一种油田高压注水管除垢系统的制作方法

本实用新型涉及油田分层注水开发技术配套工艺技术领域，尤其是涉及一种油田高压注水管除垢系统。

背景技术：

分注井井筒畅通是保证后期正常测调的基本条件，但随着分注井注水管柱服役时间延长，受井筒结垢、腐蚀等因素影响，分注井测调遇阻频繁发生，部分井出现仪器工具落井，导致后期带压作业等大修维护费用，影响着分层注水测调工作的有序开展。

传统的除垢技术一方面依靠钢丝携带刮垢器、通井规等工具，下放井筒内依靠撞击、冲击等方式除垢，属于被动冲击式机械除垢技术，多依靠人工经验，除垢效率相对较低。尤其在桥式同心分注工艺应用以来，低效率的机械除垢技术严重影响着分注测调效率。另一方面注入化学试剂结合会生成沉淀形式污垢，其结垢速度相比二次采油注入的普通水高出十几倍以上，结垢不仅造成地面系统管线堵塞、回压增高，机采井检泵周期过短，产量受到影响，采油和地面集输能耗增大。结垢对油田油气井和集输系统还有以下危害：

1)近井地带和油气储层结垢，直接堵塞油气储层空隙通道，油气储层渗透率的下降，增加流体流动阻力，使得油井产量下降；

2)注水井及注水设备结垢堵塞后增大水流阻力，需增加成本提升输送能量注水压力，影响注水开采效果；

3)油气储层结垢堵塞后，影响油井设备设施的正常运转，如垢物在井眼、油管、阀门及地面集输管线等设备的堵塞，严重的情况下使得油井关井；

4)采油过程中，抽油机抽油杆结垢，增加油杆负荷而降低油泵工作效率；

5)集输管道和注水设备结垢，会引起设备和管道局部垢下腐蚀，容易引起油管爆炸。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中不足，提供一种无需添加化学试剂的高效防垢除垢系统，具体包括：

一种油田高压注水管除垢系统，包括高压吸垢管、诱导管、固定安装在高压吸垢管管壁外侧的脉冲换能器、控制器、诱导电源、阳极高压电隔离器、阴极高压电隔离器、密封装置：

所述高压吸垢管两端通过支路进水管、支路出水管分别和主进水管和主出水管连通，所述高压吸垢管一侧通过一支路排垢管与主排垢管连接，所述高压吸垢管与支路进水管、支路出水管、支路排垢管之间均设有隔绝高压吸垢管上电传导的阴极高压电隔离器；

一端穿设在高压吸垢管内，另一端通过密封装置、隔绝电传导的阳极高压电隔离器与高压吸垢管密封连接的诱导管，所述诱导管伸出高压吸垢管一端通过冲垢进水支管与主进水管连接；

所述诱导电源对高压吸垢管和诱导管施加大功率直流电流和方波信号，诱使高压吸垢管带负电、诱导管带正电从而形成结垢诱导电场，使流体中带负电的离子聚集在诱导管上，带正电离子聚集在高压吸垢管上并与流体中负离子结合形成污垢；

所述控制器控制脉冲换能器剥离高压吸垢管上的污垢。

优选的，所述诱导管均匀的开设有若干个喷水小孔。

优选的，所述脉冲换能器与高压吸垢管按直角或锐角点焊接。

优选的，所述脉冲换能器数量至少为两个。

优选的，所述支路进水管、支路出水管、冲垢进水支管、支路排垢管上分别安装有进水电动阀、出水电动阀、冲垢电动阀、排垢电动阀。

优选的，所述密封装置嵌设在高压吸垢管诱导管之间使高压吸垢管诱导管无点接触。

优选的，所述进水电动阀、出水电动阀、冲垢电动阀、排垢电动阀和脉冲换能器均由控制器控制。

优选的，所述油田高压注水管除垢系统可多个并联或串联方式使用。

一种油田高压注水管除垢系统，所述除垢步骤包括：

S1，选高压吸垢管：分析流体中离子浓度及成分，根据实际流体模拟实验选取合适的高压吸垢管及配套的油田高压注水管除垢系统；

S2，诱导电场:启动诱导电源对高压吸垢管和诱导管施加大功率直流电流和方波信号，诱使高压吸垢管带负电、诱导管带正电形成稳定结垢诱导电场；

S3，成垢：控制器发出信号，打开进水电动阀和出水电动阀，流体在诱导电场的作用下，带负电荷离子聚集在诱导管上，带正电荷离子聚集在高压吸垢管上并与流体中靠近高压吸垢管附近的带负荷的离子结合形成污垢；

