電潛泵與螺桿泵水循環(huán)加熱聯(lián)作測試技術(shù)及其在渤海油田大斜度稠油井的應(yīng)用

盧中原 馬英文 張興華 譚忠健 周寶鎖 楊 子 趙 健 楊 旭

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 天津 300452; 2.中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300452)

電潛泵與螺桿泵水循環(huán)加熱聯(lián)作測試技術(shù)及其在渤海油田大斜度稠油井的應(yīng)用

盧中原1馬英文2張興華1譚忠健2周寶鎖2楊 子1趙 健1楊 旭1

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 天津 300452; 2.中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300452)

渤海油田油藏原油密度大、黏度高、凝固點高、流動性差且易出砂，井筒流動期間由于熱損失過快或者地層能量不足，原油無法到達地面導(dǎo)致測試作業(yè)失敗，而常規(guī)DST+螺桿泵抽加熱聯(lián)作測試工藝不適合在大斜度稠油井測試作業(yè)中應(yīng)用。通過優(yōu)選電潛泵罐裝系統(tǒng)與井下壓力監(jiān)測裝置，創(chuàng)新使用全井筒加熱保溫工藝與優(yōu)化完井測試一體化管柱等電潛泵與螺桿泵水循環(huán)加熱聯(lián)作測試關(guān)鍵技術(shù)，成功完成旅大區(qū)塊大斜度稠油井測試作業(yè)，從而為類似稠油油田大斜度井的測試作業(yè)提供了借鑒經(jīng)驗。

渤海油田；稠油；大斜度井；電潛泵；螺桿泵；聯(lián)作測試

渤海稠油油藏較多，大多埋深較淺，具有黏度高、凝固點高、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量高、氣油比低的特點。稠油油藏在勘探開發(fā)過程中首先要通過測試取得油層的常規(guī)樣品、地層產(chǎn)能、物性參數(shù)等，但采用常規(guī)的DST+螺桿泵抽加熱聯(lián)作測試工藝經(jīng)常因稠油無法流動至地面而不能進行計量，難以取得地層的真實產(chǎn)能[1]。通過對投入生產(chǎn)、正在建設(shè)和評價以及預(yù)測將有潛力開發(fā)的油田和含油氣構(gòu)造進行統(tǒng)計，渤海海域稠油地下原油黏度大部分在100～300 mPa·s，個別油田已達400～700 mPa·s,其儲量約占總石油地質(zhì)儲量的83%[2]。

渤海油田常用測試管柱為DST工具與螺桿泵組成的多功能測試管柱，實現(xiàn)一趟管柱完成DST測試和螺桿泵機采2項作業(yè)(簡稱優(yōu)快測試技術(shù))[3]，在直井測試作業(yè)中成效顯著[4]，但該管柱不能滿足大斜度稠油井測試作業(yè)需要。如渤海油田旅大區(qū)塊A井最大井斜為63.8°，地層原油為稠油，地層能量不足，流體無法自噴到井口，無法采用優(yōu)快測試工藝。因此，有必要研究將螺桿泵加熱工藝與電潛泵泵抽舉升二者結(jié)合進行聯(lián)作測試的工藝技術(shù)。筆者通過分析常規(guī)測試工藝不足，詳細分析了優(yōu)選電潛泵罐裝系統(tǒng)、優(yōu)選井下壓力監(jiān)測裝置、創(chuàng)新使用全井筒加熱保溫工藝、優(yōu)化完井測試一體化管柱等電潛泵與螺桿泵水循環(huán)加熱聯(lián)作測試關(guān)鍵技術(shù)，以期為類似大斜度稠油井的測試作業(yè)提供借鑒。

1 常規(guī)測試工藝存在的不足

渤海油田常用測試工藝是螺桿泵、射流泵、連續(xù)油管氣舉，其中螺桿泵大多應(yīng)用于直井。由于螺桿泵泵抽動力裝置安裝在轉(zhuǎn)盤面，通過轉(zhuǎn)動抽油桿將地面驅(qū)動裝置的動力傳遞至井下，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)誘噴，因此大斜度井中使用螺桿泵將會由于井筒軌跡彎曲產(chǎn)生的抽油桿與管柱之間的摩擦損耗和機械損壞而導(dǎo)致抽油桿發(fā)生嚴重偏磨、脫扣、斷桿等事故。射流泵在大斜度井中可以使用，在稠油中也可以使用稀油作為動力液[5]，但其對動力液凈度要求較高，稍有雜質(zhì)就容易堵塞噴嘴等核心部件[6]。連續(xù)油管能制造較大的誘噴壓差，但是無法對井內(nèi)流體進行加熱。同時，上述常規(guī)測試工藝無法實現(xiàn)開井期間對井下壓力與溫度的監(jiān)測，只能等待起出測試管柱后回放壓力數(shù)據(jù)，因此不適合大斜度稠油井測試作業(yè)。

