復(fù)雜結(jié)構(gòu)井防排砂的技術(shù)研究與應(yīng)用

高 峰

(中油遼河油田公司，遼寧盤錦 124010)

前言

篩管防砂技術(shù)是一項開發(fā)較早的油井防砂技術(shù)，具有成本低，施工簡單，投入產(chǎn)出比高，有效期長等特點，一直是油井防砂的首選措施之一，在遼河油田各采油區(qū)塊得到廣泛應(yīng)用，但近幾年，隨著稠油油藏進入高輪次吞吐和蒸汽驅(qū)開采，地層虧空嚴重，側(cè)鉆井及套損井日益增多，出砂情況越來越嚴重，研究應(yīng)用適用于側(cè)鉆井、套損井等結(jié)構(gòu)復(fù)雜井的更有效的防砂技術(shù)，加強篩管防砂適應(yīng)性研究，研究應(yīng)用新型防砂篩管;并在篩管防砂擋住粗砂的基礎(chǔ)上，采用防砂泵排細砂，使篩管防砂與防砂泵排砂配套實施，擋排結(jié)合，以提高綜合防砂效果，為小洼油田油井正常生產(chǎn)提供有力的技術(shù)保障。

1.彈性篩管防砂技術(shù)

近幾年，針對篩管防砂技術(shù)在實際應(yīng)用中暴露的不適應(yīng)復(fù)雜井況及滲透性降低等問題，結(jié)合稠油油藏開采對防砂的新要求，通過篩選材質(zhì)、優(yōu)化結(jié)構(gòu)、改進工藝等方法，開發(fā)研制能夠適應(yīng)各種復(fù)雜井況的強度高、抗堵塞、防砂性能好的篩管新產(chǎn)品——彈性篩管，解決稠油油藏開采后期適應(yīng)性差及篩管堵塞等問題。

1.1 彈性篩管防砂原理

彈性篩管選用按一定幾何尺寸布孔的無縫鋼管作基管(圖1、圖2)，將過濾罩、篩網(wǎng)、彈性金屬纖維、帶孔擋板共同構(gòu)成的過濾單元體，焊接在孔眼內(nèi)的凸臺上，過濾罩的外緣與篩管本體采用外焊使過濾單元體與篩管本體牢固的連接在一起。特殊幾何形狀彈性纖維材料在混有固體顆粒的液流通過時，可以有效地阻止固體顆粒，而小于金屬纖維孔道的細小微粒，可以順利通過金屬纖維構(gòu)成的防砂層，隨液流排出油井，防止顆粒的淤積堵塞，油層的大顆粒砂在篩管外堆積形成砂橋構(gòu)成防砂屏障，從而保證油井防砂后在較長時間內(nèi)獲得較高產(chǎn)能。

圖1 過濾單元

圖2 篩管結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 性能指標

(1)滲透率:＞100μm2(2)防砂粒徑:＞0.1mm(3)抗內(nèi)壓:22MPa(4)抗外壓:25MPa(5)耐溫:350℃(6)滲流面積:＞900cm2/m(7)耐腐蝕PH為3～ 11(8)規(guī) 格 型 號:Ф177.8、Ф140、Ф127、Ф114、Ф102。

1.3 篩管特性

彈性篩管采用的是單層管整體結(jié)構(gòu)。尤其采用隱性接箍設(shè)計，即接箍與篩管本體直徑一致，在不改變本體內(nèi)、外徑的情況下，縮小接箍外徑，有利于篩管在套變井中順利下入和防砂失效后篩管打撈方便。外徑尺寸一致，便于下入及后期的油井維修。防砂管柱具有較大的通徑，給后期的各種作業(yè)帶來方便。

過濾單元采用的不銹鋼金屬纖維絲，可針對不同油藏的出砂特性，加工制作出相應(yīng)的防砂篩管，防砂性能好，防砂粒徑易于控制;不易堵塞。優(yōu)化設(shè)計篩管布孔方式，減少流動阻力，提高篩管過流面積。在滿足抗拉強度不變的情況下，設(shè)計為螺旋布孔方式，篩管每米過濾單元達到200個，使過流面積達到904cm2/m，過流面積比平行布孔增加了25%，篩管過流能力的提高為防砂后油井產(chǎn)能發(fā)揮創(chuàng)造了有利條件。

1.4 配套封隔器性能指標

新型防砂篩管配套的封隔器具有通徑大的特點，可通過封隔器進行多種井下施工作業(yè)，而且耐高溫氣蝕、耐酸堿腐蝕，封隔器具有專用打撈器，打撈時成功率高、解封可靠。水力式，支撐式座封，適用性強，施工速度快。通徑大，可進行過油管施工作業(yè)。采用鎖塊，卡簧機構(gòu)，防止中途座封及座封后自行解封現(xiàn)象發(fā)生。封隔解封時，打撈容易，安全方便。配套封隔器主要技術(shù)性能指標如表1所示。

表1 配套封隔器主要技術(shù)性能指標

2.防砂泵

篩管防砂雖然阻擋住了中、粗砂粒，但細小砂粒隨油流通過篩孔進入井筒，使常規(guī)抽油泵經(jīng)常發(fā)生砂磨、砂卡和砂埋等現(xiàn)象，使抽油泵過早失效，造成油井停產(chǎn)，作業(yè)頻繁，原油生產(chǎn)成本增高。

閉式高效抗砂抽油泵能有效地防止砂粒進入泵筒與柱塞之間的密封間隙內(nèi)，具有防砂卡、防砂埋、防砂磨、壽命長等特點，能夠大幅度地延長油井檢泵周期，在不被砂埋油層的情況下，可實現(xiàn)攜砂生產(chǎn)，其使用壽命比常規(guī)泵長3～5倍，該泵是目前國內(nèi)先進的適用于出砂油井的抽油泵。

