张朋举1，李天君2，胡大玮3，邓生辉2，张佩玉2
（1.中国石油吐哈油田分公司机械厂，新疆 哈密839009；2.吐哈油田分公司工程技术研究院，新疆 鄯善838202；3.中国石油吐哈油田分公司鄯善采油厂，新疆 鄯善838202）
摘 要：为了研究适用于旧油管的除垢方法，以吐哈油田4个区块的油井为研究对象，对油管结垢机理进行了系统分析。提出了刮削除垢的原理，并根据实际井况条件，设计出了“简易移动式”和“工厂化生产式”两种除垢设备。对吐哈油田2 000根73mm（27/ 8in）油管进行了除垢试验，结果显示，在未采用机械除垢技术时，油管修复成功率为60.25%，应用机械除垢技术与油管工艺结合后，修复成功率提升了27%，达到87.25%。结果表明，采用该除垢方法可将油管结垢物清理干净，使油管内表面几何尺寸达到API SPEC 5CT第9版要求。
关键词：油井管；除垢；工艺
油管结垢是指在生产过程中，由于作业流体和产出液流经油管并在内壁逐步形成薄厚不一的碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐垢，以及盐垢、蜡和沥青质等形成的垢层[1]。油管结垢后容易造成油管过流面积变小，结垢物脱落会造成卡泵，影响油井正常生产及测试仪器的入井检测等[2]。为了降低采油综合成本，需要对结垢严重的油管进行清洗修复，以达到重复利用的目的。在油管修复时，一般会针对油管结垢质的不同制定相应的除垢工艺措施，以提高除垢效率，并保证油管内壁清洁、几何尺寸达到标准要求，满足油井的正常使用。传统的除垢方法，一般有酸洗、高压水处理、喷砂工艺等，这些工艺存在着安全与环境污染等弊端。为了克服传统除垢工艺的弊端，达到较好的除垢效果，本研究开发了一种采用机械刮削工艺处理油管结垢的方法。
吐哈油田已探明的油田区块以多断块、低渗透、弱挥发性油藏类型为主。油层埋藏深、开采层段长，油藏埋深2 500～3 200 m。油藏温度为81℃，温度梯度2.53℃/100 m，饱和压力在14～23 MPa之间。以吐哈油田所属的4个主要区块（温米某区块、鄯善某区块、丘陵某区块和吐鲁番某区块）为对象进行研究，发现地层水类型均为CaCl2、NaHCO3型，其详细参数见表1。由于采出水中富含HCO3－、Ca2+和Mg2+成垢离子，其中Ca2+离子浓度为100.57～644.02 mg/L，HCO3－离子浓度达到了380.53～811.73 mg/L，提供了结垢的基本化学条件。对结垢试样进行分析，结垢试样中各个组分的基本化学构成见表2。由表2可见，结垢物中有机质和酸的不溶物含量占很少比例，其余均为酸性溶解物。
表1 地层水类型分析
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表2 油管结垢物的质量分数%
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根据以上对结垢原因和结垢物的分析发现，结垢物通常情况下都是混合物。这种混合物有些对强酸比较敏感，可以采用酸洗工艺除垢。另外，如果采用机械除垢的方式也可以将油管内的结垢物处理干净。因此，可根据这两种除垢方式设计旧油管的修复工艺。
乘着改革开放的东风，伴随着上海转型发展的历程，1997年6月，上海市化工行业协会在上海化工产业转型升级的改革大潮中应运而生。自行业协会诞生的那天起，便将“服务企业、服务行业、服务政府、服务社会”作为工作宗旨，在全力推进上海化工创新驱动、转型升级、安全发展、绿色发展中发挥社会第三方服务职能。
由表2可见油管结垢样品中的主要化学成分，其中CaCO3、MgCO3和钢的腐蚀物三项占腐蚀结构样质量分数的74.34%，而这三种物质均能和HCl发生化学反应，其化学反应方程如下：
依据以上化学反应原理，采用30%HCl水溶液进行工厂化试验。试验在10 m×1 m×1 m（长×宽×高）的反应池中进行，用吊装作业的方式将10根旧油管浸入溶液中，24 h之后取出。酸洗旧油管修复工艺流程如图1所示。将分选的旧油管经过酸液浸泡之后，对油管进行校直处理，同时对螺纹进行检验。螺纹检测合格的进行水压试验，然后涂漆打包。若螺纹检测不合格，对螺纹端进行二次加工处理后再次检测，合格后进行水压试验并涂漆打包。批量试验结果表明，这种工艺可以将旧油管中的结垢物处理干净。
图1 酸洗旧油管修复工艺流程图
