水平井隔熱注采一體化管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)

宋明臣

（河南油田分公司采油二廠，河南唐河 473400）

水平井隔熱注采一體化管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)

宋明臣

（河南油田分公司采油二廠，河南唐河 473400）

針對(duì)水平井隔熱注采一體化管柱存在的熱力補(bǔ)償器拉伸和注汽時(shí)套壓控制難的問(wèn)題，通過(guò)力學(xué)計(jì)算和分析，設(shè)計(jì)了一種新的水平井用熱力補(bǔ)償系統(tǒng)，采用地面拉伸和井下打壓拉伸相結(jié)合的方式，確保補(bǔ)償器在水平段完全拉伸，并研制配套了油套壓力自動(dòng)平衡器，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性，實(shí)現(xiàn)了熱采水平井隔熱注采一體化技術(shù)的規(guī)模應(yīng)用。

水平井隔熱 熱力補(bǔ)償 壓力平衡

1 目前稠油熱采水平井隔熱注汽采油管柱存在的問(wèn)題

1.1 熱力補(bǔ)償器拉伸問(wèn)題

常見(jiàn)的稠油熱采直井隔熱管柱，熱力補(bǔ)償器安裝在管柱中部，依靠下部管柱自重，確保在注汽之前是補(bǔ)償器是拉伸狀態(tài)［1-2］，但是稠油熱采水平井受到水平井段長(zhǎng)、油稠等因素影響，在下管柱過(guò)程中管柱與套管內(nèi)壁接觸產(chǎn)生摩擦、油稠遇阻（井筒內(nèi)原油粘度大）等因素，導(dǎo)致管柱受阻后將熱力補(bǔ)償器頂回至收縮狀態(tài)，造成注汽時(shí)后管柱擠壓彎曲。因此在稠油熱采水平井，只能采取下隔熱管柱注汽、下采油管柱轉(zhuǎn)抽兩次作業(yè)，不僅浪費(fèi)了大量的作業(yè)成本和蒸汽熱能，而且作業(yè)轉(zhuǎn)抽時(shí)施工難度大，風(fēng)險(xiǎn)高，極易出現(xiàn)井涌、井噴事故。

1.2 注汽時(shí)套壓控制難度大

在注汽過(guò)程中，若關(guān)閉套管閘門(mén)注汽，環(huán)空液體受熱蒸發(fā)，套壓升高，導(dǎo)致管柱和套管因受壓力過(guò)高而被擠壞；若套管放壓過(guò)多，導(dǎo)致封隔器上下受力不均，蒸汽通過(guò)封隔器截面上頂管柱，造成熱力補(bǔ)償器失效，管柱彎曲，通過(guò)人工操作控制套壓存在難度大、安全性差的問(wèn)題。

針對(duì)以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種新的水平井熱力補(bǔ)償系統(tǒng)，該系統(tǒng)能解決熱力補(bǔ)償器失效的問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)油套壓差自動(dòng)調(diào)節(jié)，以保證合理的套壓，實(shí)現(xiàn)熱采水平井一趟管柱滿(mǎn)足隔熱注汽、采油兩項(xiàng)需要（簡(jiǎn)稱(chēng)為水平井隔熱注采一體化管柱），減少頻繁作業(yè)和熱能損失。

2 水平井隔熱注采一體化管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

研制適應(yīng)熱采水平井的熱力補(bǔ)償器，采用地面拉伸和井下打壓拉伸相結(jié)合的方式，確保熱力補(bǔ)償器在水平段完全打開(kāi)伸長(zhǎng)；研制油套壓力自動(dòng)平衡器，實(shí)現(xiàn)套壓始終小于或等于注汽壓力，解決套壓控制問(wèn)題。

2.2 結(jié)構(gòu)原理

水平井隔熱注采一體化管柱結(jié)構(gòu)如圖1所示，由隔熱油管、熱力

……

……補(bǔ)償器、油套壓力平衡器、定壓閥等組成。在下完管柱后通過(guò)井口正打壓使其完全伸出，定壓閥銷(xiāo)釘剪斷前使管柱形成密閉空間，補(bǔ)償器完全伸出后繼續(xù)打壓剪斷銷(xiāo)釘，形成注采通道。注汽過(guò)程油管受熱伸長(zhǎng)，熱力補(bǔ)償器起補(bǔ)償作用。當(dāng)環(huán)空液體受熱蒸發(fā)膨脹，套壓大于注壓時(shí)壓力平衡器被打開(kāi)，注套壓達(dá)到平衡。

