石油学院本科生毕业设计（论文）.doc

1摘 要主要介绍注水井洗井的现状。在油田注水井污染问题严重，同时也浪费了大量水资源和落地原油的情况下，洗井车的设计、生产起到的作用。它是应用水力旋流器处理洗井混合液是油水两相分离开，以往用的水利旋流器不能很好的分离水和原由，将采用动态水力旋流器，来达到更好的油水分离效果，提高水和原油的利用率。油田用洗井车是注水泵高压打出的混合液送入动态水力旋流器，分离出原由和水固体混合物。水固体混合物从出水口出来经过两次过滤以后进入水箱。注水泵再把处理过的水回注到井下形成循环作业，还可以利用水箱中的水清洗各设备。整体设备的动力源由汽车发动机提供，经过变速箱转换成各泵和动态水力旋流器所需要的动力。关键字：1.动态水利旋流器；2.洗井液；3.油水分离；4.注水井；5.水污染6.注水泵2第 1 章 第 2章 80- . . 20 6,7 , 10 9,3 . 2,3% , 13%, , , 2020 . 40 4% . 30 1 . « , ». -, 2 600 . . -, - . , 2 1 . . . 60 . 1 1 300 , 5 -. 1,5 .- 8 , ' .：1. ;2.G ;3. ;4. ;5. ;6. 3目 录摘要 目录.第一章 绪论.11.1 油田注水井洗井现状11.2 现有洗井装置.3第二章 洗井车方案设计52.1 洗井车结构组成.52.2 主要结构参数.62.3 工艺流程.72.4 性能7第三章 水力旋流器结构设计.83.1 水力旋流器介绍.8 3.2 结构及工作原理.103.3 结构性能设计.113.4 动态水力旋流器的速度场.193.5 影响动态水力旋流器分离特性的因素.213.6 操作参数之间的关系.23结论.28参考文献.29致谢.304第一章 绪论1.1 油田注水井洗井现状目前,油田洗井多采用将洗井污水直接排入井场土油池的做法,这种方法由于排放的污水未作任何处理,导致油、水资源浪费大,环境污染严重。洗井具有较大的污水排放量,单井可达到 1303,而且排放的污水中含有大量的泥沙和原油。直接外排对大气、地表水及土壤环境造成污染,严重影响了企业和地方政府及居民的正常关系,也影响了岗位员工的身体健康。同时,由于大量的含油污水在洗井过程中直接排放,造成油田油、水资源的浪费。鉴于注水井洗井污水存在的以上问题, 给油田环境保护管理带来了诸多麻烦,急需对洗井污水进行治理。各油田充分认识到环境保护是我国的基本国策,保护生态环境是企业义不容辞的责任,是企业经济效益和社会效益的统一,更是关系到国计民生的大事。加强环境污染治理,管好环境保护设施,并使之长期正常稳定运转,发挥投资效益,是企业领导的责任。为此,采油四厂组织有关部门在大量深入细致工作的基础上,提出了采用车载式设备就地处理注水井洗井污水,并回注地层或进入注水干线,确保含油污水不落地的方案,并组织专家进行了可行性论证。油田注水井洗井主要是为了保持地层的吸水性。注水井注水一段时间后,由于水中的悬浮物、机械杂质等在井筒和炮眼附近聚集,可能造成地层吸水能力下降或注水压力升高,还可能造成注水井不能进行正常的投捞测试,严重的需要上水井调整作业。注水井洗井可以清除井筒内的聚集物,并通过油层微吐的方法,减少炮眼附近油层的污染,是注水井保持地层吸水能力有效而经济的办法,是提高注水效果、减少油层污染的重要措施之一。注水井洗井污水,是油田主要的污水和污染源,污水外排造成巨大的资源浪费和环境污染。因此,注水井洗井污水处理技术得到日益重视,并取得了一定的成果。目前对油田洗井污水的处理方法主要有四种。(1)建设单独的洗井污水回收管线。