幾種分層采油工藝技術(shù)在長(zhǎng)慶油田的適應(yīng)性分析

李大建，牛彩云，何 淼，汪峰軍，胡曉威

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院（低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室），陜西西安 710018；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司超低滲透油藏第三項(xiàng)目部；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第二采油廠）

幾種分層采油工藝技術(shù)在長(zhǎng)慶油田的適應(yīng)性分析

李大建1，牛彩云1，何 淼1，汪峰軍2，胡曉威3

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院（低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室），陜西西安 710018；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司超低滲透油藏第三項(xiàng)目部；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第二采油廠）

在對(duì)國(guó)內(nèi)外分層采油工藝技術(shù)綜合性分析評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，確立了適應(yīng)長(zhǎng)慶油田一套井網(wǎng)多層系開(kāi)采的分層采油工藝技術(shù)，即分采泵分層采油工藝技術(shù)，該技術(shù)2010年在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展了16口井的評(píng)價(jià)試驗(yàn)，先后有11口井顯示出一定的分采效果，為下步長(zhǎng)慶油田配套分層采油工藝研究和應(yīng)用推廣奠定了基礎(chǔ)。

長(zhǎng)慶油田；采油評(píng)價(jià)；分層采油；采油工藝

目前國(guó)內(nèi)外油田先后出現(xiàn)了分抽泵、單管、單井雙管、比例泵、定壓配產(chǎn)器、分采泵分層采油工藝技術(shù)，主要應(yīng)用在滲透高、層間距層間壓差大、產(chǎn)量高、層間矛盾突出的油井。長(zhǎng)慶油田疊合區(qū)油藏滲透率低，層間距層間壓差小，單井產(chǎn)量低，還沒(méi)有一套完善的采油工藝，因此對(duì)現(xiàn)有的分層采油工藝技術(shù)進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)，進(jìn)而進(jìn)行優(yōu)選、改進(jìn)、創(chuàng)新，最終確立適應(yīng)長(zhǎng)慶油田一套井網(wǎng)多層開(kāi)采相配套的分層采油工藝技術(shù)顯得非常重要。

1 分層采油工藝技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外油田

國(guó)外油田多層系開(kāi)采技術(shù)研究最早在20世紀(jì)30年代已經(jīng)開(kāi)展，60-70年代在現(xiàn)場(chǎng)投入試驗(yàn)應(yīng)用，具有代表性的是俄羅斯韃靼石油公司、POCHEφTb石油公司、ЬAШHEφTb石油公司研發(fā)的不同類型分層采油工藝技術(shù)。韃靼石油公司先后研發(fā)了單管式、雙管式、分抽泵分層采油工藝，截至2008年9月1日已經(jīng)在西西伯利亞大型多層系油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用322口。

1.1.1 單管分層采油工藝

該工藝主要為直徑146 mm、168 mm的油層套管研制，其分采原理為：上、下產(chǎn)層用封隔器分開(kāi)，當(dāng)上產(chǎn)層井底壓力明顯大于下產(chǎn)層井底壓力時(shí)，柱塞向上運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)側(cè)向閥時(shí)，上產(chǎn)層供液從泵側(cè)向固定閥進(jìn)入泵腔，下產(chǎn)層進(jìn)液從花管、油管、泵下端固定閥進(jìn)入泵腔；當(dāng)下產(chǎn)層井底壓力明顯高于上產(chǎn)層井底壓力時(shí)，則側(cè)閥與下部地層連通，上部地層與泵下端固定閥連通，隨柱塞向上運(yùn)動(dòng)，由泵抽出地面（圖1）。這種分采工藝根據(jù)地層壓力的不同，選擇不同的泵結(jié)構(gòu)類型，主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在可以適應(yīng)不同尺寸的泵，同時(shí)可以根據(jù)上下產(chǎn)層產(chǎn)量情況調(diào)節(jié)柱塞相對(duì)于側(cè)閥的位置實(shí)現(xiàn)各層產(chǎn)量比例的調(diào)整；缺點(diǎn)是對(duì)油井分采前需要錄取油井上下油層地層壓力、產(chǎn)量等數(shù)據(jù)，前期工作量大。

