电力排管安全施工方案

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电力排管安全施工方案范文第1篇

关键词：调剖;注聚泵;搅拌罐;储液罐;电控设备

中图分类号： TE357 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）33-166-3

0 引言

2007年年初，我们在冀东油田高尚堡油区先后配置了两套油田注水化学调剖的整体地面设备。由于是刚刚接触到这项新型技术，开始阶段，我们无论是在设计思想、设计理念，还是在设备的选型上基本是仿照其他油田的现场运转情况来确定自己的方案的。但是，问题很快就随之出现了。如：①由于搅拌罐与储液罐之间容积不相匹配，很容易造成搅拌好的液体不能及时的注入井下。严重时出现罐内凝结，造成了生产上不必要的浪费。②流程管线低压部分的软管内径与泵及罐体进出口不相匹配，有泄漏现象发生。③高压管线没有壁厚压力值计算书。④由于对注聚泵不甚了解，以至于在购买配件时，不能非常合理的兼顾到各部配件之间的匹配性。

几年来，我们以冀东油田（甲方）所提出的施工要求和施工方案为基本准则，不断地进行现场勘察论证，反复核对每一个相关的数据，在保证施工要求的前提下，对部分设备和流程上的零配件进行了重新设计。在零配件的互换性方面进行了大胆的改革。截至2014年底，我们先后为冀东油田调剖现场加工制造了20多套调剖作业的地面设备。为调剖施工单位创造出更好的经济效益做出了有力的保障。

1 地面流程的设计

在调剖施工中，地面流程设计是非常关键的一部分。它直接关系到调剖液是否能够顺利的注入井下。因此，我们以冀东油田（甲方）所给出的《施工设计方案》中的施工流程为蓝本，对流程中的低压管汇以及高压流程进行了必要的设计与整改。

1.1 单井的流程设计

单井调剖流程相对比较简单，其主要设备为3NB300-1.15/35注聚泵1台（排量5～7m3/h，压力25MPa）、14m3配液池（搅拌罐）1具、15m3储液罐1具、40m3储水罐2具（储存清水、污水各一具）、倒水用离心式水泵（排量50m3）2台、倒液用双螺杆泵（20m3）2台、单注塞计量泵（排量10L/h，压力4MP）以及部分高低压管线。

1.1.1 工作流程（见图1）

①取水源中的水（清水、污水）分别进入两个40m3储水罐中。

②用离心泵将40m3储水罐中的水泵入14m3搅拌罐中，从进料漏斗中加入化学药剂，用搅拌器将化学药剂与水搅拌均匀制成调剖液，再由双螺杆泵打入15m3储液罐中待用;

③打开储液罐下的球阀，用双螺杆泵将搅拌好并待用的调剖液传递给注聚泵。在此流程中加入回流装置，以防液体不能被注聚泵急时吸入。

④交联剂一般是由计量泵直接打进注聚泵的进口处，以防过早的与调剖液混合，发生凝结现象。

⑤利用注聚泵的高压（35MPa），将调剖液与交联剂的混合液体通过高压管线直接打入井内的地层中。

1.1.2 流程施工中的安装与调试

拿到甲方的施工井号和设计方案后，应根据现场的具体情况首先安排设备的摆放（注聚泵应摆放在距井口5～10米处）。根据设备的摆放情况设计出现场的低压区和高压区。低压区应距高压区5～15米。低压区内，储液罐与搅拌罐与清水泵、双螺杆泵之间的连接一般采用低压软管，低压软管直径以21/2″或3″为最佳。但是在低压区内，清水泵的出口与搅拌罐进料漏斗之间应采用2″由壬接口和高压软管方式连接。

高压部分是指从注聚泵出口到井口之间的硬管连接。所采用的管线主要以21/2″（φ73）油管或厚壁管为主，采用管扣式或卡箍式等连接方式，管线拐弯处使用高压弯头。在管线流程中设置回路，正常情况下，回路用平行闸板阀封闭。井口处应安装单流阀，以防井压倒灌。