注汽時(shí)，只需在地面上提抽油桿將抽油泵活塞提出工作筒，打開(kāi)注汽通道實(shí)施注汽；注汽轉(zhuǎn)抽時(shí)下放抽油桿，調(diào)好防沖距即可實(shí)現(xiàn)采油，實(shí)現(xiàn)水平井隔熱注汽采油一體化。

2.3 熱力補(bǔ)償器

熱力補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)如圖2所示，由外套和活塞組成，采用石墨碳纖維盤(pán)根密封，耐高溫高壓、耐磨，活塞可以在外套內(nèi)伸縮滑動(dòng)，通過(guò)調(diào)整盤(pán)根數(shù)量和壓緊程度調(diào)節(jié)開(kāi)啟壓力。注汽時(shí)管柱伸長(zhǎng)活塞回縮起熱補(bǔ)償作用。熱力補(bǔ)償器主要技術(shù)參數(shù)如表1。

2.4 油套壓力平衡器

為簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)操作，保障現(xiàn)場(chǎng)人員安全，提高井下管柱安全性，設(shè)計(jì)了油套壓力平衡器，結(jié)構(gòu)如圖3所示，工作原理如下：

主要由彈簧和小球組合而成的單流閥構(gòu)成。當(dāng)套壓＞油壓，單流閥被頂開(kāi)，油套連通，套壓減??；當(dāng)套壓≤油壓，彈簧和蒸汽作用在單流閥上，油套連通通道關(guān)閉。油套壓力平衡器主要技術(shù)參數(shù)如表2。

2.5 定壓閥

定壓閥結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括1上接頭、2外筒、3閥罩、4限位彈簧、5閥芯、6定壓銷(xiāo)釘、7閥座、8下接頭。工作原理如下：

當(dāng)管柱下到設(shè)計(jì)位置后，通過(guò)油管打壓，液體通過(guò)閥罩3上面的孔進(jìn)入，壓力作用在閥芯5上面，使閥芯5座在閥座7上面并密封，管柱內(nèi)憋壓。

當(dāng)管柱內(nèi)升壓達(dá)到熱力補(bǔ)償器的開(kāi)啟壓力后，熱力補(bǔ)償器開(kāi)始伸出，繼續(xù)升壓（或保持壓力），熱力補(bǔ)償器完全打開(kāi)伸長(zhǎng)，同時(shí)剪斷定壓銷(xiāo)釘6，將閥罩3、限位彈簧4、閥芯5、定壓銷(xiāo)釘6、閥座7一起打掉，落入下面的導(dǎo)向絲堵中，形成注采通道。

當(dāng)下井遇阻需要反洗井時(shí)，從油套環(huán)空打壓，壓力作用在閥芯5下端面，閥芯5受到向上的壓力后離開(kāi)閥座7并上頂限位彈簧4，反洗通道打開(kāi)實(shí)現(xiàn)反洗井。反洗井結(jié)束后，在限位彈簧4的彈力作用下將閥芯5復(fù)位座落在閥座7上，閥芯關(guān)閉。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

熱采水平井注采一體化管柱熱力補(bǔ)償系統(tǒng)于2012年10月在樓平2、樓平3井進(jìn)行試驗(yàn)， 并于2013年開(kāi)始推廣應(yīng)用，截止2014年12月已累計(jì)應(yīng)用89口井，工藝成功率98%，實(shí)現(xiàn)了水平井注采一體化管柱的規(guī)模應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

水平井熱力補(bǔ)償系統(tǒng)的成功，有效地解決了熱采水平注采一體化管柱井存在的問(wèn)題，減少了熱采水平井作業(yè)成本和蒸汽熱損失，降低了工人操作強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了水平井注采一體化管柱的規(guī)模應(yīng)用，改善了熱采油田經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)效益。

［1］王東，陳磊.井下工具高溫試驗(yàn)井系統(tǒng)［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2009，38（7）：75-79.

［2］李志方，高誠(chéng)輝，林有希.聚四氟乙烯的摩擦學(xué)性能［J］.塑料工業(yè)，2005，28（1）31-32.

［3］李洪.實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2005：78-79.

圖1 水平井隔熱注采管柱熱力補(bǔ)償系統(tǒng)

圖3 油套壓力平衡器

圖4 定壓閥結(jié)構(gòu)圖

圖2 熱力補(bǔ)償器和石墨碳纖維盤(pán)根

表1 熱力補(bǔ)償器技術(shù)參數(shù)

表2 油套壓力平衡器技術(shù)參數(shù)

專(zhuān)利技術(shù)：國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利 （ZL201320492307.9）

宋明臣（1982-），男，河南南陽(yáng)人，采油工程師，主要從事石油開(kāi)采與生產(chǎn)技術(shù)管理工作。