圖1 單管分采工藝管柱

1.1.2 單井雙管分層采油工藝

雙管分層采油工藝主要為直徑168 mm的油層套管研制，其分采原理是在同一口油井套管內(nèi)下入兩套相互平行油管柱（60 mm油管），利用封隔器將上下油層分開(kāi)，每套油管柱單獨(dú)開(kāi)采一層，兩層產(chǎn)液?jiǎn)为?dú)舉升，從而避免了層間干擾與流體不配伍性（圖2）。該工藝技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)單獨(dú)開(kāi)采一層，單獨(dú)對(duì)另外一層進(jìn)行注水，同時(shí)便于對(duì)各層進(jìn)行產(chǎn)量計(jì)量，從根本上消除層間干擾矛盾；主要缺點(diǎn)：分采管柱比較復(fù)雜，對(duì)井口尺寸要求高，不適合定向油井進(jìn)行分層采油。

圖2 雙管分采工藝管柱

1.1.3 分抽泵分層采油工藝

分抽泵由兩個(gè)泵筒、兩個(gè)柱塞構(gòu)成，采用空心抽油桿與下柱塞組合抽取下產(chǎn)層供液；通過(guò)空心抽油桿舉升到地面，上柱塞與上泵筒舉升上產(chǎn)層供液，通過(guò)油管舉升到地面，可以通過(guò)井口進(jìn)行分開(kāi)計(jì)量實(shí)現(xiàn)上下油層日產(chǎn)量數(shù)據(jù)的及時(shí)錄?。▓D3）。

圖3 分抽泵分采工藝管柱

POCHEφTb石油公司開(kāi)發(fā)了一種“電動(dòng)離心泵＋桿式深井泵”分層采油工藝，2009年試驗(yàn)應(yīng)用了12口井，平均單井日增原油9.0 t，工藝管柱見(jiàn)圖4。分采工藝原理：利用封隔器將上下產(chǎn)層分開(kāi)，利用“離心泵＋桿式泵”組合進(jìn)行分層采油，離心泵對(duì)下高產(chǎn)層進(jìn)行生產(chǎn)，桿式深井泵對(duì)上產(chǎn)層進(jìn)行生產(chǎn)。該工藝主要應(yīng)用于146 mm套管尺寸的多層系油井進(jìn)行分層采油，但是該分采工藝管柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝成熟度低，適應(yīng)于高產(chǎn)油井分層采油。

ЬAШHEφTb石油公司開(kāi)發(fā)了一種雙泵分層采油工藝，2009年現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)井單井日增液2.2 m3，主要適應(yīng)直徑為168 mm井口的油井進(jìn)行分層采油。工藝原理：上下油層利用封隔器進(jìn)行分開(kāi)，由兩個(gè)上下順次排列的桿式泵分別對(duì)上下產(chǎn)層生產(chǎn)，可以實(shí)現(xiàn)分采混出、分采合出兩種方式。該分采工藝主要適應(yīng)地層配伍性比較好的高產(chǎn)油井進(jìn)行分層采油，工藝管柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)井筒尺寸、井眼軌跡要求較高（圖5）。

圖4 電動(dòng)離心泵＋深井桿式泵

圖5 雙泵分采混出、分采分出工藝管柱

1.2 國(guó)內(nèi)油田

國(guó)內(nèi)分層采油工藝技術(shù)研究時(shí)間相對(duì)較短，只是在近10年才開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究，主要應(yīng)用于大慶、勝利、吉林、中原等油田［1-4］。

1.2.1 單泵定壓配產(chǎn)器分采工藝

分采管柱由管式抽油泵、封隔器、定壓配產(chǎn)器、單流閥組成（圖6），利用封隔器分隔上下產(chǎn)層，下產(chǎn)層產(chǎn)液通過(guò)花管、單流閥進(jìn)入油管，上產(chǎn)層產(chǎn)液在環(huán)空液柱壓力作用下打開(kāi)定壓配產(chǎn)器，進(jìn)入油管，上下層產(chǎn)液在油管內(nèi)匯合，由管式泵舉升到地面，其中單流閥主要為防止上產(chǎn)層井底壓力較大時(shí)對(duì)下產(chǎn)層發(fā)生倒灌。該工藝管柱可以采用丟手管柱方式，用插接的方法實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管柱與丟手管柱合二為一，便于后期檢泵作業(yè)。該工藝在勝利油田現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)41井次，最長(zhǎng)檢泵周期達(dá)到了517天。

該工藝簡(jiǎn)單，便于實(shí)施，可滿足分層采油要求，主要應(yīng)用于垢、蠟、氣等影響小的直井、定向井分層采油；該工藝技術(shù)的應(yīng)用前提是準(zhǔn)確掌握油井各層壓力資料，合理設(shè)計(jì)配產(chǎn)器的壓力，所以現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用前期工作量大，實(shí)際操作難度高。

