電力排管安全施工方案

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電力排管安全施工方案范文第1篇

關鍵詞：調剖;注聚泵;攪拌罐;儲液罐;電控設備

中圖分類號： TE357 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）33-166-3

0 引言

2007年年初，我們在冀東油田高尚堡油區先后配置了兩套油田注水化學調剖的整體地面設備。由于是剛剛接觸到這項新型技術，開始階段，我們無論是在設計思想、設計理念，還是在設備的選型上基本是仿照其他油田的現場運轉情況來確定自己的方案的。但是，問題很快就隨之出現了。如：①由于攪拌罐與儲液罐之間容積不相匹配，很容易造成攪拌好的液體不能及時的注入井下。嚴重時出現罐內凝結，造成了生產上不必要的浪費。②流程管線低壓部分的軟管內徑與泵及罐體進出口不相匹配，有泄漏現象發生。③高壓管線沒有壁厚壓力值計算書。④由于對注聚泵不甚了解，以至于在購買配件時，不能非常合理的兼顧到各部配件之間的匹配性。

幾年來，我們以冀東油田（甲方）所提出的施工要求和施工方案為基本準則，不斷地進行現場勘察論證，反復核對每一個相關的數據，在保證施工要求的前提下，對部分設備和流程上的零配件進行了重新設計。在零配件的互換性方面進行了大膽的改革。截至2014年底，我們先后為冀東油田調剖現場加工制造了20多套調剖作業的地面設備。為調剖施工單位創造出更好的經濟效益做出了有力的保障。

1 地面流程的設計

在調剖施工中，地面流程設計是非常關鍵的一部分。它直接關系到調剖液是否能夠順利的注入井下。因此，我們以冀東油田（甲方）所給出的《施工設計方案》中的施工流程為藍本，對流程中的低壓管匯以及高壓流程進行了必要的設計與整改。

1.1 單井的流程設計

單井調剖流程相對比較簡單，其主要設備為3NB300-1.15/35注聚泵1臺（排量5～7m3/h，壓力25MPa）、14m3配液池（攪拌罐）1具、15m3儲液罐1具、40m3儲水罐2具（儲存清水、污水各一具）、倒水用離心式水泵（排量50m3）2臺、倒液用雙螺桿泵（20m3）2臺、單注塞計量泵（排量10L/h，壓力4MP）以及部分高低壓管線。

1.1.1 工作流程（見圖1）

①取水源中的水（清水、污水）分別進入兩個40m3儲水罐中。

②用離心泵將40m3儲水罐中的水泵入14m3攪拌罐中，從進料漏斗中加入化學藥劑，用攪拌器將化學藥劑與水攪拌均勻制成調剖液，再由雙螺桿泵打入15m3儲液罐中待用;

③打開儲液罐下的球閥，用雙螺桿泵將攪拌好并待用的調剖液傳遞給注聚泵。在此流程中加入回流裝置，以防液體不能被注聚泵急時吸入。

④交聯劑一般是由計量泵直接打進注聚泵的進口處，以防過早的與調剖液混合，發生凝結現象。

⑤利用注聚泵的高壓（35MPa），將調剖液與交聯劑的混合液體通過高壓管線直接打入井內的地層中。

1.1.2 流程施工中的安裝與調試

拿到甲方的施工井號和設計方案后，應根據現場的具體情況首先安排設備的擺放（注聚泵應擺放在距井口5～10米處）。根據設備的擺放情況設計出現場的低壓區和高壓區。低壓區應距高壓區5～15米。低壓區內，儲液罐與攪拌罐與清水泵、雙螺桿泵之間的連接一般采用低壓軟管，低壓軟管直徑以21/2″或3″為最佳。但是在低壓區內，清水泵的出口與攪拌罐進料漏斗之間應采用2″由壬接口和高壓軟管方式連接。

高壓部分是指從注聚泵出口到井口之間的硬管連接。所采用的管線主要以21/2″（φ73）油管或厚壁管為主，采用管扣式或卡箍式等連接方式，管線拐彎處使用高壓彎頭。在管線流程中設置回路，正常情況下，回路用平行閘板閥封閉。井口處應安裝單流閥，以防井壓倒灌。

