稠油油藏水平井配套工藝技術(shù)

楊立龍

(中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤(pán)錦 124125)

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稠油油藏水平井配套工藝技術(shù)

楊立龍

(中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤(pán)錦 124125)

高升油田自2012年開(kāi)始大規(guī)模實(shí)施水平井采油，在實(shí)施過(guò)程中由于水平段吸汽不均、泵工作不穩(wěn)定及桿、管偏磨等問(wèn)題，影響了水平井的高效開(kāi)發(fā)。為進(jìn)一步提高水平井的開(kāi)發(fā)效果，對(duì)注汽工藝和采油舉升工藝進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)水平井注汽管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)及新型高效驅(qū)油劑的研制及應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)水平段均勻注汽和增加蒸汽波及體積的目的；通過(guò)對(duì)強(qiáng)啟閉抽油泵及防磨器進(jìn)行改進(jìn)，提高了泵效并解決了抽油桿和抽油管偏磨等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了水平井的高效開(kāi)發(fā)。該技術(shù)共實(shí)施159井次，增油11 485.9 t，平均單井增油459.6 t。水平井開(kāi)采配套技術(shù)的研究與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了注汽、調(diào)剖、助排、舉升工藝等各項(xiàng)措施之間的協(xié)同效應(yīng)，有效地改善了水平井開(kāi)發(fā)效果。

水平井；均勻注汽；化學(xué)助采；舉升工藝；高升油田

0 引 言

隨著油田二次開(kāi)發(fā)的推進(jìn)，水平井采油配合蒸汽吞吐技術(shù)在高升油田高246、高21和高3618等區(qū)塊已開(kāi)始規(guī)模性應(yīng)用，水平井平均單井產(chǎn)量達(dá)到9 t/d，為同區(qū)塊直井的3倍，尤其是在邊部?jī)?chǔ)量動(dòng)用、薄層開(kāi)發(fā)和底水油藏開(kāi)采上與直井相比體現(xiàn)出了明顯的優(yōu)越性[1-6]。但由于水平井井身結(jié)構(gòu)的特殊性，在開(kāi)采過(guò)程中出現(xiàn)水平段吸汽不均、注汽質(zhì)量難以保證以及井下工具使用壽命相對(duì)較短、影響油井生產(chǎn)時(shí)率等問(wèn)題，使得水平井產(chǎn)能尚未得到有效發(fā)揮。因此，通過(guò)優(yōu)化改進(jìn)水平井均勻注汽技術(shù)、舉升配套工藝和輔助化學(xué)助采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水平井的高效開(kāi)發(fā)。

1 注汽工藝配套技術(shù)

針對(duì)水平井井段動(dòng)用不均的問(wèn)題，通過(guò)綜合分析井底物性條件，合理設(shè)計(jì)注汽閥位置和孔徑尺寸，采用多個(gè)注汽閥來(lái)實(shí)現(xiàn)均勻注汽[7-8]；針對(duì)汽竄嚴(yán)重和原油黏度大的問(wèn)題，通過(guò)化學(xué)助采技術(shù)封堵高滲透油層，調(diào)整油井吸汽剖面，同時(shí)利用表面活性劑來(lái)降低油水界面張力，降低原油黏度，增加油井產(chǎn)能。

1.1 水平井均勻注汽技術(shù)

(1) 水平井均勻注汽管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。水平井均勻注汽技術(shù)分為多點(diǎn)注汽和分段注汽技術(shù)2種。水平井分段注汽技術(shù)工藝管柱由注汽閥、蒸汽傘、扶正器和油管組成，而多點(diǎn)注汽技術(shù)工藝管柱僅由注汽閥和油管組成。水平井多點(diǎn)注汽技術(shù)是通過(guò)對(duì)井底物性條件進(jìn)行分析，在水平井段設(shè)計(jì)多個(gè)注汽閥。注汽閥在注汽過(guò)程中將對(duì)水平井段同時(shí)作用，注汽閥的孔徑大小通過(guò)設(shè)計(jì)軟件得出。管柱由上至下為Φ114 mm保溫油管、Φ89 mm高效隔熱管、注汽閥及Φ89 mm油管。適用于篩管完井和套管完井2種方式。

