空时效应在油田管道清洗中的应用

前言

随着油田的深度开发, 大都进入开采后期, 为提高采收率, 大规模采用了以污水回注技术, 推广应用表面活性剂、高分子聚合物等化学剂驱油的三次采油技术来开发, 造成采出液成分复杂, 乳化严重, 致使地面输送的管道结垢、积杂、稠油堆积等情况日益突出, 造成管径变小, 流量降低。此类管道如得不到妥善的清理和修复会造成电能浪费和输量下滑等问题, 增加了运行成本。

我们结合施工单位在对空气动力的破坏机理的基础上, 人为的在管道分段让其产生空时效应的一种管道清洗方法。该方法比较新颖, 具有破坏性小、成本低、清洗面积大、污染少等优越性, 有广阔的应用前景。

一、传统管道清洗的缺点

在传统的管道清洗中, 清洗的过程就是将管道内附着物剥离的过程, 主要的方式有加热溶解、化学腐蚀、物理剥离等清洗工艺和方法。各种工艺方法都有自己适应的管道, 但是随着多年的实践和技术的进步与发展, 以上各种工艺已显出了各自的缺点与不足, 特别是一些新技术条件下发展起来的非金属管材的管道, 如玻璃钢管道、PPR管道、陶瓷管道等, 以上单一方法就不适应。特别是加热法和物理法, 对目前广泛在油田污水输送中使用的玻璃钢管线的内骨玻璃丝有很大的伤害作用.另外一种化学清洗的主要方式是采用化学清洗剂或酸液浸泡循环来解堵, 这种清洗方法解垢效果差, 清洗剂或酸液对操作者危害大, 酸洗完毕后还必须用碱液对管道进行中和, 而且现场污染严重不环保, 现在此方法使用较少。

二、空时效应在管道清洗中应用原理

1. 原理依据

当空气相对于物体流动时, 就会对物体产生力, 这个力就叫做“空气动力”。依靠压缩空气在管道中的释放与密闭的管道内壁上的结垢体产生相对运动, 发生的空气动力就会直接作用到结垢体上, 结垢体与管道中的污水又会做为介质进行力的传导。根据能量守恒定律和伯努利方程可知, 流体在管道中流动时, 流速大时压强就小, 流速小时压强就大。在管道中段安装截止阀人为降低流速后, 压强就会升高, 当达到管道的设计允许压力后停止供气, 此时管道的压力在空间上和时间上处在一个最大值, 然后瞬间释放, 产生的膨胀震动可以把附着在管道内壁上的污染物震落;由于管道内储的压力在空间上和时间上的瞬间释放, 形成冲击波, 在介质力的传导作用下破坏管内壁与污染体之间的粘合, 从而实现对管道的彻底清洗。另外气体快速流动中还可在管道内流程走向发生变化的位置附近形成负压区, 负压可使管道内易淤堵的积杂运动起来也达到了清洗的作用。这样我们把这种空气在单位时间内能量瞬间释放产生的效应称为空时效应。

2. 现场实施应用

东三至东四污水外调线是孤东采油厂2006年9月建设并投产的一条∮377、6.6km长的玻璃钢材质的管线.投产初期, 起始端运行压力在0.6MPa左右, 每天外调污水8000~10000 m3, 能够满足孤三、四区的注聚用水。管道在多年的连续运行后, 开始出现一系列困难:起始端运行压力上升到0.8MPa左右, 调水能力下降到6000 m3/d, 严重影响到注聚区块的用水。2011年2月底, 在末端1km处解剖了部分管段发现, 管径平均下降了100mm, 所以管线清洗势在必行。下图:现场解剖的管道。

管壁最厚处淤积5厘米

施工初期, 为了对比新老技术有何突出性, 我们将管道分为两部分进行:前端3.3km由一方施工队按照空时效应的原理来进行清理, 后端3.3km管线按照老办法用清管器物理刮除的办法清理。

3. 利用新技术的现场施工

管线停运后由施工方做了动工前的准备, 1台SA-75 A/W 12.3/0.8型空压机、管道起始端进气点按装DN50球阀1个、管道起始端1km处安装DN350截止阀1只, 在管道3.3km处开挖30m3排污池1座。

如图示:

开始施工时先将管线中段的截止阀关闭, 前端管线中进少许污水约10 m3作为气动的介质, 打开进气球阀, 空压机开始工作。当运行到0.6MPa时, 停止空压机, 此时管道的压力在空间上和时间上处在一个最大值, 然后迅速打开中段的截止阀瞬间释放能量, 管线中的压缩气体通过管道向外快速流动的同时体积发生膨胀, 在气体快速流动和体积膨胀过程中, 产生的空气震动力可以把附着在管道内壁上的污染物震落。气体快速流动还可在管道内通过截面发生变化的位置附近的水形成水冲击波, 在水波的瞬间打击作用力下, 管道内壁的残存的比较坚硬的污垢解体随气体、水流一起从管道的排放口进排污池。对管道系统进行多次操作, 直至管壁清洁。

4. 现场利用空时效应技术清洗后解剖的管道

(1) 空时效应后附着物全部脱离管壁。

(2) 伴随气流、水流污垢全部排出管线外, 管壁清洁。

结束语

空时效应清洗技术是一种创新的管道清淤技术, 具有安全、高效、环保、节能的特点, 现场应用证明可以有效将管内的污垢、泥沙等存积物95%以上清洗下来并排出管外, 快速恢复供水能力, 并且能耗低, 对管道损伤小, 尤其是对非金属管材的清洗, 在其设计工作压力内施工可以有效扩容解堵, 有着广泛的推广前景, 而且应用的空间很大。

摘要：本文提出一种基于在空气动力破坏结垢层的基础上, 利用人工手段产生空时效应清洗管线的方法。

关键词：压缩空气,空时效应,释放,介质,剥离,排淤