这种洗井污水处理方式基建投资大,与注水管线投资水平相等,有两种方案,可以降低基建成本,一是建临时污水回收管线,二是在主要注水井排铺设固定管线。铺设固定洗井管线的洗井污水处理方法主要在大面积的丛式井开发区块中应用,多井共用一条洗井管线,可以降低单井投资费用,提高管线利用率。目前,冀东油田采用了这种处理方式,该油田的油水井被农田和渔场包围,多采用定向井,每个采油平台上分布 710 口丛式井,在平台上建5一条单独的洗井管线,多口井共用一条管线,提高了管线利用率,既解决了洗井问题,又保护了环境。对单独分布的井区而言,这种处理方式基建投资高,管线利用率低。(2)注水井洗井污水进附近的油井集油管线。这种洗井污水处理方式无环境污染,投资较少,但受油井管线直径的限制,部分井洗井排量达不到要求。管线连接工作量较大,洗井劳动强度大,洗井造成油井回压增高,对产量有影响。洗井污水成分复杂,对油处理系统产生不利影响,增加了洗井污水的处理费用。2002 年以来,大庆油田在洗井污水进油井集油管线应用方面做了大量的研究工作,使该种方法日趋完善。现场试验表明,注水井外排污水进附近油井集油管线,工艺简单可靠,投入少。在保持油井生产条件下,当注水井的洗井排量为 253/时,如果集油管线内径为 53,油井集油管线的长度应在 305以内。采用这种洗井污水处理方式洗井的费用较低。主要应用于油水井之间视野开阔平坦、无宽或深的排水沟渠及软管不需跨公路的地区,以便于连接及观察软管有无憋压现象,该方法推荐应用于老区密井网开发的区块。(3)洗井污水罐车拉运集中处理。这种污水处理方式设备投较资少,应用范围广。目前单井洗井污水量一般在 1502003 左右,罐车容量为 153,但洗好一口井罐车往返次数多,不安全隐患较大。冬季采用罐车洗井,污水中的油凝固后无法排放,因此冬季无法洗井,且洗井效果无法保证。集中到污水处理站的洗井污水,将影响污水处理站的处理效果,尤其是老化油对油系统的平稳运行影响最大。该种洗井污水处理方法推荐在外围低渗透油田、洗井污水量少及洗井排量较低的注水井中使用。(4)采用活动处理设备。国内注水井洗井活动处理设备在发展过程大致可划分为三个阶段:第一阶段是由吉林油田和华北油田研制的洗井车 组,由三车构成。第二阶段针对东部老油田的注水井情况研制的单车洗井车。第三阶段是 2001 年大庆某油田针对东北高寒地区开发研制的新型注水井洗井液就地处理设备(洗井车),由泵车和处理车构成。该套洗井装置自 2001 年 10 月投入现场试验以来,共试验应用 106 井次,水质检测 52 井次,对其中 11 口井进行了详细化验,处理后洗井液平均含油 7 23/,悬浮物平均含量为 4 18/。试验结果表明,注水井洗井液可移动处理装置对含油、含砂较高的洗井液具有很强的适应性,净化分离效果好,设备达到了洗井需要的机械动力性能,洗井液处理后达到了注入水水质要求。注水井的洗井问题一直是我国陆上油田长期未解决的问题之一,它直接影响到油田的生产和环境保护。目前采用的洗井技术可分为 2 类:固定式洗井流程,主要分为两管流程和三管流程,即利用注入高压水或专门敷设洗井管线进行洗井,6洗井液经洗井液回收管线将污水回收到污水处理站进行处理;活动式洗井流程,即利用泵车和水罐车进行洗井。采用固定式洗井流程,通过多年的实践,暴露出许多问题,主要表现在如下几方面:)管网投资大,钢材耗量大。)利用高压注水系统的水洗井能耗高,洗井时影响注水系统效率。以双河油田为例,注水平均压力 14,注水单耗 8.5·/3,而洗井平均压力为6,洗井流量为 25303/,致使注水系统压力波动大,直接影响周边注水井的正常生产,导致产液量下降。)