根據(jù)旅大區(qū)塊A井的地層物性參數(shù)及鄰井原油性質(zhì)分析，認為測試管柱必須具備誘噴舉升能力，而且必須能夠?qū)苤鶅?nèi)原油進行加熱。由于受海上油田開發(fā)條件及生產(chǎn)環(huán)境的限制，電潛泵是渤海油田、勝利淺海油田等主要的開發(fā)方式[7]，但是電潛泵不能實現(xiàn)加熱;另外，常規(guī)的螺桿泵泵抽工藝可以實現(xiàn)加熱，但不能實現(xiàn)泵抽舉升，所以將電潛泵引入到測試管柱中，充分利用電潛泵排量范圍大、揚程高、可根據(jù)產(chǎn)液變化進行變頻調(diào)速的優(yōu)點，能夠同時實現(xiàn)舉升與加熱。因此，開展了電潛泵泵抽排液配套采用螺桿泵水循環(huán)加熱等測試工藝關(guān)鍵技術(shù)研究，實現(xiàn)了稠油測試舉升與加熱保溫。

2 聯(lián)作測試關(guān)鍵技術(shù)

2.1 優(yōu)選電潛泵罐裝系統(tǒng)

完井電潛泵與測試管柱相結(jié)合達到測試作業(yè)目的，該聯(lián)作測試管柱必須滿足作業(yè)安全環(huán)保要求。采用常規(guī)電潛泵泵抽存在3方面不足:①電潛泵機組通過測試管柱下入到設(shè)計深度，機組暴露在套管內(nèi)，地層原油通過帶孔管或滑套進入油管與套管之間的環(huán)空，再進入電潛泵吸入口實現(xiàn)泵抽。由于環(huán)空中充滿原油與天然氣，為保證作業(yè)安全，必須配備過電纜封隔器與井口放氣閥，在動管柱作業(yè)之前通過放氣閥放掉環(huán)空壓力，這樣將大大延長作業(yè)時間；②環(huán)空氣體易在套管內(nèi)滑脫上移，導(dǎo)致套管壓力上升，動液面下降，電潛泵沉沒度下降，從而影響電潛泵的泵抽排量，使求產(chǎn)數(shù)據(jù)失真；③套管內(nèi)有大量的測試液，泵抽期間測試液將隨著井下地層流體不斷排出，排完油管與套管之間的環(huán)空內(nèi)測試液的時間延長，嚴重影響作業(yè)時效。

基于上述分析，在旅大區(qū)塊A井測試作業(yè)中優(yōu)選了電潛泵罐裝系統(tǒng)，將電潛泵機組裝入φ177.8 mm套管中，通過蓋帽將電泵機組封蓋，上面留有電纜穿越孔道，在大斜度井中避免了電潛泵與套管相互摩擦。另外，罐裝系統(tǒng)和插入密封使原油直接進入測試管柱，避免了原油進入環(huán)空，使作業(yè)更加安全環(huán)保，原油通過測試管柱到達地面管匯進行計量，保證了求產(chǎn)數(shù)據(jù)準確，同時也省去了安裝電潛泵完井管柱中的過電纜封隔器與井口放氣閥的時間，提高了測試作業(yè)時效。