1.2 單設備雙井的流程設計

在現場的施工中，情況是千變萬化的。有時在一個井場中同時有兩口或兩口以上的油井需要同時進行調剖（或調驅）作業。對于這種情況，如果我們還是按照單井調剖的方法來進行設備的配套，勢必要增加生產投入，增加現場施工人員的勞動強度。而且有些井場因受場地面積的影響，不允許有擺放更多設備的空間。

鑒于這種情況，我們又對設備的流程進行了重新設計。在低壓區內增加了一個分流裝置（見圖2）。使其能夠利用一套攪拌罐和儲液罐，既一個完整的低壓系統同時供應給兩個具有注聚泵的獨立的高壓系統，同時為兩口相鄰的井進行調剖（驅）作業。這樣一來我們極大地降低了設備的制造成本，減輕了施工人員的勞動強度，同時也增加了雙螺桿泵的利用率，減少液體的回流并起到了節約能源的效果。

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圖2 雙井單管匯流程圖

1.3 高壓流程管線壁厚的計算

高壓流程管線主要是指從注聚泵到井口的這一段管線，這一段管線的最大理論承壓值為35MPa，一般承壓值不超過20MPa。其中的零件包括管線、短節、接箍、單流閥、高壓彎頭、卡箍四通、針閥以及平行閘板閥等。由于短節和接箍以及高壓彎頭等屬于標準件，因此在設計過程中只許考慮管線的壁厚計算。在計算過程中主要按美國ANSI.B16.34中關于管線壁厚的計算公式：

SJ=1.5×+C （1-1）

式中：SJ――管線的壁厚（mm）;

Dn――管線的最大內徑（mm）;

Pn――設計工作壓力（35MPa）;

K1――壁厚系數（當Pn≥5Mpa時，K1=1）;

δ――許用應力，δ=2/3×δ0.2;

C――附加容量（一般情況下，C=1）。

1.4 高壓管線中接頭與接箍的設計與加工

高壓流程中所使用的油管短節、油管接箍、卡箍及由壬等，一般情況下屬于石油行業中的標準件，在設計與加工中按規定的標準執行即可。若有特殊形狀要求的，在設計時其壁厚可按本文1.3中所給出的公式計算。油管扣應按API Spec 5CT中所規定標準進行加工和檢驗。

2 攪拌罐和儲液罐的設計

2.1 攪拌罐的設計及加工

2.1.1 外形

攪拌罐的外觀應設計為兩端圓弧形結構。之所以要采取這種設計，主要是因為當池內調剖液在經過攪拌器螺旋槳攪拌時，液體不會因為有池內死角而攪不均勻。

2.1.2 容積

攪拌罐的容積應根據設計施工方案來確定。如：設計施工方案中給出的排量是5～7m3/h，為保持調剖液不凝結須每兩個小時配一次液。那么，就可以將攪拌罐的容積確定為14m3或15m3。因此，即可確定攪拌罐的設計容積為：

Q=t?Q1+C （2-1）

式中：Q――攪拌罐的設計容積（m3）;

t――配液的間隔時間（h）;

Q1――設計注液排量（m3/h）;

C――容量增加值（通常情況下C=1）。

2.1.3 攪拌器槳葉直徑和葉桿長度的確定

應根據罐體的高度和容積來確定。通常情況下，為保證調剖液能夠充分地攪拌均勻，槳葉應距離罐底100～200mm，槳葉的直徑應為罐體直徑的1/2左右，兩槳葉之間的距離不能大于2米。如果罐體的高度大于1.2米時，應設置上下兩層槳葉，以保證調剖液能夠被充分的攪拌均勻。

2.1.4 配料漏斗的制造與安裝

因所配制的調剖液的化學材料是固體粉末狀，所以需用高壓水將其沖入

攪拌罐中。高壓水嘴設置在圓錐形漏斗下方的圓柱體上，高壓水嘴與進水管應在同一中心線上，誤差不能大于0.5mm。加料漏斗應安裝在攪拌罐的上方，安裝的位置不能影響攪拌器的正常使用。同時應考慮施工人員操作的方便性。

