稠油井過泵旋流混合降黏舉升技術

周 娜， 姜 東， 杜瑋暄， 張方圓， 張俊清， 肖 萍

(中國石化勝利油田分公司石油工程技術研究院，山東東營 257000)

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稠油井過泵旋流混合降黏舉升技術

周 娜， 姜 東， 杜瑋暄， 張方圓， 張俊清， 肖 萍

(中國石化勝利油田分公司石油工程技術研究院，山東東營 257000)

針對稠油機抽井油套環(huán)空添加降黏劑時存在降黏劑與產(chǎn)出液混合不均勻、降黏效果差和不能充分發(fā)揮降黏劑效能等問題，開展了稠油井過泵旋流混合降黏舉升技術研究。稠油井過泵降黏舉升技術是通過地面注劑系統(tǒng)將降黏劑輸送到空心桿，再利用井下過泵系統(tǒng)中的空心中心桿將降黏劑釋放至泵下，通過旋流混合系統(tǒng)葉輪的旋轉作用，充分攪拌降黏劑和產(chǎn)出液，使其混合均勻，達到提高降黏劑效能和降黏效果的目的。該技術適用于泵深小于1 500.00 m、產(chǎn)液量小于50 m3/d的稠油機抽井。該技術在勝利油田21口稠油機抽井中進行了應用，平均泵效提高了11%，累計增油5 310 m3，累計節(jié)約降黏劑9 t，生產(chǎn)周期平均延長81 d。研究結果表明，稠油井過泵旋流混合降黏舉升技術能充分發(fā)揮降黏劑效能，降黏增油效果明顯，應用前景廣闊。

稠油油藏；過泵降黏；旋流混合系統(tǒng)；空心抽油泵；地面注劑系統(tǒng)；GD161-01井；勝利油田

稠油在舉升過程中由于黏度高、流動性差、摩擦阻力大，導致出現(xiàn)泵效低、舉升載荷大、桿柱下行困難等問題，嚴重影響了稠油井的正常生產(chǎn)[1-4]。為提高稠油舉升效率，需要采取井筒降黏措施來改善井筒流體的流動條件。目前，勝利油田有2 000多口稠油井采取了井筒降黏措施，包括電熱桿加熱降黏、摻稀油降黏和化學藥劑降黏等。其中，化學藥劑降黏工藝一般采用向油套環(huán)空中灌注或滴加降黏劑的方式，因其可以降低開采成本而被廣泛應用，但降黏劑置換至泵下的時間緩慢且不可控，也無法攪拌，降黏劑與產(chǎn)出液混合不均勻，導致降黏劑的效能不能充分發(fā)揮，降黏效果差?，F(xiàn)場生產(chǎn)情況和室內(nèi)試驗發(fā)現(xiàn)，稠油與配伍降黏劑通過攪拌充分混合后的降黏率高達95%，而不攪拌情況下的降黏效果較差?，F(xiàn)有稠油機抽井加入降黏劑后主要是在泵上通過螺桿攪拌[5-6]，無法有效降低泵下原油的黏度。因此，勝利油田研究應用了稠油井過泵旋流混合降黏舉升技術，以使降黏劑可以均勻、連續(xù)地注入到泵下，并在旋流混合系統(tǒng)的攪拌下與產(chǎn)出液充分混合，從而降低泵下原油黏度，提高泵效，減少降黏劑用量，實現(xiàn)稠油油藏的高效開發(fā)。

1 過泵旋流混合降黏系統(tǒng)的結構及原理

稠油井過泵旋流混合降黏系統(tǒng)主要由旋流混合系統(tǒng)、地面注劑系統(tǒng)和井下過泵系統(tǒng)等組成(見圖1)。降黏劑通過地面注劑系統(tǒng)、井下過泵系統(tǒng)均勻注入至泵下，在旋流混合系統(tǒng)的攪拌作用下，與產(chǎn)出液充分混合，實現(xiàn)泵下原油有效降黏。

圖1 過泵旋流混合降黏舉升系統(tǒng)示意Fig.1 A diagram of vortex reducing viscosity lifting pump system

1.1 旋流混合系統(tǒng)

旋流混合系統(tǒng)是稠油井過泵旋流混合降黏系統(tǒng)的關鍵子系統(tǒng)，主要由攪拌葉輪、釋放器和中心桿等組成(見圖2)。攪拌葉輪隨著抽油機上下沖程進行徑向和軸向運動，實現(xiàn)對降黏劑和產(chǎn)出液的攪拌，提高降黏效果。釋放器可在徑向上均勻釋放降黏劑，其與攪拌葉輪通過中心桿連接，中心桿為空心桿，降黏劑通過中心桿加入。抽油泵和旋流混合系統(tǒng)之間可以根據(jù)需要添加空心桿。

