高升油田稠油火驅(qū)產(chǎn)氣對(duì)摻稀油工藝的影響與改進(jìn)

周運(yùn)恒， 柴貿(mào)杰

(1.中國(guó)石油遼河油田公司，遼寧盤錦 124000；2.西南石油大學(xué))

高升油田屬于深層塊狀高孔高滲普通稠油油藏，油層平均埋深1 700 m，平均有效厚度67.6 m，原油50 ℃脫氣黏度3 000～4 000 mPa·s，膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量45%左右。自1978年投入開(kāi)發(fā)以來(lái)，該油田經(jīng)歷了常規(guī)開(kāi)采、蒸汽吞吐開(kāi)發(fā)兩大階段。20世紀(jì)90年代，原油產(chǎn)量以每年10萬(wàn)噸速度大幅度遞減。為改善油田開(kāi)發(fā)效果，先后開(kāi)展了蒸汽驅(qū)、熱水驅(qū)等多項(xiàng)開(kāi)發(fā)方式轉(zhuǎn)換試驗(yàn)，但均未取得突破性進(jìn)展。2008年始率先在高3618塊開(kāi)展火燒油層開(kāi)發(fā)試驗(yàn)，取得了較好的開(kāi)發(fā)效果。截止2013年底點(diǎn)火井59口，開(kāi)井56口，日注氣52×104m3，注氣壓力為0.8～10 MPa，對(duì)應(yīng)一線油井達(dá)250口。隨著火驅(qū)的不斷深入，火驅(qū)產(chǎn)氣大幅度增加導(dǎo)致抽油泵泵效低、環(huán)空摻稀油降黏效果差等。

1 火驅(qū)產(chǎn)氣對(duì)稠油摻稀油的影響

1.1 抽油泵泵效低

火驅(qū)受效后，油井產(chǎn)氣量迅速增加，平均單井日產(chǎn)氣量由驅(qū)前46 Nm3增加到5 700 Nm3，最高單井達(dá)2.3×104Nm3；油井產(chǎn)氣量高時(shí)，入泵氣體影響排液，造成泵效明顯降低，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生“氣鎖”，導(dǎo)致油井無(wú)法正常生產(chǎn)。

1.2 摻稀油降黏困難，事故井增多

試驗(yàn)井組火驅(qū)受效后，油層溫度開(kāi)始增加，但是采出油仍然具有很高黏度，還需要進(jìn)行摻稀油降黏生產(chǎn)。由于油井摻稀油與產(chǎn)出氣通道均為油套環(huán)空，產(chǎn)氣大幅度增加后，導(dǎo)致?lián)饺氲南∮捅划a(chǎn)出氣攜帶進(jìn)入氣系統(tǒng)，無(wú)法有效到抽油泵下與稠油混合降黏。尤其是高產(chǎn)氣的油井更為嚴(yán)重，甚至造成油井負(fù)荷顯著增加、卡井事故明顯增多。以高3618塊為例，檢泵井?dāng)?shù)由2008年的58口增加到2012年85口，增加46.5%。

2 火驅(qū)產(chǎn)氣的控制及摻稀油工藝改進(jìn)

2.1 技術(shù)路線

從油井地質(zhì)剖面入手，從油層到井筒、從采油管柱到地面系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，確定如下技術(shù)路線：一是根據(jù)油井產(chǎn)氣狀況和井身結(jié)構(gòu)對(duì)油井分類，對(duì)油氣單層產(chǎn)出與油氣混合產(chǎn)出的井采取不同封采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)封氣與采氣；二是將油井的產(chǎn)出液、產(chǎn)氣和摻稀油進(jìn)行井下分離、分流，解決摻稀油降黏困難和抽油泵泵效低的問(wèn)題(見(jiàn)圖1)。

圖1 火驅(qū)產(chǎn)出氣控制技術(shù)路線

2.2 井下封采工具配套[1-2]

2.2.1 橋式封氣法

該方式適合于有隔夾層且具備卡封隔器出氣量大的油井，其管柱主要由丟手式大通徑封隔器、連接管、卡瓦大通徑封隔器和喇叭口等構(gòu)成(見(jiàn)圖2)。

工作原理：當(dāng)管柱下到預(yù)定位置后，先旋轉(zhuǎn)座封下部卡瓦封器、壓重、投球、水泵車油管正打壓，座封丟手式封隔器，同時(shí)將管柱丟開(kāi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)氣層的封堵，下泵通過(guò)封氣層投產(chǎn)。