2.2 儲液罐的設計及加工

2.2.1 儲液罐

儲液罐的容積一般應大于攪拌罐1～3m3左右，以便于將攪拌罐一次攪拌出的調剖液能夠全部裝入。

由于調剖液比重較大，而且為了便于施工人員操作和觀察，罐體設計的不宜太深，通常以1.1～1.3米為最佳。

2.2.2 儲水罐

應根據施工井注液量的多少，來設計儲水罐的容量。通常情況下應將儲水罐容量控制在30～50m3為宜。

施工時，應采用雙罐組合的方式，即一個儲水而另一個使用，從而保證在施工中不會因為缺水而造成停產。

3 工業泵的選型

在調剖配套設備中，有一些設備或產品是必須由取得了國家和專業部門認證資格的廠家方可生產。這些產品包括：注聚泵、計量泵、雙螺桿泵、離心泵、齒輪泵、高壓配件以及低壓軟管等。這些設備必須要通過單位技術部門的選型和檢驗部門嚴格的檢驗，方可運抵施工現場進行使用。本章只介紹調剖施工中所使用的工業泵的選型。

3.1 注聚泵的選型

3.1.1 注聚泵在調剖施工中的主要作用及技術參數

①作用：利用注聚泵產生的高壓，將已攪拌好的調剖液注入地層。

②技術參數：排量5～10m3/h，進口壓力≤0.05MPa，出口壓力≥25MPa，

電機功率≥90kW。

3.1.2 施工中對注聚泵的要求

①能夠輸送清水、污水等液體或含有酸、堿等物質的黏稠液體。

②泵效高、工作平穩可靠、操作方便、壓力排量調節范圍廣且使用壽命長。

③在施工過程中，不能有停泵的現象發生，如有預見性停電時，停注前2個小時應停止添加各種交聯劑，以防調剖劑在井筒內發生交聯。

④若出現突然停泵或停電現象，應立即啟用備用泵車和注水管線將調剖液全部頂入地層。

⑤為保證施工的連續性，應隨時設有備用泵，以防因注聚泵自身出現故障造成施工中斷。

3.1.3 結論

根據以上的要求，并通過我們在冀東油田高尚堡作業區施工一年來所總結出的經驗，我們認為使用3DPAN125―6.7/35和3NB300―1.15/35兩種型號的注聚泵，即可滿足油區內所有注水井的調剖注液施工工作。

3.2 雙螺桿泵的選型

3.2.1 雙螺桿泵在調剖施工中的用途和技術參數

①用途：主要用于攪拌罐與儲液罐和注聚泵之間調剖液的相互傳遞;②技術參數：吸入壓力≤0.6MPa;排出壓力≥1MPa;排量：>10m3/h;

3.2.2 技術要求

①在施工過程中，要求泵體應具有良好的自吸性能、均勻的流量以及較小的噪音。②運行中不能有停泵的現象發生，如有預見性停電時，應在停注前一小時內，用清水將泵內及相關管線內的調剖液沖洗干凈;若發生突然停電，應急時用泵車將泵內的調剖液清理干凈。③應備有一定數量的備用泵，一般情況下，每2～3口井備有一臺備用泵，以防止泵內出現故障而造成停泵。

3.2.3 結論

綜上所述，我們認為，選擇一種排量在20m3/h左右的雙螺桿泵能夠滿足施工的需求。因此我們在冀東油田高尚堡作業區的施工中選擇了型號為2HMG280A-40的雙螺桿泵。

3.3 清水泵的選型

3.3.1 用途與要求

①用途：儲液罐與攪拌罐之間倒水;②技術參數：泵壓：>0.6MPa;排量：20～50m3/h;③要求：進口部分與40m3儲水罐相連接，出口部分與攪拌罐連接。

3.3.2 選型

①根據以上要求，一般選擇離心式水泵或齒輪式水泵兩種泵型。②選擇排量50m3左右的清水離心泵為宜，排量30m3左右的齒輪泵為宜。

3.4 計量泵選型

3.4.1 用途

調剖施工中，為保證調剖液能夠在有效的時間內進入地層，而不在地面或井筒內凝固，交聯劑與調剖液就不能同時在一個攪拌池中攪拌，而是需要有一套單獨的添加裝置，這套裝置的核心設備就是計量泵。其主要用途是根據地層注塞段的需要來加注一定劑量的交聯劑。