1.2 单设备双井的流程设计

在现场的施工中，情况是千变万化的。有时在一个井场中同时有两口或两口以上的油井需要同时进行调剖（或调驱）作业。对于这种情况，如果我们还是按照单井调剖的方法来进行设备的配套，势必要增加生产投入，增加现场施工人员的劳动强度。而且有些井场因受场地面积的影响，不允许有摆放更多设备的空间。

鉴于这种情况，我们又对设备的流程进行了重新设计。在低压区内增加了一个分流装置（见图2）。使其能够利用一套搅拌罐和储液罐，既一个完整的低压系统同时供应给两个具有注聚泵的独立的高压系统，同时为两口相邻的井进行调剖（驱）作业。这样一来我们极大地降低了设备的制造成本，减轻了施工人员的劳动强度，同时也增加了双螺杆泵的利用率，减少液体的回流并起到了节约能源的效果。

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图2 双井单管汇流程图

1.3 高压流程管线壁厚的计算

高压流程管线主要是指从注聚泵到井口的这一段管线，这一段管线的最大理论承压值为35MPa，一般承压值不超过20MPa。其中的零件包括管线、短节、接箍、单流阀、高压弯头、卡箍四通、针阀以及平行闸板阀等。由于短节和接箍以及高压弯头等属于标准件，因此在设计过程中只许考虑管线的壁厚计算。在计算过程中主要按美国ANSI.B16.34中关于管线壁厚的计算公式：

SJ=1.5×+C （1-1）

式中：SJ――管线的壁厚（mm）;

Dn――管线的最大内径（mm）;

Pn――设计工作压力（35MPa）;

K1――壁厚系数（当Pn≥5Mpa时，K1=1）;

δ――许用应力，δ=2/3×δ0.2;

C――附加容量（一般情况下，C=1）。

1.4 高压管线中接头与接箍的设计与加工

高压流程中所使用的油管短节、油管接箍、卡箍及由壬等，一般情况下属于石油行业中的标准件，在设计与加工中按规定的标准执行即可。若有特殊形状要求的，在设计时其壁厚可按本文1.3中所给出的公式计算。油管扣应按API Spec 5CT中所规定标准进行加工和检验。

2 搅拌罐和储液罐的设计

2.1 搅拌罐的设计及加工

2.1.1 外形

搅拌罐的外观应设计为两端圆弧形结构。之所以要采取这种设计，主要是因为当池内调剖液在经过搅拌器螺旋桨搅拌时，液体不会因为有池内死角而搅不均匀。

2.1.2 容积

搅拌罐的容积应根据设计施工方案来确定。如：设计施工方案中给出的排量是5～7m3/h，为保持调剖液不凝结须每两个小时配一次液。那么，就可以将搅拌罐的容积确定为14m3或15m3。因此，即可确定搅拌罐的设计容积为：

Q=t・Q1+C （2-1）

式中：Q――搅拌罐的设计容积（m3）;

t――配液的间隔时间（h）;

Q1――设计注液排量（m3/h）;

C――容量增加值（通常情况下C=1）。

2.1.3 搅拌器桨叶直径和叶杆长度的确定

应根据罐体的高度和容积来确定。通常情况下，为保证调剖液能够充分地搅拌均匀，桨叶应距离罐底100～200mm，桨叶的直径应为罐体直径的1/2左右，两桨叶之间的距离不能大于2米。如果罐体的高度大于1.2米时，应设置上下两层桨叶，以保证调剖液能够被充分的搅拌均匀。

2.1.4 配料漏斗的制造与安装

因所配制的调剖液的化学材料是固体粉末状，所以需用高压水将其冲入

搅拌罐中。高压水嘴设置在圆锥形漏斗下方的圆柱体上，高压水嘴与进水管应在同一中心线上，误差不能大于0.5mm。加料漏斗应安装在搅拌罐的上方，安装的位置不能影响搅拌器的正常使用。同时应考虑施工人员操作的方便性。

