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油田生产安全技术: 第五章 采油生产安全技术

第六节 油田注水生产安全技术

　　一、 油田注水生产概述

　　(一)油田注水的意义和方式

　　1．油田注水的意义
　　油田投入开发后, 如果没有相应的驱油能量补充, 油层压力将随着开发时间, 逐渐下降, 引起产量下降, 使油田的最终采收率下降。经过油田注水, 能够使油田能量得到补充, 保持油层压力, 达到油田产油稳定, 提高油田最终采收率的目的。

　　2．油田注水方式简介
　　根据油田面积大小, 油层连通情况, 油层渗透性及原油粘度等情况, 可选择不同的注水方式。
　　(1)边外注水
　　在含油层外缘以外打注水井, 即在含水区注水。注水井的分布平行于含油层外缘, 采油井在含油层内缘的内侧, 并平行于含油内缘。边外注水对于面积不太大、 油层连通情况好、 油层渗透性好、 原油粘度不大的油藏比较合适。
　　(2)边内注水
　　鉴于边外注水不适合大油田, 提出边内注水方式, 即在含油范围内, 按一定方式布置注水井, 进行油田开发。边内注水又分以下形式:
　　①行列式内部切割注水: 即用注水井排将油藏人为地分割成若干区, 每个区是一个独立的单元, 在两排注水井之间布置成排的油井。
　　②环状注水或中央注水: 注水井呈环状布置在油藏的腰部, 因此又称腰部注水, 适用于面积不太大, 油藏外围渗透性变差, 不宜边外注水的油藏。如边外渗透性好, 也能够同时配合以边外注水。
　　③面积注水: 注水井和生产井按一定几何形状均匀分布方法为面积注水。它是一种强化注水的方法。
　　按注水井与生产井的井数比例和相互配布位置的不同, 可构成不同的注水系统, 如三点法、 四点法、 五点法、 九点法等等, 这种方法注水可使一口生产井受多口注水井的影响, 采油速度比较高。

　　(二)注水井布井方法及井身结构

　　1．注水井布井方法。根据油田开发方式及注水方式, 选择最合适的布井系统。
　　(1)网状布井。网状布井分为三角形井网和正方形井网两种。两种形式比较, 在同样面积上, 用同样大小的井距布井, 三角形井网的井数比正方形井网多15．4％。
　　(2)排状或环状布井系统。这种布井系统适合用于水压驱动方式的油藏, 水、 气混合驱动方式的油藏, 油层倾斜角陡的重力驱动方式的油藏以及采用排状或环状注水及顶部注气的油藏。网状和排状布井系统有时也结合起来用。

　　2．注水井井身结构
　　注水井井身主要由导管、 表层套管、 技术套管、 油层套管等组成。导管用来保护井口附近的地层, 一般采用螺纹管, 周围用混凝土固定。表层套管用以封隔上部不稳定的松软地层和水层。技术套管用以封隔难以控制的复杂地层, 保证钻井工作顺利进行。油层套管的作用是保护井壁, 造成油气通路, 隔绝油、 气、 水层, 下人深度视生产层层位和完井的方法来决定。一般采用4″～6″套管。

　　二、 注水井生产安全技术

　　(一)注水井投注及安全技术

　　注水井从完钻到正常注水, 一般要经过以下几个步骤。

　　1．排液: 排液的目的是为了清除井地周围和油层内的”赃物”; 在井地附近造成适当低压带, 另外靠弹性驱动可采用一定的油量。排液时应做到以下几条:
　　(1)排液的程度以不破坏油层结构为原则, 含砂量应控制在0．2％以内。
　　(2)排液前, 必须测井压及井温以便为试注提供依据。
　　(3)油水边界外的注水井排液时, 要求定时取水样和计算产水指数。
　　(4)应以排净井底周围的”污物”为目的, 同时, 还要确定注水的排液时间。