洗井回收液物性复杂,进入联合站污水处理系统后,增加了处理负荷和处理难度,直接影响到污水处理系统的出水水质。)洗井过程不便于控制排放量。采用固定式洗井流程,只能在配水间控制洗井流程,当遇到地层压力较高、吐水量大、返砂严重时,不便于控的制井口返出水量。以大港油田第一采油作业区为例,由于该区地层返砂严重,致使建造的洗井液回收管线全部堵死而无法使用。我国东部油田(如胜利、河南及江苏等油田)的部分边远零散注水井在建设时没有安装洗井液的处理设施。目前,这些注水井要么长期不洗井,部分边远零散注水井在建设时没有安装洗井液的处理设施。目前,这些注水井要么长期不洗井,要么洗井后洗井返出液只能排入井场污水池或用罐车回收,因此注水井的洗井水量受到限制,井筒内机杂(砂及沉淀物)及含油不能彻底排除,造成洗井质量差;加之许多边远注水井处于农作物种植区,注水井因环境状况限制,基本不能进行正常的洗井。1.2 现有的洗井装置注水井洗井主要依靠靠移动式注水井洗井污水处理设备进行处理,洗井效果既达到了洗井的技术要求,又解决了环境污染问题。该种处理方式具有环保、操作简便、工人劳动强度小和二次处理液少的优点。该种洗井污水处理方法在位于厂区、家属区内及油水井井距大等无法连接到附近油井井口的注水井中应用。解决上述洗井问题,改善井下油层堵塞污染状况,达到有效注水、保护环境的目的。 车载式装置的结构与特点洗井污水处理装置采用车载结构,主体由供液泵车、洗井污水处理车及连接管线组成。工业泵车采用11602462 红岩汽车底盘,前部装有水箱,中间安装减速箱并用联轴器与卧式三缸柱塞泵连接,后部安装1、2 级过滤器。整个上装部分由管汇连接,并安装有储能器、压力表、安全阀、7流量计等部件。洗井污水处理车采用红岩1261汽车底盘,上部装有旋流除砂器、液液旋流器、静态混合器、污油回收池、小型发电机组及加药泵、多相流组合式沉降器等水处理装置。为方便单井应用,适应井场道路,整套处理设备安装在两辆车上,车辆选用动力性能、越野性能较好的红岩底盘。为保证该装置在冬季施工的正常使用,在箱体和管汇上设计了保温层,减少热量散失。在仪表及加药等较细管路上安装了电加热带。同时为了避免污油回收池内原油过稠、凝固,池内采用了电加热方式,可以对油水进行加热升温。考虑到洗井液中含泥含砂较多的实际情况,在洗井液进口处进行了旋流分离除砂设计,底部设有排砂口,定期排砂,以缓解洗井污水对处理系统各种容器设施的冲击。采用了 3175 卧式三缸柱塞泵,最大输出压力为 20,最大流量可达到 303/。为了便于洗井排量的控制,掌握地层吐水量,在洗井处理装置的进口、出口处分别安装流量计,录取洗井数据直观方便。同时为了便于洗井质量监测,在进口、出口处设计了取样口。洗井污水处理工艺流程为:井口回水旋流除砂器液液旋流器静态混合器多相流组合式沉降器一级过滤器二级过滤器净化水罐洗井泵注水井井口。8第二章 洗井车方案设计随着油井开采时间的不断增长，为保持合适的油藏能量及采油速率，油井注水及注水驱油是油田开发的必要措施。从 2002 年中石油水处理年会获悉，中国石油天然气股份有限公司所需各油田注水井数近 30000 口，年注水量 67 亿立方米，尤其是东部油田，平均油井综合含水达 85%，年采出液中，污水总量 6 亿立方米，而注水质的好坏直接影响原油产量的高低。甚至对油田后续开发也起着至关重要的作用。然而由于油井油藏特性、采出液物特性及油田区块分布等的不同，油田污水处理回注并非一件容易的事情。从 2003 年中石油工程技术年会获悉，2002 年全国油田采出水量达 ，837.510m注水量达 。