S4，除垢：电沉积完毕后，关闭诱导电源，控制器发出信号关闭进水电动阀和出水电动阀，打开控制器、冲垢电动阀、排垢电动阀，脉冲换能器产生变频移动长脉冲功率超声能量波将高压吸垢管管壁上污垢剥落，结合诱导管小孔喷射的高压水流将污垢清洗干净，污垢排出高压吸垢管外。

本实用新型的有益效果：

1)采用电诱导预沉积的技术，彻底解决高压加注系统的污垢问题；

2)采用承压管道作为诱导沉积垢的负极，污垢直接在内壁上快速沉积，能够吸附多种正负离子形成非溶解性的无机盐污垢；

3)采用特殊材质和工艺加工的高压水管为诱导沉积垢的正极，在诱导管上开有若干个并成一定角度的小孔作为高压水喷口，用来清除污垢，该系统构造简单，而且故障点少，运行寿命长，使用方便；

4)采用大功率长脉冲功率超声能量波快速剥离技术，在承压管道的外壁上安装若干个长脉冲超声波换能器，在保证承压管道内部没有任何转动部件的前提下，能够将管道内壁上沉积的各种污垢快速剥离下来，最大程度的减少了故障点，适合油田采油领域要求的长期安装稳定运行的要求；

5)模块化设计，可以方便的增减处理模块，以到达现场除垢防垢需要；

6)自动运行，无需人工操作；

7)纯物理方法，不添加任何化学药剂，无二次污染问题。

附图说明

图1是本实用新型中油田高压注水管除垢系统模块结构示意图。

图2是本实用新型中油田高压注水管除垢系统模块组合示意图。

图中：1—高压吸垢管；2—诱导管；3—脉冲换能器；4—控制器；5—诱导电源；6—主进水管；6.1—支路进水管；6.2—冲垢进水支管；7—阳极高压电隔离器；8—密封装置；9—主出水管；9.1—支路出水管；9.2—主排垢管；9.3—支路排垢管；10—进水电动阀；11—出水电动阀；12—冲垢水电动阀；13—排垢电动阀；14—阴极高压电隔离器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施例。

如图1所示，本实用新型油田高压注水管除垢系统由高压吸垢管1、诱导管2、脉冲换能器3、控制器4、诱导电源5、主进水管6、支路进水管6.1、冲垢进水支管6.2、高压隔离器7、密封装置8、主出水管9、支路出水管9.1、主排垢管9.2、支路排垢管9.3、进水电动阀10、出水电动阀11、冲垢电动阀12、排垢电动阀13、阴极高压电隔离器14组成。

所述高压吸垢管1通过支路进水管6.1、支路出水管9.1分别和主进水管6和主出水管9相连接。在支路进水管6.1和支路出水管9.1上分别安装有进水电动阀10、出水电动阀11。在污垢吸附沉积过程中，高压吸垢管1带有负电荷，与之相连接的管道也带有负电荷，这样也会促进污垢在其内壁上吸附和沉积，为了避免这个问题，在和高压吸垢管1的连接处设置了阴极高压电隔离器14，以隔绝高压吸垢管1和其它管道的电联系。

所述高压吸垢管1内的轴线位置安装有诱导管2，诱导管2一端与高压吸垢管1一端通过密封装置8进行密封连接，一方面可减少诱导管2高水压的冲击，另一方面可使高压吸垢管1与诱导管2充分处于绝缘状态。所述诱导管2和冲垢进水支管6.2之间安装有阳极高压电隔离器7，有效确保诱导管2末端处于绝缘状态，所述冲垢进水支管6.2和主进水管6连接。

所述高压吸垢管1通过支路排垢管9.3和主排垢管9.2连接，在支路排垢管9.3上还设有排垢电动阀13。

如图1所示，在高压吸垢管1的外侧，沿轴线方向成90度或0度或45度或其他锐角角度的安装有若干个脉冲换能器3，所述脉冲换能器3为超声波长脉冲换能器，目的是为了快速剥离沉积在高压吸垢管1内壁的各种污垢。脉冲换能器3在控制器4驱动下产生变频移动长脉冲功率超声能量波，该能量波通过焊点传递到高压吸垢管1上，使高压吸垢管1的金属壁面质点产出高频椭圆运动等微观运动，该运行的结果会使污垢和金属壁面之间产生很大的剪切力，该剪切力具有非常好的剥离能力，能够快速的剥离与金属壁面不同的污垢，尤其是针对坚硬和附着力强的污垢剥离效果会更好、更加有效。本发明中脉冲换能器3的数量为一般为2个，当流体中待成垢离子浓度较大时，可选择3个或4个。