2.2 優(yōu)選井下壓力監(jiān)測裝置

在電潛泵井的生產(chǎn)管理過程中，合理的生產(chǎn)措施將直接關(guān)系到電潛泵的抽油效率和運行壽命，進而對經(jīng)濟效益產(chǎn)生直接影響[8-9]。在測試作業(yè)中，管柱必須帶有井下監(jiān)測裝置，監(jiān)測開井期間的流動壓力、溫度等數(shù)據(jù)，以便對井下情況進行動態(tài)分析和故障診斷，確定合理的生產(chǎn)措施，提高抽油效率和電潛泵作業(yè)壽命。常用測試作業(yè)井下監(jiān)測裝置見表1。由于旅大區(qū)塊A井保溫管內(nèi)下入螺桿泵抽油桿進行水循環(huán)加熱，無法再下入鋼絲壓力計；而常用的數(shù)據(jù)電纜壓力計與毛細管壓力計僅能監(jiān)測壓力、溫度等有限數(shù)據(jù)，無法全面準確地對井下情況進行動態(tài)分析和故障診斷，必須要在管柱外面攜帶配套設(shè)備，但這將會延長作業(yè)時間。

表1 常規(guī)測試作業(yè)井下監(jiān)測裝置

為了實現(xiàn)開井期間對井下壓力與溫度的監(jiān)測，在旅大區(qū)塊A井測試作業(yè)中采用了電潛泵工況監(jiān)測裝置，利用電潛泵的動力電纜將井下壓力、溫度等數(shù)據(jù)傳到地面，避免了不合理生產(chǎn)的影響(如原油脫氣、地層出砂而造成泵效降低、機組損壞、氣鎖等)，實現(xiàn)了電潛泵機組運行參數(shù)的實時記錄，為動態(tài)分析和故障診斷提供了更多、更直接的數(shù)據(jù)，有利于挖掘油井潛力。

2.3 創(chuàng)新使用全井筒加熱保溫工藝

2.3.1 螺桿泵水循環(huán)加熱工藝

螺桿泵水循環(huán)加熱工藝是利用加熱爐把熱載體加熱至設(shè)定溫度，通過特制四通接頭注入內(nèi)插入抽油桿的內(nèi)空心通道(圖1)，流至內(nèi)插入抽油桿的加熱尾端，然后通過環(huán)空返至地面，在此過程中熱載體熱量傳遞給抽油桿外管與油管之間環(huán)空的地層流體，從而實現(xiàn)加熱；熱載體到達地面后，經(jīng)過儲液罐分離氣體后再經(jīng)循環(huán)泵加壓，進入加熱爐再次加熱進入內(nèi)插入抽油桿，形成閉路循環(huán)(圖2)，此裝置最高出口溫度可達130℃[10]。

圖1 螺桿泵水循環(huán)加熱抽油桿示意圖

圖2 螺桿泵水循環(huán)加熱地面流程圖

2.3.2 保溫管井下保溫與地面保溫工藝

在從電潛泵到井口的舉升過程中，由于熱損失過快以及儲層能量較低，使得稠油流動性和流出能力變差，因此提高加熱效率或采用高效保溫技術(shù)是稠油測試的關(guān)鍵[11]。分析表明，采用螺桿泵水循環(huán)加熱工藝可實現(xiàn)對地層流體的加熱，同時采用保溫管可實現(xiàn)全井筒保溫。保溫管為雙層結(jié)構(gòu)，其夾層有隔熱材料，內(nèi)部充滿惰性氣體，可以隔斷或減少測試管柱內(nèi)部流體與環(huán)空流體之間的熱傳遞，保持原油的溫度。目前在渤海油田稠油井、需要保溫的井和冬季施工中已廣泛應(yīng)用保溫管工藝技術(shù)，取得了非常滿意的作業(yè)效果。

