开车尾部的排放管汇蝶阀,沉积物随水一起排放掉。(2)工作流程淤沉降箱注水于外部吸水冲砂作业流程图2摇冲砂液处理车外形图在本机进入施工现场后,将三缸柱塞泵的输出口与井口的作业注入口进行可靠联接,并将井口的返液摇摇(1)工作原理摇旋流除砂器是该车的净化处理口与本机的旋流器输入口联接好。同时用输水胶管冲砂液的核心部件之一,旋流除砂器的工作原理与一将水罐车的排放口与三缸泵的外输入口相联,并将外般的分离机械不同,它没有运动部件,是在离心力的输入口蝶阀打开。当除砂器输入管线取样口出液时,作用下靠固液两相的旋流进行固液分离的。被处理关闭取样口球阀,打开自循环三缸泵蝶阀,关闭三缸的固液两相混合液在一定压力的作用下,经旋流器的泵外输入口蝶阀,进入自循环冲砂作业流程。进料管高速切向进入旋流器的圆筒体。在旋流器内盂自循环冲砂作业流程高速环向混合液流,因固体与液体密度差而产生不同井内返出液经旋流除砂器除砂,砂由除砂器底流的离心力。密度大的固体因产生较大的离心力而被口进入积砂箱,旋流器上部溢流口返出的液体进入缓甩向旋流器内壁,并沿着内壁做顺时针的螺旋式向下冲箱内,开启液下渣浆泵系统,液下渣浆泵从缓冲箱运动,最后由底流口排出。而密度小的液体因产生较抽汲砂水混合液,排出口接第二级旋流器入口,砂由小的离心力而靠近旋流器中心,并在中心部位因液体第二级旋流除砂器的底流口排到积砂箱,除砂器上部高速旋转而形成负压的逆时针螺旋形上升液流。大溢流出的水重新返回缓冲箱,并经缓冲箱与沉降箱间部分液体及少量小颗粒固体随上升液流由溢流管口的液流通道进入沉降箱。排出,如图3所示。与重力沉降技术相比,旋流分离(3)主要技术参数技术使砂粒沉降过程明显加快,淤三缸泵最大工作压力:34.6MPa(柱塞直径从而大大缩短固液分离的时间,3准100mm);最大工作排量:1.0m/min(准115mm柱这也是旋流分离设备终将取代重塞)。力分离设备的主要原因。3于处理量:60m/h冲砂液处理车以底盘发动机盂除砂率:逸95%为动力,当台上设备工作时,其取2摇初次试验过程中暴露的问题力方式是通过驾驶室内的操作手2012年7月16日至8月14日,冲砂液处理车原柄将底盘后传动轴断开,中间增型车在孤东油田进行了现场试验,一共出勤21天,施加分动箱,下输出口用于驱动后图3摇旋流除砂器工工22井次,其中冲砂17井次,收水1井次,试压3井桥,上输出口用于驱动三缸柱塞作原理简图次,放喷1井次,使用效果良好。但是,由于孤东油田泵,分动箱中间轴带有液压泵,为油藏埋藏浅,地层胶结疏松,洗井、冲砂作业施工中出液压系统提供动力源。砂量较大,施工时间长,冲砂液处理液量多,该型车的三缸柱塞泵可以从罐车吸入清水注入井内,井内部分结构不能适应孤东油区的生产需要,主要表现在返出的冲砂液通过管线进入串联的两级旋流除砂器,以下四个方面。具有动能和势能的冲砂液,沿旋流除砂器内腔强烈旋(1)该车采用一级除砂流程,对一些井内返出液转,重质颗粒在离心力和重力的作用下,沿分离器锥流量压力变化大、含砂比例大的作业井来说,难以达体进入集砂箱。去除绝大部分泥砂的油水液体进入到最佳的除砂效果,致使在一些特殊井施工时不能很沉降箱内,少量泥砂及大部分悬浮物沉淀在沉降箱好地完成作业。·91· 应用与试验摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇2015年第5期(第28卷,总第139期)·机械研究与应用·(2)冲砂液除砂效果有待提高。了缓冲箱(见图6)。原型冲砂液处理车仅有集砂箱3(3)积砂箱容积偏小,出砂较多时,施工过程中和沉降箱,新型车将集砂箱容积由原来的1.5m增3需要进行一次排放处理。大到3.5m,新增了缓冲箱,罐体分为集砂箱、缓冲(4)各闸门为手动,需操作人员来回上下,不便箱和处理箱,其中处理箱内部用垂直的斜板分成四个于操作和安全。区域,垂直斜板的作用是缓冲内部水流的速度,增加3摇改进措施水中固体颗粒的下降时间,提高沉降效果。集砂箱、(1)改进一级除砂系统。结构如图4,一级除砂缓冲箱底部采用锥形结构,便于集砂汇集清理排放,器采用两个不同排量的除砂器并联(CXS200、沉降箱采用Z字形结构。罐体各区之间的液流通道CXS150),每个一级除砂系统除砂器带有根据流量选高度不等,高度不等的液流择相应的除砂器单独工作或同时工作的气动阀门。通道对称降下来的泥沙有3隔离作用,避免泥沙流入后当冲砂流量小于15m时只开启CXS150除砂器,冲33区。沉降箱内的每个区域砂流量大于15m小于30m时只开启CXS200除砂33均设有排空通道,可以保证器,冲砂流量大于30m小于45m时,同时开启两个除砂器。井内返出的冲砂液经第一级冲砂器除砂,在排空箱内液体时,每个区砂由除砂器底流口进入集砂箱,除砂器上部溢流口返域均可排放干净。沉降箱出的液体进入缓冲箱内,而不像未改进前直接进入沉与缓冲箱、集砂箱连在一降箱。