本实用新型工作原理

（1）污垢析出沉积

如图1所示，此时，控制器4发出指令，打开电动阀10和电动阀11，控制电动阀12和电动阀13处于关闭状态。流体通过主进水管6、支路进水管6.1、进水电动阀10、高压吸垢管1、支路出水管9.1、主出水管9构成的污垢析出沉积回路系统。诱导电源5同时给高压吸垢管1和诱导管2供电。

高压吸垢管1和诱导管2之间通过诱导电源5施加的大功率直流和方波信号，形成结垢诱导电场即高压吸垢管1带有大量负电荷，污垢诱导管2带大量正电荷。当流体流过时，在诱导电场的作用下，污垢诱导管2带大量正电荷，使流体中的待成垢正离子产生斥力并迅速向高压吸垢管1移动；由于高压吸垢管1带有大量负电荷，也会吸附流体中的各种正离子；因流体是碱性液体，含有大量的碳酸根、硫酸根等负离子存在，因此高压吸垢管1内壁附近也会有大量的正负离子结合生成不溶解物质并附着在高压吸垢管1内壁上，达到除垢的目的。本发明中在污垢吸附沉积过程中，没有被吸附的成垢正负离子，在本发明电信号的作用下，会形成水合离子，避免再生成污垢等沉淀物。

高压吸垢管1和诱导管2之间通过诱导电源5施加的大功率直流和方波信号，形成结垢诱导电场即高压吸垢管1带有大量负电荷，污垢诱导管2带大量正电荷。当流体流过时，在诱导电场的作用下，污垢诱导管2带大量正电荷，使流体中的待成垢正离子产生斥力并迅速向高压吸垢管1移动；由于高压吸垢管1带有大量负电荷，也会吸附流体中的各种正离子；因流体是碱性液体，含有大量的碳酸根、硫酸根等负离子存在，因此高压吸垢管1内壁附近也会有大量的正负离子结合生成不溶解物质并附着在高压吸垢管1内壁上，达到除垢的目的。

实验结果表明，正离子迁移到高压吸垢管1内壁上的时间受到流体的状态、诱导电场参数、迁移距离等因素影响，可根据现场流体的状态调节诱导电场参数和高压吸垢管1规格大小。

诱导管2与高压吸垢管1内部之间可根据实际运行需要，可以设置适当的非溶解性的绝缘支架对诱导管2进行固定。诱导管2在长期通电的情况下应确保不会被溶解，并能保持电流效率稳定，所述诱导管2可为在纯钛材质管涂有钌铱涂层制成。

（2）污垢清除过程

如图1所示，控制器4发出指令，控制电动阀10和电动阀11处于关闭状态，控制电动阀12和电动阀13处于打开状态。此时控制器4发出指令，驱动超声波长脉冲换能器3，流体依次通过主进水管6、冲垢进水支管6.2、冲垢电动阀12、高压隔离器7进入到诱导管2后对高压吸垢管1进行高压水喷射，被清除下来的污垢经过支路排垢管9.3、排垢电动阀13、主排垢管9.2构成污垢清除回路系统排出。

为了快速将剥离下来的污垢清除，此时的诱导管2又承担了高压水枪的功能，在脉冲换能器3开始工作的同时，诱导管2通入高压水，由于在污垢诱导管2上开有若干个不同角度的喷水小孔，高压水就会在高压吸垢管1内壁上高速喷射，使本来已经和金属壁面剥离的污垢在高压水射流的作用下，迅速被冲击下来并流出高压吸垢管1，经过排垢管9.2进入到沉淀池。

除垢和排垢完成后，在控制器4的控制下，系统又恢复到污垢的吸附沉积过程，这样循环往复的对流体中的成垢物质进行吸附和清除，对流体进行了软化处理，保证了后续的集输过程中不受污垢问题的困扰，为油田的稳产和高效率产油提供了保障。

（3）系统联动过程

当油田集输过程结垢速度过快或结垢量大时，可将多个油田高压注水管除垢系统并联或串联进行使用。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。