1.2.2 比例泵分采工藝

分采原理：上層產(chǎn)液經(jīng)側(cè)向單流凡爾進(jìn)入抽油桿與油管的環(huán)形空間，利用空心抽油泵兩差級(jí)活塞將產(chǎn)液抽出空心泵；下油層產(chǎn)液采用普通抽油泵經(jīng)空心抽油桿抽出，兩層流體在三通處匯合舉升到地面，或者在井口通過(guò)不同流程進(jìn)入輸油管線。

比例泵由兩臺(tái)泵組成，分別抽汲各自目的層，泵徑組合可以根據(jù)分層產(chǎn)量進(jìn)行調(diào)整。該工藝由于泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，井下容易出現(xiàn)故障，如空心泵側(cè)凡爾失靈、易漏失、檢泵頻繁等問(wèn)題，適用于井筒狀況較為單一、井深小、垢、蠟氣體影響小的直井進(jìn)行分層采油（圖7）。由于該工藝泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝尚不成熟，故障多，且對(duì)于深井泵掛深，抽油桿斷脫現(xiàn)象嚴(yán)重。

圖6 單泵定壓配產(chǎn)器分采工藝管柱

圖7 比例泵分采 工藝管柱

1.2.3 單泵雙管分采工藝

工藝原理：分采管柱主要由 27／8″、4″、23／8″油管、大通徑Y(jié)211-117卡瓦式封隔器及抽油泵等組成，其中大通徑Y(jié)211-117卡瓦式封隔器與4″油管連接在一起卡在上油層下部。上油層液體越過(guò)4″油管與下油層井液匯合，當(dāng)泵工作時(shí)，環(huán)空內(nèi)液體通過(guò)油管由抽油泵舉升到地面（圖8）。

該工藝管柱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但分采時(shí)上油層合理流壓需要依靠幾百米4″油管控制，對(duì)于51／2″尺寸套管的定向井來(lái)說(shuō)，對(duì)井眼軌跡要求比較高，起下鉆時(shí)容易卡鉆，同時(shí)受到油井產(chǎn)層流體配伍性影響較大。

1.2.4分采泵分采工藝

分采泵分層采油工藝（圖9）利用封隔器分開(kāi)上下兩層，分采泵分別通過(guò)側(cè)向進(jìn)液通道、下層花管分采上下油層產(chǎn)液，上下油層產(chǎn)液在泵頂端油動(dòng)凡爾閥匯合，防止在分采泵內(nèi)混合，避免了層間干擾問(wèn)題，最終通過(guò)油管由泵舉升到地面；或者上層產(chǎn)液通過(guò)油管由泵舉升到地面，下層產(chǎn)液通過(guò)花管、油管進(jìn)入泵筒，然后同通過(guò)泵側(cè)向排出閥進(jìn)入油管、套管環(huán)形空間，并通過(guò)油套環(huán)形空間由泵舉升到地面。分采泵可以開(kāi)發(fā)出 φ44／32、φ38／28、φ44／38、φ57／38等泵徑組合，根據(jù)產(chǎn)層的供液能力選擇合理的泵徑組合，實(shí)現(xiàn)分層采油分采分出、分采混出生產(chǎn)方式，適應(yīng)直井、定向井、低產(chǎn)井開(kāi)展分層采油。存在的主要缺點(diǎn)是分采泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大，容易受到氣體影響。

圖8 單泵雙管分采工藝管柱

圖9 分采泵分采工藝管柱

1.3 幾種分層采油工藝應(yīng)用條件分析

國(guó)外油田目前幾種主要分采工藝技術(shù)主要應(yīng)用于大尺寸油層套管（φ146 mm、φ168 mm）直井分層開(kāi)采，且應(yīng)用油井單層單量高。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，分采井中單層最低日產(chǎn)油在4.0 t以上，另外主要應(yīng)用于儲(chǔ)層性質(zhì)、層間壓差、層間距差異較大、單獨(dú)開(kāi)發(fā)無(wú)益的低產(chǎn)層與已開(kāi)發(fā)層合并開(kāi)發(fā)的井。

國(guó)內(nèi)油田如大慶油田、勝利油田典型分采工藝現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用以直井為主，井口尺寸要求與常規(guī)井相同，油藏滲透率高，層間距較大，層間矛盾比較突出，油井單井產(chǎn)量較高，層間流體配伍性普遍性較好，采用分采混出管柱受井筒結(jié)垢、結(jié)蠟、氣體影響比較小。