此外，地層流體到達地面后進入采油樹與油嘴管匯之間的地面管匯，采用蒸汽加溫同心管取代原有不保溫的地面流程管線，為地面流程內(nèi)原油加溫，改善了其流動性。

2.4 優(yōu)化完井測試一體化管柱

測試管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計需要遵循安全環(huán)保第一原則和簡單實用原則。由于海上地層測試具有高風(fēng)險、高成本等特點，因此保證測試過程中的作業(yè)安全環(huán)保應(yīng)放在首位，故采用了電潛泵罐裝系統(tǒng)與泵工況監(jiān)測裝置替代常規(guī)的電潛泵機組。由于RTTS封隔器依靠旋轉(zhuǎn)管柱后下壓座封，在大斜度井作業(yè)時存在座封噸位判斷不準的難題，因此在旅大區(qū)塊A井測試作業(yè)中采用頂部封隔器替代RTTS封隔器提前下入，采取“管柱內(nèi)加壓座封，環(huán)空加壓驗封”的方式，避免出現(xiàn)封隔器漏失。同時，在滿足測試目的和要求的前提下，測試管柱的結(jié)構(gòu)組成應(yīng)盡可能簡單，減少不必要的連接部件，便于工具或儀器下入管柱內(nèi)和起出管柱。優(yōu)化后的完井測試一體化管柱(圖3)可實現(xiàn)3項功能：①采用電潛泵制造誘噴壓差，實現(xiàn)泵抽排液；②利用“保溫管+螺桿泵水循環(huán)加熱工藝”，實現(xiàn)從電潛泵到井口的加溫保溫，提高地層原油流動性，使原油到達地面管匯進行計量；③采用電潛泵泵工況監(jiān)測裝置，實現(xiàn)電潛泵機組運行參數(shù)的實時記錄，錄取開井期間的地層資料。

圖3 優(yōu)化的完井測試一體化管柱

3 應(yīng)用效果

旅大區(qū)塊A井采用電潛泵與螺桿泵水循環(huán)加熱聯(lián)作測試管柱進行排液求產(chǎn)，電潛泵頻率30～40 Hz，平均日產(chǎn)油8.00 m3，落實了地層產(chǎn)能；原油密度為0.969 1 g/cm3，黏度為753.30 mPa·s，測試結(jié)論為稠油油層。該井求產(chǎn)期間井口溫度為45℃，地層溫度為63℃，說明螺桿泵水循環(huán)加熱測試工藝對地層流體的加熱保溫效果良好。

4 結(jié)論

渤海油田旅大區(qū)塊A井測試作業(yè)實踐表明，電潛泵與螺桿泵水循環(huán)加熱聯(lián)作測試工藝克服了井斜大、原油密度高、黏度高的測試難題，充分利用了電潛泵排量大、揚程大的特點，同時實現(xiàn)了泵抽舉升與地層流體加溫，提高了測試作業(yè)的安全性，對因壓力系數(shù)低、孔滲條件差、高密度、高黏度等因素導(dǎo)致無法自噴求產(chǎn)的測試作業(yè)井提供了一種有效的機采測試手段，也為類似稠油油田大斜度井測試作業(yè)提供了借鑒經(jīng)驗。

[1] 盧中原，趙啟彬，錢大偉，等．TCP、PCP電加熱與APR三聯(lián)作工藝在渤海稠油測試中的應(yīng)用[J]．中國石油和化工標準與質(zhì)量，2011,31(11)：168-169．Lu Zhongyuan,Zhao Qibin,Qian Dawei,et al.The application of three combination technique including TCP and PCP electrical heating and APR in Bohai oilfield heavy oil test[J].China Petroleum and Chemical Standard and Quality,2011,31(11):168-169.

[2] 譚忠健，項華，劉富奎，等．渤海復(fù)雜油氣藏測試技術(shù)研究及應(yīng)用效果[J]．中國海上油氣，2006,18(4)：223-228．

Tan Zhongjian,Xiang Hua,Liu Fukui,et al.Testing techniques for complex reservoirs and their application in Bohai sea[J].China Offshore Oil and Gas,2006,18(4):223-228.

[3] 劉曉光，呂新才，李孝勝．渤海油田稠油井優(yōu)快測試技術(shù)[J]．油氣井測試，1999,8(1)：31-33．

Liu Xiaoguang,Lv Xincai,Li Xiaosheng.High quality and quick DST technique of viscous oil wells in Bohai Oilfield[J].Well Testing,1999,8(1):31-33.

[4] 劉秀生.螺桿泵在稠油出砂井中的應(yīng)用[J].石油礦場機械，2003,32(4):30-32.

Liu Xiusheng.Screw pump application in viscous sand wells[J].Oil Field Equipment, 2003,32(4):30-32.

[5] 劉正偉，解廣娟，楊程，等．稀油作動力液射流泵技術(shù)在旅大稠油油田的應(yīng)用[J]．海洋石油，2010,12(4)：76-80．

Liu Zhengwei,Xie Guangjuan,Yang Cheng,et al.Technology of hydraulic jet pump using light oil as power fluid in LD heavy oil field[J].Offshore Oil,2010,12(4):76-80.