相关资料[3-10]显示，应用高压水射流、喷砂处理、钻通技术等虽然从原理上可以处理结垢物，但装置设计参差不齐，有些高压水射流和喷砂处理方式存在安全和环境污染等问题，而钻通技术作为旧油管的处理方式可以实现油管的除垢，且不存在二次环境污染，安全风险也较小。因此，本研究将钻通技术作为旧油管修复的关键技术，设计了旧油管修复工艺流程，如图2所示。采用热清洁处理作为钻通前的准备工序，可以保证钻通过程中，结垢物为固相。除垢完成之后，进行螺纹检测，检测合格后进行水压试验，然后涂漆打包。螺纹检测不合格的，进行螺纹加工处理，再进行螺纹检测、水压试验、涂漆打包。
图2 机械除垢旧油管修复工艺流程图
通过对比发现，这两种工艺都能成功修复旧油管，且修复效率较高。但酸洗工艺存在HCl挥发问题，污染环境，严重影响员工健康。另外，由于旧油管螺纹部位都有一定磨损，螺纹的完整性呈现多样化，浸泡时间比较难以掌握。如果浸泡时间控制不好，容易对螺纹部位再次造成损伤。酸液反应一段时间后，容易对相关的设备和工具造成损坏，而且用后的废酸液的处理比较困难。相对而言，机械除垢只要除垢关键工艺设计合理，处理装置得当，实施起来较为容易。
除垢装置根据工艺流程可以分为工厂生产线专用设备和简易移动式设备两类。其工作原理基本相同，工厂生产线专用设备只是在辅助工装和料架衔接位置设计工厂化的流转平台。简易移动式设备，可以在料场、现场灵活机动操作。
From Legal Identity to Convergence of Commercial Laws
按照图2的工艺流程，旧油管分选完成后，采用热清洁处理。设计的热清洁处理温度要低于钢的去应力退火温度，即处理温度为300℃。因为在该温度下，油污被氧化分解，水分被蒸发，然后应用机械刮削可以较为彻底的清理油管内壁。除垢动力总成原理如图3所示，除垢刮削头结构如图4所示，油管机械除垢原理如图5所示。采用机械刮削方式除垢时会产生大量的粉尘，因此在设计时要增加除尘装置。为了提高除尘效率，采用负压收集粉尘。
图3 除垢动力总成示意图
图4 除垢刮削头结构示意图
图5 油管机械除垢原理示意图
工作时，可以使除尘端油管内腔压力降低到0.007 8～0.01 MPa之间；气马达的工作压力≥0.65 MPa，空转转速2 100 r/min。除垢动力总成由通径动力组件、气马达、扶正装置、气路软管等组成，扶正装置的长度参考API SPEC 5CT标准（1 067mm）。除垢刮削头结构设计时要预留硬质合金刀块的安装位置。
工厂化旧油管除垢装置如图6所示。工厂化设计的主要目的是将图4所示的除垢动力集成在传动线上，采用气源为动力，Φ36mm×6mm无缝钢管为压缩空气输送管线。在辅助装置自走式电机的带动下，除垢动力组件中的旋转头在气马达的驱动下，高速旋转进入旧油管内。在自走式电机的驱动下通过油管内腔，另外一端安装固定式布袋除尘系统，可将粉尘吸附处理。处理完成之后的油管进入下料台架，等待进入下一道修复工艺。
在传统模式下，无论任何事情都需要人员亲自来完成，不仅耗费大量时间，而且最终效果不是很好。为了改善这种情况，要坚持与时俱进理念，引入信息化技术，和实际工作有机结合在一起，有利于提高整体水平。施工中会涉及到大量数据信息，例如材料、人员、制度等，管理起来比较麻烦，通过建立信息化平台可以实现统一管理，大大提高了效率和质量，准确了解工程进展情况。技术是处于不断变化之中的，所以要树立起创新意识，才能保证自身的先进性。人员要对计算机设备可以灵活运用，按照规定去操作，保证电气工程建设的高效推进。
图6 工厂化旧油管除垢装置示意图
图7 油管除垢效果照片
油管除垢效果照片如图7所示。在分选旧油管时，应按损坏类型严格分类。如挑选出有“死堵”现象的旧油管，先采用热清洁工艺将旧油管内的油污完全焚化，并烧结成块状，随后采用机械除垢方式进行除垢，除垢平均速度1根/min。对比图7除垢前后照片可以发现，除垢效果明显。除垢完成后对油管螺纹进行检测，合格即可进行水压试验，否则按图1工序进行后续加工。
对阳极泥尾矿进行XRF分析，尾矿中共有二十种元素，其中主要金属元素为Pb、Ba、Ag、Sb、Au，主要非金属元素为S、O、Cl、Si等。对重要元素进行定量分析，阳极泥尾矿中Au含量为0.28%，Ag含量为9.04%，Pb含量为26.72 %，分析结果见表1所示。
在未采用机械除垢技术时，对吐哈油田的2 000根旧油管进行修复，修复成功1 205根，修复成功率为60.25%。应用该技术与油管工艺结合后，对吐哈油田2 000根Φ73mm严重结垢的油管进行修复试验，修复成功了1 745根，修复成功率达到了87.25%。对比发现，采用机械除垢技术，可使油管修复率提高27%。