2.2 储液罐的设计及加工

2.2.1 储液罐

储液罐的容积一般应大于搅拌罐1～3m3左右，以便于将搅拌罐一次搅拌出的调剖液能够全部装入。

由于调剖液比重较大，而且为了便于施工人员操作和观察，罐体设计的不宜太深，通常以1.1～1.3米为最佳。

2.2.2 储水罐

应根据施工井注液量的多少，来设计储水罐的容量。通常情况下应将储水罐容量控制在30～50m3为宜。

施工时，应采用双罐组合的方式，即一个储水而另一个使用，从而保证在施工中不会因为缺水而造成停产。

3 工业泵的选型

在调剖配套设备中，有一些设备或产品是必须由取得了国家和专业部门认证资格的厂家方可生产。这些产品包括：注聚泵、计量泵、双螺杆泵、离心泵、齿轮泵、高压配件以及低压软管等。这些设备必须要通过单位技术部门的选型和检验部门严格的检验，方可运抵施工现场进行使用。本章只介绍调剖施工中所使用的工业泵的选型。

3.1 注聚泵的选型

3.1.1 注聚泵在调剖施工中的主要作用及技术参数

①作用：利用注聚泵产生的高压，将已搅拌好的调剖液注入地层。

②技术参数：排量5～10m3/h，进口压力≤0.05MPa，出口压力≥25MPa，

电机功率≥90kW。

3.1.2 施工中对注聚泵的要求

①能够输送清水、污水等液体或含有酸、碱等物质的黏稠液体。

②泵效高、工作平稳可靠、操作方便、压力排量调节范围广且使用寿命长。

③在施工过程中，不能有停泵的现象发生，如有预见性停电时，停注前2个小时应停止添加各种交联剂，以防调剖剂在井筒内发生交联。

④若出现突然停泵或停电现象，应立即启用备用泵车和注水管线将调剖液全部顶入地层。

⑤为保证施工的连续性，应随时设有备用泵，以防因注聚泵自身出现故障造成施工中断。

3.1.3 结论

根据以上的要求，并通过我们在冀东油田高尚堡作业区施工一年来所总结出的经验，我们认为使用3DPAN125―6.7/35和3NB300―1.15/35两种型号的注聚泵，即可满足油区内所有注水井的调剖注液施工工作。

3.2 双螺杆泵的选型

3.2.1 双螺杆泵在调剖施工中的用途和技术参数

①用途：主要用于搅拌罐与储液罐和注聚泵之间调剖液的相互传递;②技术参数：吸入压力≤0.6MPa;排出压力≥1MPa;排量：>10m3/h;

3.2.2 技术要求

①在施工过程中，要求泵体应具有良好的自吸性能、均匀的流量以及较小的噪音。②运行中不能有停泵的现象发生，如有预见性停电时，应在停注前一小时内，用清水将泵内及相关管线内的调剖液冲洗干净;若发生突然停电，应急时用泵车将泵内的调剖液清理干净。③应备有一定数量的备用泵，一般情况下，每2～3口井备有一台备用泵，以防止泵内出现故障而造成停泵。

3.2.3 结论

综上所述，我们认为，选择一种排量在20m3/h左右的双螺杆泵能够满足施工的需求。因此我们在冀东油田高尚堡作业区的施工中选择了型号为2HMG280A-40的双螺杆泵。