[6] 趙啟彬,盧中原,楊子.射流泵技術(shù)在渤海探井測試中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工,2014(9):88-91.

Zhao Qibin,Lu Zhongyuan,Yang Zi.The application of jet pump technique in Bohai exploration well test[J].Inner Mongolia Oil and Chemical Engineering,2014(9):88-91.

[7] 李常友，張雪梅，鄭金中，等．淺海油田電潛泵泵下電加熱技術(shù)[J]．石油機械，2005,33(5)：52-54．

Li Changyou,Zhang Xuemei,Zheng Jinzhong,et al.Technology of electric heating below ESP for shallow water oil recovery[J].China Petroleum Machinery,2005,33(5):52-54.

[8] 歐陽鐵兵，吳紹偉，于志剛，等.電潛泵工況儀參數(shù)應(yīng)用實踐[J].石油鉆采工藝，2012，34 (6):119-121.

Ouyang Tiebing，Wu Shaowei,Yu Zhigang,et al.Application practice of electric submersible pump tractometer[J].Oil Drilling & Production Technology，2012,34 (6):119-121.

[9] 石在虹，李波，崔斌，等.電潛泵井生產(chǎn)動態(tài)分析[J].石油學(xué)報，2003，24 (1):100-104.

Shi Zaihong,Li Bo,Cui Bin,et al.Production performance analysis of oil well with submersible electric pump[J].Acta Petrolei Sinica,2003，24 (1):100-104.

[10] 馮衛(wèi)華，楊子，張興華，等.電磁水循環(huán)加熱方式在稠油開采中的應(yīng)用[J].安全、健康和環(huán)境，2014,14 (1):27-29.

Feng Weihua,Yang Zi,Zhang Xinghua,et al.The application of cyclic electromagnetic water heating into thickened oil recovery[J].Safety,Health and Environment,2014,14 (1):27-29.

[11] 劉富奎，施達，譚忠健，等．渤海稠油井測試工藝中保溫技術(shù)應(yīng)用研究[J]．油氣井測試，2007,16(6)：35-37．

Liu Fukui,Shi Da,Tan Zhongjian,et al.Study on application of insulation tech for dense oil testing in Bohai oilfield[J].Well Testing,2007,16(6):35-37.

(編輯：孫豐成)

ESP and PCP water circulation heating combination technology and its application for heavy oil in highly deviated wells in Bohai oilfields

Lu Zhongyuan1Ma Yingwen2Zhang Xinghua1Tan Zhongjian2Zhou Baosuo2Yang Zi1Zhao Jian1Yang Xu1

(1.CNOOCEnerTech-Drilling&ProductionCo.,Ltd.,Tianjin300452,China;2.TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300452,China)

The crude oil in Bohai oilfields has the characteristics of high density, high viscosity, high freezing point, poor fluidity and serious sanding problems; during flow up the wellbore, because of quick heat loss and inadequacy of reservoir energy, the oil cannot reach the surface, resulting in failure of the testing job. The conventional technology of DST and PCP electrical heating combination is not suitable for heavy oil in highly deviated wells. Through optimization of ESP and PCP water circulation heating combination, key technology including ESP canned system, downhole pressure monitoring instruments, and integrated string of completion and well testing, we successfully completed testing jobs for the heavy oil in highly deviated wells in Lvda block, and provided valuable experience for similar well testing jobs.

Bohai oilfields; heavy oil; highly deviated well; electric submersible pump; progressive cavity pump; combination testing

盧中原，男，工程師，2007年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源勘查工程專業(yè)，現(xiàn)從事地層測試工作。地址：天津市塘沽區(qū)渤海石油路688號海洋石油大廈A座5樓(郵編：300452)。E-mail：luzhy@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)03-0127-05

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.03.020

TE353+.3

A

2015-11-30 改回日期：2016-03-01

盧中原,馬英文,張興華，等.電潛泵與螺桿泵水循環(huán)加熱聯(lián)作測試技術(shù)及其在渤海油田大斜度稠油井的應(yīng)用[J].中國海上油氣，2016,28(3)：127-131.

Lu Zhongyuan,Ma Yingwen,Zhang Xinghua,et al.ESP and PCP water circulation heating combination technology and its application for heavy oil in highly deviated wells in Bohai oilfields[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(3):127-131.