(2) 水平井均勻注汽閥設(shè)計(jì)。注汽閥在注汽過(guò)程中控制水平井段蒸汽分配，由中心管和配汽閥外套2部分組成，在中心管上設(shè)置有注汽閥孔眼，其數(shù)值通過(guò)“水平井均勻注汽設(shè)計(jì)軟件”模擬計(jì)算出。配汽閥外套主要作用為改變蒸汽流動(dòng)方向，并保護(hù)套管不受損壞。性能技術(shù)指標(biāo)：長(zhǎng)度為434 mm，外徑為Φ110 mm，內(nèi)通徑為Φ62 mm。

(3) 蒸汽傘。蒸汽傘的工作原理是利用在注汽管柱和套管之間形成的注汽壓差來(lái)?yè)伍_(kāi)蒸汽傘。蒸汽傘的高溫膠筒采用具有一定耐溫性能的復(fù)合材料一體化復(fù)合制成，高溫膠筒所使用的復(fù)合材料能夠在350 ℃的高溫下長(zhǎng)期使用。注汽過(guò)程中，在注汽管柱內(nèi)外壓差作用下，膠筒被撐開(kāi)坐封在套管內(nèi)壁，將水平井段分隔成多段，通過(guò)2個(gè)膠筒之間的注汽閥，即可實(shí)現(xiàn)水平井分段注汽，該工藝主要適用于套管狀況完好無(wú)縮徑的水平井。

(4) 水平井均勻注汽動(dòng)態(tài)分析軟件。該軟件是針對(duì)水平井均勻注汽技術(shù)要求，基于Windows操作系統(tǒng)而開(kāi)發(fā)的一套應(yīng)用軟件，用于注汽井筒中的壓力、干度和配汽孔徑的分析計(jì)算。

1.2 化學(xué)助采技術(shù)

泡沫與凝膠體系具有較好的耐溫性能，在氮?dú)獾淖饔孟拢l(fā)泡劑在地層孔道中產(chǎn)生泡沫。發(fā)泡后的泡沫與凝膠體系可使氣相的滲流能力急劇降低，封堵高滲透層和大孔道，改變蒸汽在地層中的流道，抑制蒸汽繼續(xù)沿高滲層、高滲帶突進(jìn)，從而使蒸汽轉(zhuǎn)向低滲帶，增加蒸汽波及體積，提高動(dòng)用面積。

采用高效驅(qū)油劑與蒸汽同時(shí)注入的方式，利用表面活性劑的活性成分，降低油水界面張力，形成水包油型乳狀液，活性成分吸附在油珠周?chē)?，形成定向的單分子保護(hù)膜，防止乳狀液油珠重新聚合，從而降低稠油黏度。同時(shí)利用表面活性劑乳液的潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)作用，使液流流動(dòng)阻力顯著降低，起到提高原油采收率的作用。

(1) 發(fā)泡劑的篩選。發(fā)泡劑是泡沫調(diào)剖體系中最重要的成分，對(duì)發(fā)泡效果的影響最為關(guān)鍵[9-12]。優(yōu)良的發(fā)泡劑應(yīng)具有阻力因子高、界面張力低、吸附損失低、驅(qū)油效率高、成本低廉等特點(diǎn)。利用不同類(lèi)型表面活性劑進(jìn)行發(fā)泡性能實(shí)驗(yàn)，篩選出最佳高溫發(fā)泡劑三肼基均三嗪(THT)(表1)。隨著發(fā)泡劑THT濃度的提高，發(fā)泡性能不斷提高，且當(dāng)濃度大于1.0%以后，濃度對(duì)發(fā)泡劑發(fā)泡性能影響不大，因此發(fā)泡劑的使用濃度應(yīng)大于1.0%。