2.1 閉式高效抗砂抽油泵工作原理

閉式高效抗砂抽油泵采用柱塞固定、泵筒運動、泵下沉砂、側(cè)向進油的結(jié)構(gòu)形式。主要由:泵筒、柱塞、雙通接頭、沉砂外筒、進油閥總成、出油閥總成等零部件組成。在泵的運行過程中，上行程時，抽油桿帶動泵筒向上運動，泵筒內(nèi)腔與柱塞之間形成的密封腔容積增大，形成低壓腔，游動閥關(guān)閉，固定閥打開，原油經(jīng)柱塞內(nèi)孔進入該腔。下行程時，封閉腔容積減少，腔內(nèi)壓力增大，固定閥關(guān)閉，游動閥打開，原油進入油管，注入地面管線。在此過程中，油管內(nèi)液柱中泵上沉砂進入尾管。因普通泵工作過程中，大量管柱沉砂落入泵中(柱塞上部)，并進入泵筒與柱塞配合間隙內(nèi)，極易造成砂磨、砂卡和砂埋的發(fā)生。而閉式高效抗砂泵的出油閥和泵筒組成了類似于保護罩的閉式結(jié)構(gòu)，有效地阻擋了絕大多數(shù)管柱沉砂進入配合間隙，使沉砂在泵筒的外面經(jīng)雙通接頭沉入尾管。因此該結(jié)構(gòu)能夠非常有效地防止砂卡和砂埋的產(chǎn)生，大幅度提高抽油泵的使用壽命，延長檢泵周期。

2.2 性能特點

2.2.1 防砂埋、防砂卡、防砂磨

該泵能防止在停泵時砂埋，在工作時防止砂卡柱塞，特別是能有效地防止砂粒進入柱塞與泵筒之間的密封間隙，造成對泵筒及柱塞的強烈磨損。

2.2.2 使用壽命長

在含砂油井中使用的抽油泵，其損壞形式主要為泵筒和柱塞之間的磨粒磨損，使間隙增大，泵效降低，該泵獨特的結(jié)構(gòu)，有效地阻止了大量沉砂進入泵筒和柱塞的配合間隙中，從而大幅度地延緩了泵筒和柱塞的磨損，提高了抽油泵的使用壽命。另外，該泵采用碳化鎢硬質(zhì)合金閥球、閥座，硬度高、耐沖擊不易損傷，因此有效地避免了因球閥座密封失效造成的停產(chǎn)檢泵。

2.2.3 減輕桿管偏磨

由于該泵上行出油閥設(shè)置在泵筒之外，且出口較大，故出油阻力較常規(guī)泵小，下行時無阻卡，下部桿柱不易彎曲，桿管偏磨現(xiàn)象得到改善。

2.3 技術(shù)參數(shù)

防砂泵主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 防砂泵主要技術(shù)參數(shù)

3.應(yīng)用效果

3.1 現(xiàn)場應(yīng)用情況

針對小洼油田目前開采過程中的具體情況和問題，對出砂相對較輕的側(cè)鉆井、套損井等油井，采用成本低、施工簡單的篩管防砂和防砂泵相結(jié)合的防排砂措施，解決了稠油側(cè)鉆井、套損井出砂的難題，在側(cè)鉆井、套損井等小井眼井上應(yīng)用Φ102mm彈性篩管防砂技術(shù)，共實施了5口井(4口井是套損井)，有效率100%，累增油957.4t，恢復(fù)停產(chǎn)井4口，恢復(fù)日產(chǎn)水平12.2t。應(yīng)用效果如表3所示。Φ102mm篩管和防砂泵配套實施的成功應(yīng)用，為復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的防排砂生產(chǎn)，為套損井挖潛提供了新的技術(shù)支撐點。

3.2 典型井例

洼28－40側(cè)，油層井段1386－1404.0m，油層厚度/層數(shù)5.7m/4層。該井于2002年12月1日側(cè)鉆投產(chǎn)，但隨著注汽輪次的增加，套管發(fā)生了損壞而大量出砂，套管損壞位置在開窗以下5"小井眼內(nèi)，且在油層中部1391.8m處，套管最小尺寸僅為Φ62mm，無法實施大修套管補貼和化學(xué)防砂進行恢復(fù)，因而長期關(guān)井。為了充分挖掘油層潛力，建議實施高溫人工井壁填防砂技術(shù)與小篩管復(fù)合防砂。該井于9月14日下入了Φ102mm篩管20m，篩管頂界1375.8m，篩管底界1391.8m，封隔器位置1374.8m。

下入高效閉式抗砂抽油泵，開井后一直正常生產(chǎn)，到 4 月底底累增油 1010.7t，目前日產(chǎn)油 4.5t，日產(chǎn)水7.2m3，仍正常生產(chǎn)。實踐證明，篩管防砂與防砂泵排砂有機結(jié)合，既能起到擋、排結(jié)合的治砂效果，又能保護套管，取得了很好的措施效果。同時，措施初期采取了控制采液強度的方法，有效抑制了油層機動出砂。

表3 防排砂技術(shù)應(yīng)用效果

4.結(jié)論

4.1 在篩管防砂擋住粗砂的基礎(chǔ)上，采用防砂泵排細砂，使篩防砂與防砂泵排砂配套實施，擋排結(jié)合，以提高綜合防砂效果。

4.2 彈性篩管防檔砂性能好，抗變形能力強，適應(yīng)側(cè)鉆井及套損井等復(fù)雜井況下的防砂生產(chǎn)。

4.3 該技術(shù)具有較好的推廣應(yīng)用價值和應(yīng)用前景。

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