2 幾種分采工藝適應(yīng)性分析與評(píng)價(jià)

長(zhǎng)慶油田疊合油藏主要分布在華慶、姬塬、合水地區(qū)，屬于超低滲透注水開(kāi)發(fā)油藏，主要以定向井開(kāi)發(fā)。統(tǒng)計(jì)顯示疊合油藏探明儲(chǔ)量豐富，疊合區(qū)內(nèi)油層層間距在30～160 m，油層厚度9.6～20.4 m，單井產(chǎn)量較低，井深在2 000 m以上。由于多數(shù)井表現(xiàn)出供液不足，動(dòng)液面、井底流壓低，油藏原油飽和壓力高，井底脫氣嚴(yán)重，油井氣油比高；同時(shí)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，疊合區(qū)內(nèi)上下油層流體與注入水配伍性較差，導(dǎo)致井筒內(nèi)結(jié)垢嚴(yán)重，多數(shù)井在井口以下300～500 m內(nèi)結(jié)蠟現(xiàn)象普遍。

長(zhǎng)慶油田疊合區(qū)油藏特征、開(kāi)發(fā)方式?jīng)Q定了多層系分層采油工藝技術(shù)需要考慮管柱扶正防磨、井筒清防垢清防蠟、防氣、泵徑匹配等問(wèn)題，相對(duì)于國(guó)內(nèi)外油田多層系油藏分層采油，對(duì)工藝技術(shù)要求更高，難度更大。根據(jù)長(zhǎng)慶油田多層系油藏特征及油井多層開(kāi)采對(duì)分層采油工藝技術(shù)要求，對(duì)目前國(guó)內(nèi)外具有代表性的幾種分層采油工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)對(duì)比（表1）。依據(jù)對(duì)比結(jié)果，優(yōu)選確定出單泵定壓配產(chǎn)器、分采泵分采混出分層采油工藝技術(shù)。

單泵定壓配產(chǎn)器分采工藝技術(shù)應(yīng)用的核心是準(zhǔn)確掌握油井目的層的壓力、產(chǎn)量等資料，確定出主力層位，在此基礎(chǔ)上合理設(shè)計(jì)定壓配產(chǎn)器開(kāi)啟壓力，優(yōu)化分采管柱中定壓配產(chǎn)器的合理位置，滿足配產(chǎn)器所在產(chǎn)層在分層采油時(shí)合理流壓，也就意味著單泵定壓配產(chǎn)器分采工藝的應(yīng)用首先要對(duì)應(yīng)用井開(kāi)展準(zhǔn)確的分層測(cè)試工作，在一定程度上增加了分采成本。鑒于以上情況，最終確定分采泵混出分采工藝為長(zhǎng)慶油田多層系開(kāi)采的主要方向。

2009-2010年度，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展分采泵分層采油工藝評(píng)價(jià)試驗(yàn)16口井，其中有11口井顯示出一定的分采效果。

表1 幾種分采工藝技術(shù)在長(zhǎng)慶油田適應(yīng)性評(píng)價(jià)對(duì)比

3 結(jié)論

（1）綜合評(píng)價(jià)了國(guó)內(nèi)外幾種主要分采工藝技術(shù)，結(jié)合長(zhǎng)慶油田多層系油藏特征、油井井況進(jìn)行了分采工藝技術(shù)優(yōu)選，最終認(rèn)為單泵定壓配產(chǎn)器、分采泵分采混出工藝技術(shù)適應(yīng)長(zhǎng)慶油田多層系油井的分層采油；

（2）在長(zhǎng)慶油田開(kāi)展了分采泵分層采油工藝技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)試驗(yàn)，試驗(yàn)效果明顯。

［1］ 周明升，曹建新.雙管注氣技術(shù)在稠油水平井開(kāi)發(fā)中的研究應(yīng)用［J］.石油地質(zhì)與工程，2008，22（5）：81-82.

［2］ 張福仁，谷開(kāi)昭.多管采油工藝技術(shù)［J］.斷塊油氣田，1995，5（3）：31-33.

［3］ 劉玉文.遼河油田稠油分層采油技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2003，22（2）：85-86.

［4］ 高軍.分層采油技術(shù)在純梁采油廠的應(yīng)用［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2008，12（3）：26-29.

TE355

A

1673-8217（2011）06-0124-04

2011-06-20

李大建，1979年生，2006年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），碩士研究生，現(xiàn)從事采油工藝、盆地構(gòu)造與油氣成藏研究。

李金華