3.3 清水泵的选型

3.3.1 用途与要求

①用途：储液罐与搅拌罐之间倒水;②技术参数：泵压：>0.6MPa;排量：20～50m3/h;③要求：进口部分与40m3储水罐相连接，出口部分与搅拌罐连接。

3.3.2 选型

①根据以上要求，一般选择离心式水泵或齿轮式水泵两种泵型。②选择排量50m3左右的清水离心泵为宜，排量30m3左右的齿轮泵为宜。

3.4 计量泵选型

3.4.1 用途

调剖施工中，为保证调剖液能够在有效的时间内进入地层，而不在地面或井筒内凝固，交联剂与调剖液就不能同时在一个搅拌池中搅拌，而是需要有一套单独的添加装置，这套装置的核心设备就是计量泵。其主要用途是根据地层注塞段的需要来加注一定剂量的交联剂。

3.4.2 要求

①计量泵的流量应具有手动调节或伺服调节两种功能

②因交联剂的剂量相对较少，所以计量泵的体积不宜过大;③进出管线的接口应相对合理，并且安全可靠;④机械效率高、使用寿命长，电控系统具有过载保护;⑤无论是在停车或运行状态下，都可以对其行程进行调节。

3.4.3 结论

综上所述，我们认为选择一种排量为5～20L/H的JG型计量泵，完全能够满足施工的需求。

4 电控设备

电控系统是调剖施工设备中的一个重要组成部分，是为所有电力设备提供动力来源的基础设施。其中包括动力导线、动力控制柜、变频控制柜、压力传感器、电子流量计以及数据采集箱等。因此，在线路设计和设备选型上应采取合理的配制，以免造成不必要的浪费。

4.1 动力线路

4.1.1 动力线路的设计

动力线路是指整个流程中所有的电力设备的开关控制、导线以及照明和流程管线的冬季保温系统。

4.1.2 动力线的选择

①动力线路的选择，应根据现场的实际情况与设备功率选择相应直径的电缆。②如无特殊要求，应选择有塑料包皮铜芯电缆，带金属铠甲的线缆为最佳。

4.1.3 铺设方式

①施工中，应尽可能将线缆埋入地下;②如选择无铠甲电缆，应事先将电缆穿入镀锌铁管中，然后再埋入地下;③当电缆需要横穿公路时，应事先在路面上铺设钢管，将电缆穿过。尽可能避免高架线缆。

4.2 电路控制系统

4.2.1 低压电器控制柜

①低压电器控制柜是控制整个施工现场所有电路电器的开关和保护总成，要求箱体的体积要大，一般为1200×800×1600（长×宽×高），箱体的下方应安装地脚螺丝将其固定在地面上;②控制柜外部应设有防雨、防尘土等设施，条件允许的情况下，最好将其安置在室内;③应根据施工现场的实际需求，分别设置几个分路电器控制柜。

4.2.2 变频控制柜

①作用：及时准确地调整电机转速，有效发挥注聚泵的工作效率;②电路示意图：变频控制柜是由变频器和其他电器元件（开关、电容、电阻、指示灯及电器仪表等）组成;③功率确定：应根据注聚泵的实际功率来选择变频器的大小。一般情况下，变频器的功率略大于注聚泵的功率，如：注聚泵的功率为90kW，就应选择一台功率为132kW的变频器;④安装方式：由于变频器的主要工作是控制三相感应电机的调速，对周围环境及温度要求较高。因此，在安装时要与外界隔离，一般情况下，应将变频控制柜安置在一个单独的房间内。房内要求干燥且通风良好，并由专人负责看管。

5 结论

通过以上论述，调剖地面设备的加工制造可在国家、行业标准的基础上，制定出一个相应的企业标准，并且形成自身的品牌，为企业的发展开辟出一条新的路径。

施工单位一次性投入资金购买或加工制造该套设备，在工作量饱满的情况下，一年内即可收回全部投入资金。而该套设备可连续使用5～10年，经济效益非常可观。

参 考 文 献

[1] 万仁薄，罗英俊.采油技术手册（修订本）第十分册、堵水技术[M].北京：石油工业出版社.

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[3] 刘一江，王香增.化学调制堵水技术[M].北京：石油工业出版社.

[4] 谭璋，孔凡群，等.化学堵水调剖工艺技术[M].北京：石油工业出版社.