　　2．洗井: 注水并排液结束后, 在试注之前, 应进行洗井。目的是为了把井底的腐蚀物、 杂物等冲洗出来。避免油层被脏物堵塞, 影响试注和注水效果。

　　2．注水井洗井
　　(1)注水井洗井: 新注水井排液后, 试注前要进行洗井。注水井注一段时间, 也要进行洗井, 经过洗井, 使水井、 油层内的腐蚀物、 杂质等赃物被冲洗出来, 带出井外。避免油层被赃物堵塞, 影响试注和注水效果。一般在以下几种情况下, 必须洗井:
　　①排液井转入注水前(试注前);
　　②正常注水井、 停注24h以上的;
　　③注入水质不合格时;
　　④正常注水井, 注入量明显下降时;
　　⑤动井下管注后。
　　洗井方法一般分正循环和反循环或称正洗和反洗。即洗井水由油管进入, 从套管返出地面为正洗, 反之, 为反洗。对于下封隔器的注水井只能反洗。
　　(2)洗井水对环境的影响: 注水井洗井用水量一般需几十立方米, 洗井放出的污水, 对没有洗井水回收管线的油田, 一般直接排放流人大地, 或放进水池里, 对环境影响很大, 特别是人口密集区或农田, 情况更为严重。近年来, 油田洗井研究出专门用于注水井洗井处理装置, 由水处理车将洗井出口的污水直接处理, 循环洗井, 直到出口水水质合格为止, 这样避免了洗井水外排对环境的污染, 并减少水资源的浪费。

　　3．注水井增注
　　在一个注水系统中, 由于地质情况的差异, 注水井洗水能力各不相同, 注水压力相差较大时, 一般采用提高注水泵泵压, 调整注水井阀门, 控制注水井的注水压力和排量。当少数井需要高压时, 在满足多数井的压力需要情况下, 对高压注水井则采用单井或几口井增压方法解决, 这样可提高注水系统效率, 减少能耗。
　　根据注水井压力和排量, 选择合适的增压泵, 将注水站提供的已具有相当压力的水, 再次升压, 保证注水井的需要。

　　4．注水系统设备腐蚀和防腐
　　(1)注水井对设备的腐蚀: 任何金属设备都存在腐蚀问题, 而在注水系统中, 金属设备直接同注入的水接触, 腐蚀尤为严重。注水系统的金属设备腐蚀, 主要形式为电化学腐蚀。电化学腐蚀有可分为全面腐蚀和局部腐蚀, 不论那种腐蚀, 都减弱了金属的机械性能, 都将给设备带来危害。在注水系统中, 水中溶解氧、 二氧化碳、 硫化氢、 溶解盐类等含量, 直接影响金属设备的腐蚀, 还和水的温度和流量有关。
　　(2)注水系统的防腐技术: 解决注水系统腐蚀的主要技术有以下几种。
　　①设备合理选材或进行特殊处理。例如, 能够采用耐腐蚀的合金材料或非金属材料, 如不锈钢, 工程塑料和玻璃钢等, 代替一般的碳钢。同时, 对碳钢材料采用防腐处理法, 如水泥砂浆衬里, 玻璃钢衬里或其它防腐涂料等方法, 都能够有效的缓解水对设备的腐蚀。
　　②改变介质状态。可采用各种方法降低注入水中溶解气体(如H2S、 CO2, O2等)的含量, 改变pH值, 使其更接近中性, 使注水水质达到规定的标准, 同时, 应尽可能降低水的温度。
　　③阴极保护。应用电化学原理, 使足够量的电流经过浸于水中的金属, 以阻止设备的腐蚀。
　　④投化学药剂。即在注入水中, 投加缓蚀剂, 以抑制腐蚀。

　　三、 注水站生产安全技术

　　(一)注水站的作用和组成

　　注水站的作用是把供水系统送来或经过处理符合注水水质要求的各种低压水经过水泵加压变成油田开发需要的高压水, 经过高压阀组分别送到注水干线, 再经配水间送往注水井, 注入油层。
　　注水站主要有储水罐, 供水管网、 注水泵房、 泵机组、 高、 低压水阀及供配电、 润滑系统、 冷却水系统组成。

　　(二)注水站安全技术

　　鉴于中国油田注水站, 大部分采用离心式注水泵为主, 本文主要叙述离心式注水泵注水站的安全操作。

　　1．注水泵启动前的准备
　　(1)向亡级调度请示、 并与相关单位或部门联系。
　　(2)检查润滑油系统、 油箱油位应在标尺刻度的1／2～2／3范围之间, 应盘润滑油泵3～5转、 转动灵活、 无异常现象。倒好润滑油循环流程, 启动润滑油泵、 将总油压调到0．15～0．25MPa, 分油压调到0．05～0．08MPa, 使轴瓦温度在35～45℃之间, 降低油压自动切换开关投入使用, 并试验低电压报警显示。
　　(3)对于停电24h以上的电动机, 应由电工测量电动机绝缘电阻值, 额定电压为6000V的电动机, 用2500V级的摇表测量电动机定子线圈的绝缘电阻, 在电机热状态下每千伏绝缘电阻值应不小于1MΩ。
　　(4)带绝缘手套, 合进线柜甲、 乙隔离开关, 合进线柜油开关。观察电压应在5700～6000V范围之内, 测三相电压应平衡, 各仪表及断电保护完好, 检查直流电流电压应为24V。
　　(5)断开隔离开关, 合上电源开关, 打开油开关及合闸机构, 对跳闸机构进行试跳, 应灵活。
　　(6)站内注水流程的准备, 包括检查来水压力不得低于0．08MPa, 注水罐水位应在中水位以上。打开储水罐进出口阀门, 打开泵进口阀门和过滤器排污阀门, 冲洗排净后, 关闭阀门。打开泵出口放空阀门, 空气放净后关闭。
　　(7)检查轴瓦油位, 应保持在观察孔的1／2～2／3位置, 油质合格, 打开轴瓦冷却水进出口阀门, 检查盘根盒内无杂物, 盘泵3～5圈, 检查低水位, 保护是否好用, 下泄水管畅通无阻。
　　(8)对风冷电机, 要打开电机通风道挡板, 对水冷电机, 应先打开电机冷却水进出口阀门, 进水压力控制在0．12～0．15MPa, 进口水温不超过30℃。
　　(9)检查与机泵启动有关的仪器、 仪表。