圖2 旋流混合系統(tǒng)的基本結構Fig.2 The basic structure of the swirl mixing system

旋流混合系統(tǒng)隨柱塞上下往復運動過程中，攪拌葉輪產(chǎn)生軸向攪拌作用，同時因受流體的沖擊而旋轉，開始主動攪拌液體，產(chǎn)生徑向旋流攪拌作用。在攪拌葉輪軸向攪拌和徑向攪拌的雙重作用下，原油與降黏劑充分混合，從而大大降低了泵下原油黏度。各攪拌葉輪之間相互獨立轉動，葉輪葉片設置的角度與方向不相同，使產(chǎn)出液與降黏劑的混合液在攪拌過程中不斷變換流動方向，從而提高降黏效果。同時，旋流混合系統(tǒng)還有泵下加重作用，可以改善桿柱下行困難和偏磨的問題，有效延長檢泵周期。

為檢驗旋流混合系統(tǒng)在現(xiàn)場應用中能否旋轉，模擬現(xiàn)場生產(chǎn)參數(shù)，在清水中進行了試驗。通過電機正反轉帶動旋流器上下往復運動，沖程1.5 m，調(diào)節(jié)電機轉速，使旋流混合系統(tǒng)以不同沖次上下往復運動，測定攪拌葉輪在玻璃筒內(nèi)的轉速，在沖次為7，10和12 min-1時，葉輪的轉速分別為4，8和9 r/s。這表明，旋流混合系統(tǒng)可以隨著柱塞上下往復運動進行旋轉，且旋轉速度隨沖次增加而增快。

為提高現(xiàn)場應用效果，針對不同的泵徑，設計了2種型號的旋流混合系統(tǒng)，其技術參數(shù)見表1。

表1 2種型號旋流混合系統(tǒng)的技術參數(shù)

Table1 Technical parameters of two kinds of swirl mixing systems

型號長度/m葉輪級數(shù)配套空心桿/mm最大外徑/mm適用套管/mm?43.010.006?36.043.0?177.8?31.010.006?36.031.0?177.8

1.2 井下過泵系統(tǒng)

井下過泵系統(tǒng)主要由空心桿、單流閥和空心抽油泵等組成(見圖3)。井下過泵系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)過泵添加降黏劑，還可以有效防止井液倒灌?？招某橛捅弥饕纱蟊谩⑿”煤推檬焦潭ㄩy等部分組成?？招某橛捅弥O計為大小柱塞串聯(lián)且采用空心結構，不但可以實現(xiàn)過泵加降黏劑，而且可以為旋流裝置提供動力。具有強制復位功能的偏置式固定閥可縮短進油流程，降低進液阻力、提高泵效。單流閥為環(huán)形閥，隨沖程上下行而打開和關閉。根據(jù)現(xiàn)場需求，設計了4個型號的空心抽油泵，其技術參數(shù)如表3所示。

圖3 井下過泵系統(tǒng)的基本結構Fig.3 The basic structure of the down-hole pumping system

型號大柱塞直徑/mm小柱塞直徑/mm排量系數(shù)最大泵深/m泵筒最小通徑/mm中心桿通徑/mm?70/?4470.044.03.351300.0044.023.0?70/?3270.032.04.321300.0032.023.0?63/?3263.032.03.331400.0032.023.0?56/?3256.032.02.381500.0032.023.0

1.3 地面注劑系統(tǒng)

地面注劑系統(tǒng)主要由自動控制加藥罐、柱塞式計量泵、電控系統(tǒng)、自動溫控系統(tǒng)和過濾系統(tǒng)等組成(見圖4)。地面注劑系統(tǒng)不僅可以將降黏劑均勻添加到井筒中，還可以根據(jù)要求調(diào)節(jié)降黏劑的添加速度、控制降黏劑的溫度，其添加降黏劑的速度為0～2 m3/d，增壓范圍0～10 MPa，可以實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。

圖4 地面注劑系統(tǒng)的基本結構Fig.4 The basic structure of the ground injection system

2 主要性能參數(shù)與技術特點

過泵旋流混合降黏系統(tǒng)的主要性能參數(shù)為：抽油泵最大排量50 m3/d，抽油泵最大下入深度1 500.00 m，井下部分最大外徑144.0 mm，中心桿通徑23.0 mm，降黏劑最大加量2 m3/d，降黏劑增壓范圍0～10 MPa。