一级除砂系统改进后,使除砂器可以根据井内起,中间用隔板分开,保证返出液的排量适应3种操作方式,拓宽了作业井的施了整机结构的紧凑型和简图6摇改进后的冲砂工范围。洁性。液处理箱示意图(4)各闸门采用气动控制。操作手在操作室即可操控,避免了操作人员攀爬罐体顶部启闭闸门所带来的安全隐患,降低了操作手的劳动强度,提高了安全性和劳动效率,控制原理如图7。图4摇改进后的一级除砂系统简图摇摇(2)增加二级除砂自循环装置。结构如图5,在缓冲箱底部安装一个液下渣浆泵,在缓冲箱上部安装一个二级除砂器,渣浆泵出口与二级除砂器入口相连。一级除砂返出液带有少量的余砂在缓冲箱内沉到下部后,再经液下渣浆泵通过二级输入管汇同时输入到两个二级除砂系统除砂器进行二次除砂,砂由二图7摇气动控制原理图级除砂器的底流口排到集砂箱,除砂器上部溢流出的水重新输入到缓冲箱,并经缓冲箱与沉降箱间的液流摇摇(5)改进后的结构示意图,如图8所示。通道进入沉降箱,实现了对缓冲箱内冲砂液的二级除砂自循环功能。图8摇改进后的车辆结构示意图图5摇改进后的二级除砂系统简图4摇实施效果摇摇(3)改进了罐体结构,增加了集砂箱容积,设置摇摇自2013年7月起,截至2015年4月,改进后冲·92· ·机械研究与应用·2015年第5期(第28卷,总第139期)摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇应用与试验砂液处理车共在孤东油田施工1200余井次,该型车液处理车的二次除砂功能,受到现场作业人员的优化运行,消除了试验原型车的各种弊端,有效保的赞评。障了孤东油区的冲砂、洗井等作业施工。5摇效益分析据统计分析,孤东厂冲砂作业压力一般在2~6(1)能够连续进行冲砂、洗井等工艺的作业,避MPa,洗井作业压力在8~15MPa。在无井漏的情况免了油污液外溢等问题,实现了绿色作业以及清洁33下,洗井作业需要60m洗井液,冲砂作业需要30m生产。冲砂液。原来利用400型水泥车施工时,作业人员需(2)在无井漏的情况下,能够实现自循环作业,要对循环池进行油泥沙清理,需要配备2台污水罐车减少了罐车需要和罐车运液次数,按照年施工500执行运液保障任务。在此过程中,一是客观上循环池次、每次施工减少运液1次、每次路程20公里、百公清理不能完全洁净,仍然存在一定的油泥砂;二是污里36L油计算,每台车年可节约燃油3.24g;每次施水罐车罐体内淤积了较多的油泥砂,在装水、储运、排3工减少运液1次、每次节约用水12m、节约用水6放过程中进入循环池,造成施工用液的进一步污染,3000m,效果显著。造成地层的污染。目前,采油厂作业施工液为普通污(3)采用液压控制,操作简单、灵活,并配有液位水,受简易施工条件限制,施工液循环使用,其水质明控制,便于实现流量平衡及油回收。显恶化。由于普通的循环池没有浮油收集处理功能,(4)可以实现油泥砂的集中处理,再做部分配套循环池外溢及清理过程中产生的油泥污水对作业现改进工作,就能够大大减轻作业人员油泥砂清理回收场产生了较严重的环境污染,且不易清理,加大了作的劳动强度,并有效提高环保施工、清洁生产水平。业人员的劳动强度。据分析比对,同样的冲砂、洗井参考文献:作业施工,用水泥车和冲砂液处理车来施工,冲砂液处理车能够节约水泥车施工一半的时间,特别是冲砂[1]摇THS5231TJC4洗井车使用维护说明书[Z].通化石油化工机械制造有限责任公司,2013.狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮(上接第89页)对于后续制造工艺的影响和产品品质一致性管控。化设计[J].上海工程技术大学学报,2014(2):125-127.从后视镜支座与镜杆连接结构,镜壳与镜杆连接[3]摇陆摇晨,李学修.外后视镜电动折叠问题的研究及解决方案[J].上海汽车,2010(2):19-22.方式,折叠机构以及镜杆尺寸三个方面提出了优化方[4]摇乔摇珍,吉佳娜,张学宏.高速行驶外后视镜镜片抖动浅谈[J].案和改善措施,同时运用CAE模拟分析,选取优化的科协论坛(下半月),2013(9):95-96.最佳方案。优化后的后视镜抖动问题大大改善,验证[5]摇宁汪洋,杨公明,袁格侠.汽车后视镜球铰连接松动问题的分析了后视镜优化方案的可行性。优化方案和设计方法与解决[J].机械设计与制造,2005(5):72-73.可以为其他车辆解决后视镜抖动问题提供参考。[6]摇孔摇灿.基于CATIA的后视镜镜片旋转限位设计有限元分析[J].轻型汽车技术,2011(4):23-25.参考文献:[7]摇陈卫强.中型客车后视镜抖动的分析与改进[J].客车技术与研究,2014(6):34-36.[1]摇王述健.大货车后视镜振动工况原因实测实验及仿真研究[J].[8]摇李生泉,吴明亮.一种关于外后视镜抖动机理的研究方法[J].汽车零部件,2013(6):55-56.机械制造,2014(10):19-23.[2]摇何文涛,刘淑梅,刘汉武,等.汽车后视镜有限元分析及结构优·93·'