表1 發(fā)泡劑性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(2) 穩(wěn)泡劑的篩選。對(duì)不同類(lèi)型的穩(wěn)泡劑進(jìn)行耐溫性能實(shí)驗(yàn)，所選取的穩(wěn)泡劑在常溫下均具有顯著的穩(wěn)泡效果，在高溫條件下穩(wěn)泡效果顯著下降，僅有陰離子表面活性劑K12穩(wěn)泡性能相對(duì)較好，因此，選擇K12作為穩(wěn)泡劑(表2)。并且隨著K12濃度提高，穩(wěn)泡效果越來(lái)越好，當(dāng)K12濃度高于0.5%時(shí)，穩(wěn)泡劑濃度的增加對(duì)穩(wěn)泡效果影響不大，因此，K12的濃度應(yīng)大于0.5%。

表2 穩(wěn)泡劑效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)

(3) 驅(qū)油劑的篩選。目前常用的油水乳化液的破乳劑多為有機(jī)胺、季銨鹽和非離子型的表面活性劑。季銨鹽在水溶液中電離后，其溶液呈離子狀態(tài)，穩(wěn)定性差，受電解質(zhì)、酸堿環(huán)境及地層情況影響較大，與其他油田化學(xué)劑配伍性差。因此，確定非離子表面活性劑為高效驅(qū)油劑，主要成分為脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鹽。脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鹽(AEC)是一種陰離子結(jié)構(gòu)的綠色表面活性劑，具有良好的潤(rùn)濕、乳化和分散性能，其水溶性隨聚氧乙烯鏈增加而增大。由于其雙親水官能團(tuán)——氧乙基和羧酸基的存在，使其具有與普通表面活性劑不同的特性，兼具陰離子和非離子2類(lèi)表面活性劑的特點(diǎn)，在溶液中，正是利用了AEC的氧乙基空間位阻效應(yīng)，避免了正、負(fù)離子之間結(jié)合過(guò)于緊密而形成沉淀的問(wèn)題。

(4) 凝膠配方的選擇。凝膠體系主要由部分水解聚丙烯酰胺、交聯(lián)劑、油溶性樹(shù)脂、增強(qiáng)劑及熱穩(wěn)定劑組成。該凝膠體系具有封堵能力強(qiáng)，耐高溫、高鹽等特點(diǎn)。技術(shù)指標(biāo)：密度為1.02～1.07 g/cm3，成膠前黏度為40～60 mPa·s，凝膠黏度大于1.5×104mPa·s，耐溫280 ℃，封堵率(300 ℃)不低于85%。

(5) 施工工藝。通過(guò)井口三通正注氮?dú)夂桶l(fā)泡凝膠體系，在井筒和地層內(nèi)充分混合發(fā)泡，其中氮?dú)夂桶l(fā)泡凝膠體系注入比例為50∶1，注氮速度控制在800～1 200 m3/h，凝膠注入速度為15 m3/h；注完后燜井24 h，開(kāi)始注汽。

2 舉升工藝配套技術(shù)

針對(duì)水平井使用的常規(guī)強(qiáng)啟閉抽油泵的脫接器存在一定的不穩(wěn)定因素，對(duì)強(qiáng)啟閉抽油泵進(jìn)行改進(jìn)，以提高泵效，避免卡泵。同時(shí)優(yōu)化改進(jìn)防磨、防脫等配套裝置，解決抽油桿斷脫問(wèn)題，延長(zhǎng)油井檢泵周期，保證水平井正常生產(chǎn)。

2.1 強(qiáng)啟閉抽油泵

將強(qiáng)啟閉抽油泵游動(dòng)凡爾更換為浮環(huán)泵的活塞，固定凡爾采取復(fù)位彈簧結(jié)構(gòu)。其主要優(yōu)點(diǎn)是柱塞表面設(shè)計(jì)有數(shù)組聚四氟密封材料，實(shí)現(xiàn)柱塞與泵筒之間的零間隙密封，設(shè)計(jì)上允許砂粒進(jìn)入泵內(nèi)任何空間，與金屬泵筒內(nèi)壁形成軟—硬摩擦，降低了磨損速度，應(yīng)用特殊的密封結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)液力自緊密封及磨損量自動(dòng)補(bǔ)償。但是常規(guī)強(qiáng)啟閉抽油泵活塞的脫接器存在一定的不穩(wěn)定因素，故對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，將活塞后下入泵筒，改進(jìn)后的抽油泵具有防砂卡和泵效高等性能[13-15]。該泵具有以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