83.710m2.1 洗井车结构组成含油污水处理车是油田含油污水净化处理的重要设备，它主要用语注水井洗井作业，在不影响注水井正常工作的情况下，可将油管返出的含油污水进行净化处理，然后通过套管注入水井，实现洗井液重复利用，避免洗井含油污水外排污染环境，保证注水井正常工作。洗井液 处理车主要包括 T815 汽车、变速箱、动态水利旋流器、注入泵、一级过滤器、二级过滤器、水箱、污油箱等。动力传动系统 动力传动系统为机械传动，工作动力由底盘车发动机提供，通过变速箱、取力器、传动轴、增高箱、联轴器驱动动态旋流器、柱塞泵、螺杆泵工作。动态水力旋流器 从油井中打出的含油污水带有一定的压力，进入动态水力旋流器，动态水力旋流器利用油相与污水相之间的密度差在旋转筒高速旋转的离心力作用下，把油和污水分离开。一级过滤 从动态水力旋流器分离出的污水进入一级过滤器，把大部分的杂质过滤出，同时凝聚出油，进入污油箱。二级过滤 一级过滤器出来的含有小颗粒杂质的水进入二级过滤器，把细微的小颗粒杂质过滤出去，得到符合要求的水。 9注水泵 注水泵采用 D4650×11 泵，该泵具有结构紧凑、体积小、质量轻和效率高等特点，能够满足油田注水需要，可实现车载化。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10洗井液处理车结构示意图1T815 汽车 2变速箱 3清洗泵 4注入泵 5水箱 6管汇 7污油箱 8动态水力旋流器 92 级过滤器101 级过滤器2.2 主要结构参数汽车型号：t815 载重型 额定洗井强度：2530 3mh最大洗井压力：120 连续洗井时间：Mp6介质温度： 工作环境温度：06C 10C设备工作压力： 气路系统压力：. .Mp介质含量：悬浮物 ，油2mgL10gL处理后介质：悬浮物 ，油5清洗泵（离心式清水泵）： 型号：40BG17 流量：11m 3/h扬程：17.4m 轴功率：0.87Kw转数：2900rpm 效率：60注入泵：型号：D4650×11 流量：28 m 3/h扬程：623.5m 轴功率：91Kw转速：2950r/min 效率：53水力旋流器：最大流量：800 m 3/d 当量直径：152.4mm10转数：1200r/min 压力降，油/水：0.49/0.28Mpa存留时间：510s 长度：3.05m水箱：长度：1500mm 宽度：1400mm 高度：1800mm油箱：长度：1200mm 宽度：900mm 高度：1650mm 过滤器：型号：MAF-1400 排量：38m 3/h 直径：1400mm 高度：4350mm 滤 速 ： 25m/h 压 力 ： 0.6Mpa处 理 量 ： 15 250mg/l 滤 前 水 质 ： 含 油 100mg/l； 悬 浮 物 100mg/l滤后水质： 级 过 滤 ： 含 油 20mg/l； 悬 浮 物 10mg/l 级 过 滤 ： 含 油 5mg/l； 悬 浮 物 3mg/l； 粒 径 3 m2.3 工艺流程从井下打出的高压洗井液进入动态水力旋流器，经过动态水力旋流器转筒的高速旋转，在离心力作用下重相介质污水靠向转筒内壁，轻质油聚集在转筒轴线附近，从出油口旋出，污水进入一级过滤器。在一级过滤器中污水中少量的轻质油凝聚油滴进入油箱，水中的杂质大部分经滤网滤出，经过二次过滤器水中的杂质和轻质油都达到了回收的标准，进入水箱用注入泵进行回注，水箱中的水还可以在清洗泵的作用下清洗各个设备，完成了整个水的循环。2.4 性能本台洗井液处理车可广泛用于各油田的洗井作业。用这种洗井液处理车后,不但洗井液可多次重复利用,还可回收原油和避免环境污染。过处理的洗井液,其含油量均低于设计要求,完全可以满足油田洗井作业时对水质的要求。车采用t815 型车底盘,越野性能好,适合油田现场路况,易维护保养。