過泵旋流混合降黏系統(tǒng)的主要技術特點為：1)連續(xù)均勻添加降黏劑到泵下，通過攪拌使其與產(chǎn)出液均勻混合，充分發(fā)揮降黏劑的效能，解決了降黏劑添加不連續(xù)、無法攪拌導致的降黏效果差的問題；2)過泵旋流降黏系統(tǒng)結構簡單、強度高、壽命長；3)受空心桿疲勞壽命及地面抽油機載荷的限制，泵深不能超過1 500.00 m。

3 現(xiàn)場應用

截至目前，過泵旋流混合降黏舉升技術在勝利油田21口稠油機抽井中進行了應用，與應用前相比平均泵效提高11 %，產(chǎn)油量平均提高1.1 t/d，累計增油5 310 t，降黏劑日加量減少8 kg，累計節(jié)約降黏劑9 t，平均生產(chǎn)周期延長81 d。筆者以GD11-01井為例介紹該系統(tǒng)的現(xiàn)場應用情況。

GD11-01井地面原油黏度為6 140 mPa·s(50 ℃)，自轉周期注蒸汽以來，每日加降黏劑25 kg，沖次下調(diào)至2 min-1，仍然存在光桿下行緩慢的問題。分析認為，主要原因是降黏劑在井下未能與原油充分混合，導致稠油黏度太高。為此，該井在檢泵后應用了過泵旋流混合降黏舉升技術，以實現(xiàn)原油有效降黏，提高油井產(chǎn)量。通過分析，確定該井生產(chǎn)管柱自下而上為絲堵+尾管×20.00 m+篩管×2.00 m+φ73.0 mm油管×20.00 m+φ70.0 mm/φ32.0 mm空心抽油泵泵筒+φ88.9 mm油管×1 110.00 m+懸掛器；桿柱自下而上為φ31.0 mm旋流混合系統(tǒng)+φ70.0 mm/φ32.0 mm空心抽油泵活塞+φ36.0 mm空心抽油桿×8.00 m+注入單流閥+φ36.0 mm空心抽油桿+φ36.0 mm空心光桿+注藥連接裝置。

根據(jù)該井施工作業(yè)要求下入生產(chǎn)管柱及桿柱，完成碰泵、上提防沖距等工序后，連接地面注劑系統(tǒng)與舉升系統(tǒng)，將地面注劑系統(tǒng)外接的高壓軟管與注藥連接裝置相連，建立降黏劑注入通道。根據(jù)設計的注入量向井下連續(xù)注入降黏劑1 h后，開井試抽憋壓。該井主要生產(chǎn)參數(shù)為：沖程3 m，沖次3.5 min-1，降黏劑加量10 kg/d。

該井應用過泵旋流混合降黏舉升技術后，抽油機最小載荷由18.5 kN提高至18.9 kN，沖次提高了1.5 min-1，每天節(jié)約降黏劑15 kg，產(chǎn)液量由12 t/d增至27 t/d，產(chǎn)油量提高10.6 t/d。截至目前，該井已連續(xù)正常生產(chǎn)226 d，累計增油2 000 t， 累計節(jié)約降黏劑3 000 kg，仍正常生產(chǎn)。

4 結論與建議

1) 由旋流混合系統(tǒng)、地面注劑系統(tǒng)、空心抽油泵組成的稠油井過泵旋流混合降黏系統(tǒng)實現(xiàn)了泵下原油與降黏劑的充分攪拌、均勻混合，達到了泵下原油有效降黏的目的，可滿足稠油井加降黏劑有效降黏的生產(chǎn)需求。

2) 現(xiàn)場應用表明，過泵旋流混合降黏技術能夠減少降黏劑用量、提高泵效、實現(xiàn)增油，不但可用于稠油井降黏，還可用于油井防腐、防垢，應用前景廣闊。

3) 過泵旋流混合降黏系統(tǒng)的應用泵深小于1 500 m，為滿足深井稠油有效降黏的生產(chǎn)需求，下一步應開展泵深大于1 500 m的稠油井過泵旋流混合降黏系統(tǒng)的研究。

References

[1] 陳德春，張琪，張松亭，等.油套環(huán)空和空心抽油桿摻化學劑抽油井舉升工藝計算模型[J].石油大學學報(自然科學版)，2001，25(2)：22-25. CHEN Dechun,ZHANG Qi,ZHANG Songting,et al. Calculation model for lifting techniques of improving wellbore fluid flow ability with chemical agent[J]. Journal of the University of Petroleum,China(Edition of Natural Science),2001,25(2):22-25.