(1) 強(qiáng)啟閉抽油泵采用的多級(jí)密封單元結(jié)構(gòu)柱塞各級(jí)之間相互完全獨(dú)立，能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)開(kāi)強(qiáng)閉，且具有防氣功能。密封單元結(jié)構(gòu)、中心桿及桿柱之間均處于游離狀態(tài)，在大斜度井及水平井使用時(shí)，桿柱的偏心力作用在導(dǎo)向塊上，由導(dǎo)向塊承受偏磨，避免了井下泵密封單元結(jié)構(gòu)偏磨情況的發(fā)生。

(2) 由于強(qiáng)啟閉抽油泵柱塞整體在軸向和徑向上的柔韌性，且柱塞與泵筒之間的密封間隙為彈性間隙，間隙值可調(diào)節(jié)，因此，在液柱壓力作用下密封間隙縮小，可以減少抽油泵的漏失量，提高生產(chǎn)效率。

(3) 強(qiáng)啟閉抽油泵利用單級(jí)密封單元之間的非接觸式彈性間隙，柱塞可以產(chǎn)生一定的彈性變形，避免了砂粒造成柱塞與泵筒卡泵情況的發(fā)生。

2.2 防磨、防脫裝置的優(yōu)化改進(jìn)

(1) 防磨器的改進(jìn)。將原來(lái)使用的滾動(dòng)型抽油桿扶正器改進(jìn)為滑動(dòng)式防磨器，該防磨器為金屬結(jié)構(gòu)，采用噴涂法在扶正器摩擦面上形成一層固體潤(rùn)滑膜。在摩擦過(guò)程中，固體潤(rùn)滑膜表面的鎳基合金粉末轉(zhuǎn)移到油管內(nèi)表面形成轉(zhuǎn)移膜，從而使摩擦影響只限于轉(zhuǎn)移膜和潤(rùn)滑膜之間，達(dá)到減小摩擦系數(shù)和磨損程度的目的。由于油管內(nèi)壁表面粗糙度介于6～12 μm之間，根據(jù)理論測(cè)算，可形成良好的轉(zhuǎn)移膜[16-18]。

防磨器摩擦工作面為3個(gè)與油管內(nèi)壁曲率相同的圓弧曲面，在工作過(guò)程中，曲面可沿芯軸自動(dòng)轉(zhuǎn)向，始終保證以一個(gè)工作曲面與油管壁發(fā)生貼合，在固體潤(rùn)滑劑的作用下，可起到避免磨損的作用，對(duì)延長(zhǎng)油井免修期、降低機(jī)采系統(tǒng)能耗起到積極作用。

(2) 研究試驗(yàn)新型防脫器。水平井井況復(fù)雜，抽油桿在井下受力情況更為復(fù)雜，造成抽油桿經(jīng)常脫扣[10]，為此先后研究試驗(yàn)了4種防脫裝置，并對(duì)防脫器進(jìn)行了多次改進(jìn)。

改進(jìn)后的防脫器兩端接頭分別與抽油桿相連，芯桿與壓墊360 °萬(wàn)向，擺角為0～8 °；芯桿承載拉力為490 kN，在工作過(guò)程中可以釋放掉抽油桿的扭矩，起到有效防止抽油桿脫扣的作用；耐磨套采用鍍、噴涂等方法在摩擦面上形成一層與基體結(jié)合牢固的固體潤(rùn)滑膜(一般采用MoS2或鎳基合金)，在油管摩擦過(guò)程中起到潤(rùn)滑作用。