圖2 橋式封氣管柱

技術(shù)特點(diǎn)：該管柱所有配套工具保證內(nèi)通徑φ100 mm，可保證φ73 mm油管和φ57 mm抽油泵下入油層底；封隔器設(shè)計(jì)采用擴(kuò)張型封隔器壓縮式膠筒，以保證其擴(kuò)大外徑及密封性能。

2.2.2 封氣采油一體管柱法

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期多輪次蒸汽吞吐開(kāi)采，套管變形井的數(shù)量愈來(lái)愈多，尤其是油層射孔段套管變形(無(wú)法進(jìn)行有效整形)，使得油井機(jī)械封采工藝措施很難實(shí)施，嚴(yán)重影響該類油井的產(chǎn)能，為此設(shè)計(jì)應(yīng)用了封氣采油一體管柱的一種封氣方式。該方式適合于無(wú)隔夾層及油層射孔段套管變形的產(chǎn)氣量大油井，其管柱主要由管堵、篩管、打掉球座、無(wú)卡瓦套變封隔器、連接管、抽油泵、大通卡瓦封隔器和導(dǎo)流體等構(gòu)成(見(jiàn)圖3)。

圖3 封采一體化管柱

工作原理：當(dāng)管柱下到預(yù)定位置后，先提拉座封上部卡瓦封器、壓重；水泵車同環(huán)空反打壓，座封下部套變封隔器，繼續(xù)打壓，打掉球座，完成封隔產(chǎn)氣層，下活塞泵和抽油桿后，開(kāi)抽生產(chǎn)。

技術(shù)特點(diǎn)：該管柱可通過(guò)油層段套管變形(最小內(nèi)徑>140mm)的井或無(wú)卡封位置的油井進(jìn)行封氣，封氣與采油管柱合二為一，施工一次完成；封隔器設(shè)計(jì)采用擴(kuò)張型壓縮式膠筒式，以保證其擴(kuò)大外徑及密封性能，同時(shí)采用液壓限位方式，保證封隔器的密封牢固可靠。

2.2.3 封氣密封件選擇與參數(shù)優(yōu)化

封隔器膠筒材料是影響氣密封的關(guān)鍵，既要能滿足耐油和耐溫，又要有較高的抗張強(qiáng)度和較好的彈性,而且易于成型。通過(guò)對(duì)目前油田常用的密封材料(丁腈橡膠、氟橡膠、氫化丁腈橡膠、丁基橡膠、乙丙橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠等)進(jìn)行對(duì)比分析，確定采用丁腈橡膠，其特點(diǎn)是具有良好的耐油性、彈性、較高的抗張強(qiáng)度及較高耐溫性，通常在120℃情況可以下連續(xù)使用,在熱油中也能耐溫150℃。

由于氣體對(duì)封氣封隔器密封要求更高，因此，需要對(duì)封隔器密封件進(jìn)行重新計(jì)算與優(yōu)化。通過(guò)計(jì)算，對(duì)上述封隔器密封件進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳長(zhǎng)度和壓縮力，保證有效封氣。

2.2.4 井下復(fù)合氣錨和螺旋分流器研制

開(kāi)發(fā)研制了旋流式油氣分流器與高效復(fù)合氣錨配套的摻稀油防排氣工藝，該工藝適合不具備下封隔器的油氣混出油井，其管柱主要由復(fù)合氣錨、抽油泵、油管、螺旋分流器、井口扁四通等構(gòu)成。

工作原理：液氣混合物入泵前先經(jīng)過(guò)復(fù)合氣錨，在氣液密度差的作用下，氣泡產(chǎn)生向上的垂直分速度，加上氣液混合物在進(jìn)入氣錨孔眼時(shí)產(chǎn)生撞擊和擾動(dòng)，使部分氣體從液體中分離山來(lái)，實(shí)現(xiàn)了油氣的初步分離；另外大部分小氣泡仍被液體攜帶而下，液體在倒螺旋機(jī)構(gòu)內(nèi)部螺旋向下流動(dòng)，在離心力的作用下，氣泡因密度小，沿著倒螺旋體內(nèi)側(cè)上行，聚集到螺旋道中心的大氣泡經(jīng)螺旋道中心的環(huán)孔向上運(yùn)移，通過(guò)套管進(jìn)入地面出油干線；在螺旋道邊緣被分離含氣較少液體被抽油泵抽到地面，從而消除氣體對(duì)抽油泵影響[2]；被分離后的套管氣體在接近井口時(shí)，經(jīng)安裝在近井口的油套環(huán)空內(nèi)螺旋分離器(與套管構(gòu)成二套環(huán)空，內(nèi)環(huán)空摻稀油，外環(huán)空配有螺旋管片進(jìn)行離心分離和放氣)分流，實(shí)現(xiàn)摻稀油、產(chǎn)液、產(chǎn)氣流經(jīng)不同通道，消除了抽油泵氣鎖的問(wèn)題。