[2] 梅春明，李柏林.塔河油田摻稀降黏工藝[J].石油鉆探技術，2009，37(1)：73-76. MEI Chunming,LI Bolin. Mixing light oil to reduce oil viscosity in Tahe Oilfield[J]. Petroleum Drilling Techniques,2009,37(1):73-76.

[3] 趙海洋，王世杰，李柏林.塔河油田井筒降粘技術分析與評價[J] .石油鉆探技術，2007，35(3)：82-84. ZHAO Haiyang，WANG Shijie，LI Bolin. Analysis and evaluation of viscosity reducing techniques for wellbore in Tahe Oilfield[J]. Petroleum Drilling Techniques,2007,35(3):82-84.

[4] 孟科全，唐曉東，鄒雯炆，等.稠油降粘技術研究進展[J].天然氣與石油，2009，27(3)：30-34. MENG Kequan,TANG Xiaodong,ZOU Wenwen,et al. Progress in research on heavy oil viscosity reduction technology[J]. Natural Gas and Oil,2009,27(3):30-34.

[5] 王詩中，余五星，鄭南方，等.超稠油高溫降粘降阻技術及其應用[J].石油鉆采工藝，2002，24(3)：62-65. WANG Shizhong,YU Wuxing,ZHENG Nanfang,et al. Application of viscosity reducing and friction reducing technology in ultra-viscous crude oil[J]. Oil Drilling & Production Technology,2002,24(3):62-65.

[6] 薛建泉，劉均榮，高慶賢.稠油井空心桿泵上摻稀油降粘舉升工藝設計[J].石油鉆探技術，2006，34(5)：70-72. XUE Jianquan,LIU Junrong,GAO Qingxian. A lifting technological design for viscosity break by mixing light hydrocarbon in hollow rod in heavy oi1 well[J]. Petroleum Drilling Techniques,2006,34(5):70-72.

[編輯 劉文臣]

Lifting Technology by Swirl Pumping Vortex-Reducing Viscosity for Heavy Oil Production Well

ZHOU Na, JIANG Dong, DU Weixuan, ZHANG Fangyuan, ZHANG Junqing, XIAO Ping

(ResearchInstituteofPetroleumEngineeringandTechnology,SinopecShengliOilfieldCompany,Dongying,Shandong，257000,China)

Conventionally, viscosity-reducing additives are deployed in annular spaces between tubing and casing to develop heavy oil，these operations are featured with uneven mixing of additives and produced fluids, poor viscosity-reducing performances and the low-efficiency of such additives. Under such circumstances, research has been conducted to reduce viscosity by swirl pumping in heavy oil producers. Its principle is that the viscosity-reducing additives can be injected into the hollow rod by the ground mixing system, and then placed under the pump by means of a central hollow rod. The rotation of propellers in the mixing system can sufficiently mix the produced fluids with a viscosity-reducing additives to generate an evenly dispersed mixture, by which the maximum efficiency of a viscosity-reducing additives and optimal performances can be achieved. This innovative technology is suitable for the heavy oil producers with depths of less than 1 500.00 m and fluid productivity of no more than 50 m3/d. It has been deployed in 21 heavy oil producers in the Shengli Oilfield with average pumping efficiency increment of 11%, accumulative oil increment of 5 310 m3, total reduction in consumption of viscosity-reducing additives of 9 t, and the extension of average production cycle for 81 d. Research results showed that the newly viscosity-reducing technology using pumping swirl for heavy oil production can give full play to the effectiveness of viscosity-reducing additives, with obvious oil increasing the effects with prospects for broad applications.

heavy oil reservoir；pump vortex reducing viscosity；swirl mixing system；hollow oil pump；ground injection system；Well GD161-01；Shengli Oilfield

2016-01-27；改回日期：2016-10-26。

周娜(1982—)，女，山東萊蕪人，2005年畢業(yè)于中國石油大學(華東)機械設計制造及其自動化專業(yè)，2014年獲中國石油大學(華東)石油與天然氣工程專業(yè)工程碩士學位，副研究員，主要從事機械采油工藝及技術研究工作。E-mail：251852322@qq.com。

中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司科技項目“稠油井井下過泵旋流降黏舉升技術研究”(編號：YKC1307)資助。

10.11911/syztjs.201606014

TE355.5

A

1001-0890(2016)06-0084-04