　　2．注水泵启动过程中的安全技术
　　(1)启动时必须一人操作, 一人监护, 非操作人员应距机泵5m以外。
　　(2)应得到变电控制室允许启动信号后, 方可按操作规程作业, 不能强行启动机泵。
　　(3)泵启动后, 一定要待泵出口压力超过额定工作压力时, 迅速打开泵出口阀门。
　　(5)电机启动后, 瞬时又停机, 或启动后, 发现电流泵压波动较大、 整机震动或有其它机械摩擦等需要立即停泵。停泵后, 必须查明原因方可进行第二次启动, 间隔时间不应少于30min。

　　(三)注水站的劳动保护

　　注水站的工作环境为高电压、 高水压和高噪声, 因此, 注水站应注意以下劳动保护:
　　(1)电柜, 接电箱等强电要有专人负责, 控制屏前后有绝缘隔板, 电器的维护应有电工进行, 两人上岗操作, 电开关上要有明确开关指示牌, 应保持电器设备不受潮湿。
　　(2)杜绝设备的漏失, 特别是高压水的泄漏, 法兰、 阀门等连接要牢固, 防止高压水突然滋出, 电机轴头和水泵间的靠背轮有固定的护罩。
　　(3)应采取有效措施, 控制泵房内的噪音, 防止噪音危害, 保障工人身体健康。工作地点的噪音标准为85dB以下, 现有企业的注水泵房暂时达不到标准的, 应不超过90dB, 值班室内噪音应在75dB以下。
　　(4)上岗工人应穿工服、 工鞋, 女工要戴工帽, 电工作业时应戴绝缘手套和绝缘工鞋。

　　(四)注水系统高压管网运行安全技术

　　油田注水, 主要经过注水管线分配、 输送。注水管网要经常承受13．0MPa左右的高压, 而且管线又大部分埋人地下, 长期受到管内水和外部土壤两个方面的腐蚀。受这些因素影响, 给注水管网的长期安全运行带来了一定的难度, 因此若保证高压注水管网的安全运行, 应做好以下几个方面的安全检查管理和维护、 保养工作。
　　(1)投产运行前一定要按规定进行强度和密封性试压, 经检查验收合格后, 方能通高压水冲洗管线, 以防泄漏故障发生。
　　(2)北方油田冬季投运管线, 要先送风, 验证管线畅通才可通高压水, 以免憋压或水在管内冻结。
　　(3)在通高压水运行后, 要全面检查, 特别是每处法兰、 盘根及连头焊口, 发现刺、 渗、 漏要停水处理。
　　(4)已投入运行的管网, 应注意异常现象, 如内防腐层的脱落, 阀件损坏, 腐蚀结垢等, 发现情况要进行调查分析排除故障, 停水修复, 投加缓蚀防垢药剂等。
　　(5)定期检查腐蚀情况, 投产后3～5年或按设计年限, 用测厚仪检查管线壁厚, 特别是在泵房、 阀组间等地面上管线进行检测, 发现局部腐蚀严重管段进行更换大修, 以防止高压水泄漏。
　　(6)埋地管段的复土、 外防腐情况应定期检查保持完好, 对外腐蚀严重的地段要重点检查。
　　(7)运行中避免死水段, 防止冬季冻堵。
　　注水高压管网中的高压阀门的开关操作安全技术:
　　(1)每次操作前都要检查法兰、 卡箍、 丝扣、 螺栓、 垫子(或钢圈)和盘根是否良好, 发现异常先排除再操作。
　　(2)操作时一定要站在手轮或操作杆的侧面, 避免丝杠手轮打出伤人。
　　(3)开关阀门发现阀板(球)的动作有阻卡现象时, 要判断清楚, 再进行操作。
　　(4)开关完后应回1／2～3／4扣, 以便下次容易操作, 在发生阀板(球)刺损或阀体底沉积物造成关不严时, 不能采取加大压力杆负荷, 强关造成阀件损坏。
　　(5)电动阀上、 下限位一定要进行调试、 开关灵活、 保证操作安全。
　　注水系统中储水罐密封呼吸阀安全技术:
　　(1)投产前必须按设计数据进行调试, 达到吸气、 排气灵活。
　　(2)配套的液位仪表也应调试准确运行数据可靠。
　　(3)运行后应按规定进行检查维护, 确保灵活可靠。
　　(4)在温度零下以后应对呼吸阀和引压管进行保温, 以防冻结而造成系统失灵、 引起故障。