（1）对吐哈油田地层水类型及油管结垢物进行分析，掌握了油管结垢物的基本性质和结垢机理。
（2）对比分析了两种除垢工艺，认为机械除垢适应性较好。设计了一种机械式除垢装置，能够以“简易移动式”和“工厂化生产式”两种方式生产，并且以气源为动力附带除尘装置，进行试验之后效果良好。
（3）将该除垢方法结合油管修复工艺应用之后，吐哈油田旧油管的除垢效率提升了27%，修复成功率达到了87.25%。
③改造期间的效益损失应根据项目实施时段确定。由于该部分效益损失在现金流量的时间序列中非常靠前，会对评价结果带来较大影响，应认真研究。
参考文献：
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Research and Application of Scale-removal Method for Used Tubing in TUHA Oilfield
ZHANG Pengju1，LI Tianjun2，HU Dawei3，DENG Shenghui2，ZHANG Peiyu2
（1.Machinery Plant,CNPC Tuha Oilfield Company,Hami 839009,Xinjiang,China；2.Engineering and Technology Research Institute of Petro China Tuha Oilfield,Shanshan 838202,Xinjiang,China；3.Shanshan Oil Production Plant，PetroChina Tuha Oilfield Company，Shanshan 838202，Xinjiang，China）
Abstract:In order to study the descaling method applicable to old oil pipes，the oil wells in the four blocks of Tuha Oilfield were taken as the research object，and the mechanism of tubing scaling was systematically analyzed.The principle of scraping and descaling is put forward，and according to the actual well conditions，two kinds of descaling equipments such as simple mobile and factory production are designed.The descaling test was carried out on 2 000 tubings of 73mm.The descaling method combined with the tubing repair process will increase the descaling efficiency of the old tubing in Tuha Oilfield by 27%，and the repair success rate will reach 87.25%.The results show that the descaling method can clean the tubing scale and make the inner surface geometry of the tubing meet the requirements of API SPEC 5CT 9th Edition.
Key words:tubing;scale-removal;processing
中图分类号：TE931.2
文献标识码：B
DOI：10.19291/j.cnki.1001-3938.2019.1.005
作者简介：张朋举（1983—），男，陕西礼泉人，硕士，高级工程师，主要从事空心抽油杆的制造与应用工作。
收稿日期：2018-11-02
编辑：杨军
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