3.4.2 要求

①計量泵的流量應具有手動調節或伺服調節兩種功能

②因交聯劑的劑量相對較少，所以計量泵的體積不宜過大;③進出管線的接口應相對合理，并且安全可靠;④機械效率高、使用壽命長，電控系統具有過載保護;⑤無論是在停車或運行狀態下，都可以對其行程進行調節。

3.4.3 結論

綜上所述，我們認為選擇一種排量為5～20L/H的JG型計量泵，完全能夠滿足施工的需求。

4 電控設備

電控系統是調剖施工設備中的一個重要組成部分，是為所有電力設備提供動力來源的基礎設施。其中包括動力導線、動力控制柜、變頻控制柜、壓力傳感器、電子流量計以及數據采集箱等。因此，在線路設計和設備選型上應采取合理的配制，以免造成不必要的浪費。

4.1 動力線路

4.1.1 動力線路的設計

動力線路是指整個流程中所有的電力設備的開關控制、導線以及照明和流程管線的冬季保溫系統。

4.1.2 動力線的選擇

①動力線路的選擇，應根據現場的實際情況與設備功率選擇相應直徑的電纜。②如無特殊要求，應選擇有塑料包皮銅芯電纜，帶金屬鎧甲的線纜為最佳。

4.1.3 鋪設方式

①施工中，應盡可能將線纜埋入地下;②如選擇無鎧甲電纜，應事先將電纜穿入鍍鋅鐵管中，然后再埋入地下;③當電纜需要橫穿公路時，應事先在路面上鋪設鋼管，將電纜穿過。盡可能避免高架線纜。

4.2 電路控制系統

4.2.1 低壓電器控制柜

①低壓電器控制柜是控制整個施工現場所有電路電器的開關和保護總成，要求箱體的體積要大，一般為1200×800×1600（長×寬×高），箱體的下方應安裝地腳螺絲將其固定在地面上;②控制柜外部應設有防雨、防塵土等設施，條件允許的情況下，最好將其安置在室內;③應根據施工現場的實際需求，分別設置幾個分路電器控制柜。

4.2.2 變頻控制柜

①作用：及時準確地調整電機轉速，有效發揮注聚泵的工作效率;②電路示意圖：變頻控制柜是由變頻器和其他電器元件（開關、電容、電阻、指示燈及電器儀表等）組成;③功率確定：應根據注聚泵的實際功率來選擇變頻器的大小。一般情況下，變頻器的功率略大于注聚泵的功率，如：注聚泵的功率為90kW，就應選擇一臺功率為132kW的變頻器;④安裝方式：由于變頻器的主要工作是控制三相感應電機的調速，對周圍環境及溫度要求較高。因此，在安裝時要與外界隔離，一般情況下，應將變頻控制柜安置在一個單獨的房間內。房內要求干燥且通風良好，并由專人負責看管。

5 結論

通過以上論述，調剖地面設備的加工制造可在國家、行業標準的基礎上，制定出一個相應的企業標準，并且形成自身的品牌，為企業的發展開辟出一條新的路徑。

施工單位一次性投入資金購買或加工制造該套設備，在工作量飽滿的情況下，一年內即可收回全部投入資金。而該套設備可連續使用5～10年，經濟效益非常可觀。

參 考 文 獻

[1] 萬仁薄，羅英俊.采油技術手冊（修訂本）第十分冊、堵水技術[M].北京：石油工業出版社.

[2] 王文斌，林忠欽，等，機械設計手冊2007版[M].北京：機械工業出版社.

[3] 劉一江，王香增.化學調制堵水技術[M].北京：石油工業出版社.

[4] 譚璋，孔凡群，等.化學堵水調剖工藝技術[M].北京：石油工業出版社.