防磨、防脫裝置的優(yōu)化與改進(jìn)，解決了桿管偏磨及抽油桿斷脫等問(wèn)題，延長(zhǎng)了檢泵周期，從而提高了油井生產(chǎn)時(shí)率。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2012年以來(lái)，水平井開(kāi)采配套技術(shù)在高升油田6個(gè)區(qū)塊(高3624、高246、高18、雷64、雷11、牛心坨)共實(shí)施159井次，其中水平井強(qiáng)啟閉抽油泵91井次，防磨、防脫配套裝置43井次，均勻注汽技術(shù)25井次(采用均勻注汽與化學(xué)助采復(fù)合措施6井次)，累計(jì)增油11 485.9 t，平均單井增油459.6 t。

高2蓮-H404井于2013年9月17日實(shí)施第1周期注汽，注汽量為4 500.0 t，平均注汽壓力為13.9 MPa，注汽溫度為332 ℃，周期產(chǎn)液為2 121.0 t，周期產(chǎn)油為723.0 t，平均日產(chǎn)液為5.7 t/d，平均日產(chǎn)油為2.0 t/d，油汽比為0.16。2014年5月19日實(shí)施第2周期注汽，采用均勻注汽和化學(xué)助采等復(fù)合技術(shù)，注汽量為4 428.0 t，平均注汽壓力為15.5 MPa，溫度為342 ℃，截至目前，累計(jì)產(chǎn)液2 122.5 t，累計(jì)產(chǎn)油963.6 t，平均日產(chǎn)液為7.0 t/d，平均日產(chǎn)油為3.2 t/d，目前保持增油趨勢(shì)。

從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況來(lái)看，實(shí)施水平井均勻注汽和化學(xué)助采等技術(shù)，在注汽量比上周期少72 t的情況下，本周期產(chǎn)油量相比上周期明顯增加，平均日產(chǎn)油由2.0 t/d增加至3.2 t/d，峰值日產(chǎn)油由5.0 t/d增加至9.8 t/d，周期產(chǎn)油由723.0 t增至963.6 t，油汽比由0.15增至0.22，吞吐效果得到明顯改善。該井的成功實(shí)施表明，水平井均勻注汽技術(shù)不但能夠滿足水平井注汽要求，而且可以大幅度提高水平段的動(dòng)用程度，可以做為改善水平井吞吐效果的主要配套技術(shù)。

根據(jù)對(duì)采用化學(xué)助采復(fù)合措施的6口井第1、2周期注汽參數(shù)的對(duì)比，措施后注汽壓力平均上升了1.4 MPa，注汽壓力上升明顯，說(shuō)明措施有效封堵了高滲透層，啟動(dòng)了低滲透層，改善了水平井段的動(dòng)用程度。

通過(guò)采用強(qiáng)啟閉抽油泵，有效避免了砂卡泵，降低了泵的漏失量，提高了泵效；采用防磨、防脫裝置，防止抽油桿與油管磨損及抽油桿斷脫，延長(zhǎng)了油井生產(chǎn)周期。

4 結(jié) 論

(1) 水平井開(kāi)采配套技術(shù)的研究與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了注汽、調(diào)剖、助排、舉升工藝等各項(xiàng)措施之間的協(xié)同效應(yīng)，有效地改善了水平井開(kāi)發(fā)效果。

(2) 水平井均勻注汽技術(shù)與化學(xué)助采技術(shù)相結(jié)合，解決了水平井段動(dòng)用不均的難題，使油井產(chǎn)能得到大幅度提高，為稠油油藏水平井改善吞吐效果提供了技術(shù)支持。

(3) 水平井舉升配套工藝技術(shù)的實(shí)施，有效解決了泵效低、桿管偏磨、斷脫等問(wèn)題，提高了油井生產(chǎn)時(shí)率，為水平井的高效開(kāi)發(fā)提供了有力保障。

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編輯 劉兆芝

20151222；改回日期：20160322

楊立龍(1975-)，男，高級(jí)工程師，1997年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院油藏工程專業(yè)，2010年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油與天然氣工程專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事采油管理工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.03.034

TE357.44 ；TE357.46

A

1006-6535(2016)03-0140-04