　　四、 污水处理站生产的安全技术

　　(一)污水处理站的作用

　　油田的污水包括采出含油污水和地表污水, 由于油田生产需要大量的水, 并对所用水水质提出各种指标要求, 以保证油田生产用水安全和有效, 由此产生了污水处理这一环节。不论是含水污水还是地面污水, 其处理的目的都是为了解决三个问题:
　　(1)避免污染和堵塞油层, 提高水驱油效率。
　　(2)防止或减缓井筒和地面管网、 设备的结垢和腐蚀。
　　(3)水资源的有效利用及减少对环境的污染。

　　(三)污水处理站的安全技术

　　污水处理站的真空泵、 清水离心泵、 加药泵、 搅拌机、 过滤罐、 沉降池(罐)等设备装置都应建立健全操作规程, 定期对岗位工人进行安全教育和培训, 严格按技术规程操作和管理。

　　1．机泵设备的安全操作
　　机泵在启动前应进行如下项目的检查:
　　(1)检查供电线路, 检查电机的接地, 对停运24h的电机, 应测电机的绝缘电阻(不低于0．5MΩ)。
　　(2)检查机泵的各部件紧固可靠、 对密封部位进行调整, 要求润滑良好, 盘动机泵无故障、 无障碍物。
　　(3)机泵的各种检测仪表齐全完好, 安全保护罩及保护设备完好, 倒好工艺流程。
　　机泵起动后, 应检查电机的电流、 电压等是否正常, 检查机泵设备的运转情况, 如轴承温度、 润滑情况, 盘根密封及整机振动情况等。确认一切正常时, 方可进行下步操作。

　　2．含油污水站除油罐的安全管理
　　含油污水的除油, 主要设备有重力式沉降除油罐和重力式斜板除油罐两种。斜板除油罐和重力式沉降除油罐结构基本相同, 仅在罐中部多了一层倾斜安装的板, 提高了除油效率。
　　新除油罐运行应注意:
　　(1)应先按设计要求, 检查施工质量, 确保工艺流程正确无误, 并经过清水试压。
　　(2)检查中心反应筒的排污阀及其它阀门是否关严。
　　(3)先打开罐的进口阀门, 让水从进口管道进入中心反应筒, 当罐内水位达到出口高度时, 打开出口阀门, 投人生产。
　　(4)正常生产过程中, 凡与中心反应筒相连的排污阀, 一定要关严, 绝对避免反应筒外部液位高于内部, 防止反应筒被挤扁压坏。
　　(5)停产放空操作时, 也应避免挤坏中心反应筒, 应先放尽罐内反应筒外水, 再放中心反应筒内水。

　　(四)污水处理常见药剂与劳动保护

　　1．污水处理常见药剂
　　为使各种达到注入油层或排放标准, 提高水处理效率和效果, 在对水的处理过程中, 投加各种药剂, 如缓蚀剂、 阻垢剂、 杀菌剂、 絮凝剂、 脱氧剂、 净化剂等。各种药剂可同时投加, 也可单独投加, 近几年又研制出综合性能的复合药剂。

　　2．投药的劳动保护
　　不论哪一种药剂都有不同程度地对环境和人员的影响, 如果使用不当, 都会对操作者有所损害, 因此, 应十分注意劳动保护。首先, 药剂的拉运和保存, 应按照药剂的说明, 对于包装不合格或已经破损的包装, 应采取措施, 妥善处理。在药品搬运或投加操作时, 操作者应穿戴规定的工作服, 作业过程应注意平稳, 并严格按规则有序进行, 尽可能避免药剂与皮肤接触。加药完成后, 应清理加药过程留漏的药剂, 竟用过的药剂包装袋或容器及粘有药剂的物品清理好, 妥善放置、 处理、 不能与其它物品混放。当操作者皮肤接触药剂时, 应当立即清洗干净。