技術(shù)特點(diǎn)：該管柱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不受井況的限制，適應(yīng)性強(qiáng)，可以滿足產(chǎn)氣量小于15 000 m3/d的各類油氣混出井。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析與評(píng)價(jià)

3.1 封氣采油工藝典型井分析

高3-51-158是高升油田高3618塊第一批火驅(qū)試驗(yàn)井組中的一線生產(chǎn)井，火驅(qū)后油井見(jiàn)效較快，產(chǎn)氣量明顯增加，日產(chǎn)氣量達(dá)10 000～17 000 Nm3/d，經(jīng)常性發(fā)生抽油泵“氣鎖”，需要采取“碰泵”或“洗井”方式來(lái)維持生產(chǎn)。2012年2月25日配套實(shí)施“封氣工藝”后，油井產(chǎn)氣量大幅度下降，產(chǎn)液增加，產(chǎn)油平穩(wěn)，略有增加(具體情況詳見(jiàn)圖4)，油井抽油泵泵效由措施前的11.0%，提高到22.6%，油井“氣鎖”現(xiàn)象得到解決。

圖4 封氣采油工藝典型井(高3-51-158井)采油曲線

3.2 井下復(fù)合氣錨+螺旋分流器工藝典型井分析

高3-6-0162井是高升油田高3618塊火驅(qū)試驗(yàn)井組中的一線生產(chǎn)井，該井在措施前產(chǎn)氣量較大(8 000～12 000 Nm3/d)，油井摻稀油困難，經(jīng)常表現(xiàn)為油稠和受氣影響，平均檢泵周期僅為3個(gè)月，嚴(yán)重影響了油井的正常生產(chǎn)。2012年9月6日配套實(shí)施“井下復(fù)合氣錨+螺旋分流器”后，油井摻稀油困難、抽油泵受氣影響等的問(wèn)題得到解決，油井產(chǎn)液由措施前的8.2 t/d增加到12.1 t/d，產(chǎn)油由2.7 t/d增加到4.1 t/d，抽油泵泵效由措施前的26.8%，提高到39.5%；熱洗井周期由15天延長(zhǎng)到95天，油井正常生產(chǎn)(圖5)，措施見(jiàn)到了明顯的效果。

圖5 井下復(fù)合氣錨+螺旋分流器工藝典型井應(yīng)用前后示功圖對(duì)比

4 結(jié)論

稠油火驅(qū)開(kāi)發(fā)導(dǎo)致油井產(chǎn)氣大幅度增加，引發(fā)無(wú)效產(chǎn)氣、能源浪費(fèi)、制約油井正常生產(chǎn)等一系列問(wèn)題。解決這些問(wèn)題，應(yīng)從油藏地質(zhì)分析和工藝改進(jìn)入手，依據(jù)單井隔夾層發(fā)育狀況、射孔狀況以及井身結(jié)構(gòu)，選擇合理的機(jī)械卡封封氣工藝，減少無(wú)效生產(chǎn)層開(kāi)采，實(shí)現(xiàn)源頭治理。

火驅(qū)井下螺旋分流器、高效復(fù)合氣錨的研制和封氣工藝的應(yīng)用，解決了火驅(qū)油井套管氣與摻稀油工藝之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)了油井有效摻稀油降黏；同時(shí)，消除和緩解了抽油泵泵效低以及氣鎖的問(wèn)題，為火驅(qū)油井的正常生產(chǎn)提供了保證。

[1] 崔玉海.分層注水封隔器密封性配套技術(shù)研究[D].北京：中國(guó)石油大學(xué)，2008.

[2] 柴利文.火驅(qū)舉升工藝配套技術(shù)研究與應(yīng)用[J].鉆采工藝，2010，(4)：42-43.