華北油田油藏構(gòu)造邊部稠油冷采方法

付亞榮陳明君陳寅生楊中峰尤小虎李思奇

1.中國(guó)石油華北油田第五采油廠；2.中國(guó)石油華北油田采油工程研究院；3.中國(guó)石油華北油田第三采油廠；4.中國(guó)石油華北油田經(jīng)濟(jì)研究中心

華北油田油藏構(gòu)造邊部稠油冷采方法

付亞榮1陳明君2陳寅生3楊中峰1尤小虎1李思奇4

1.中國(guó)石油華北油田第五采油廠；2.中國(guó)石油華北油田采油工程研究院；3.中國(guó)石油華北油田第三采油廠；4.中國(guó)石油華北油田經(jīng)濟(jì)研究中心

部署在油藏構(gòu)造邊部稠油井,當(dāng)50℃下原油黏度達(dá)10 000～40 000 mPa·s甚至更大時(shí)，難以正常開(kāi)采。為此對(duì)油藏構(gòu)造邊部稠油黏度的控制因素進(jìn)行了解析，分析了結(jié)構(gòu)黏度、膠質(zhì)瀝青質(zhì)大分子、Ni、V、N等雜原子含量對(duì)稠油黏度的影響；結(jié)合影響機(jī)理研制了處理油層降黏劑，并通過(guò)徑向鉆井技術(shù)的應(yīng)用，增大油藏構(gòu)造邊部稠油井泄油面積，現(xiàn)場(chǎng)采用螺桿泵配套同軸雙空心抽油桿等開(kāi)采措施，使15口稠油井得以正常開(kāi)采，為油藏滾動(dòng)擴(kuò)邊提供了開(kāi)發(fā)資料。

油藏構(gòu)造邊部；稠油；徑向鉆井；降黏；同軸雙空心抽油桿；螺桿泵

相對(duì)成熟的稠油熱采技術(shù)［1-4］，需要大量的投資，且適合于整裝的大型油藏；堿驅(qū)［5］、聚合物驅(qū)［6］、化學(xué)降黏［7］、微生物［8］、化學(xué)吞吐［9］等稠油冷采技術(shù)適用于黏度小于10 000 mPa·s的稠油油藏；國(guó)內(nèi)外常用的稠油出砂冷采［10］要求油層膠結(jié)疏松、地層原油中含有一定溶解氣、距邊底水較遠(yuǎn)；同時(shí)出砂冷采會(huì)引起井筒砂埋、地層坍塌、套管擠毀等問(wèn)題［11］。分布在油藏構(gòu)造邊部的稠油井，或因邊底水活躍、或因連通注水井，攜帶的溶解氧對(duì)原油氧化嚴(yán)重［12］，造成黏度異常，10 000～ 40 000 mPa·s稠油冷采難度體現(xiàn)在原油降黏和井筒舉升。雖然油藏構(gòu)造邊部稠油中存在結(jié)構(gòu)黏度，黏溫關(guān)系的擬合度基本符合Arrhenius方程，但其膠體穩(wěn)定性差。筆者解析了油藏構(gòu)造邊部稠油黏度的控制因素，提出了油層徑向水平鉆井增大重力泄油面積的思路，發(fā)明了含路易士堿的油層處理降黏劑，采用螺桿泵“共軛”同軸雙空心抽油桿井筒舉升工藝［13］，實(shí)現(xiàn)了油藏構(gòu)造邊部稠油井的正常開(kāi)采。

1 稠油黏度控制因素解析

Analysis on controlling factors of heavy oil viscosity

研究表明：稠油中存在結(jié)構(gòu)黏度，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)大分子之間相互糾纏、聚集，縮合的稠環(huán)芳烴結(jié)構(gòu)單元薄片具有超距感應(yīng)，并不存在截然變化的相界面，超分子結(jié)構(gòu)并不是緊密堆積的［14-15］；環(huán)上與鏈上的Ni、Fe、V、S、N、O雜原子的含量控制分子極性和形成-OH和-NH鍵的能力，非金屬元素S、N、O與過(guò)渡金屬元素Ni、Fe、V等絡(luò)合成石油卟啉螯合物［16］，金屬卟啉π電子共軛體系與瀝青質(zhì)的高共軛、非定域π電子共軛體系發(fā)生π-π締合作用，形成了Ni、V、N與稠油黏度之間具有很高貢獻(xiàn)度的“極性”高黏理論。

2 油層吞吐降黏劑的開(kāi)發(fā)

Development of huff-and-puff viscosity reducing agent

依據(jù)稠油中-OH和-NH鍵極性力作用的規(guī)律及結(jié)構(gòu)單元薄片非均勻“載荷”的作用機(jī)理；開(kāi)發(fā)了由電荷相反離子的表面活性劑構(gòu)建Stern層和Zeta電位，形成O/W降黏體系的油層吞吐降黏劑［13］。

2.1 材料與儀器

Material and appliance

吡啶、乙酸乙酯、N-乙基哌啶、四氫呋喃、異丙醇、正丁醇、氫氧化鈉、碳酸氫鈉為常用化工原料，工業(yè)品，石家莊聚業(yè)化工有限公司生產(chǎn)；苯乙基苯基聚氧丙基聚氧乙基醚，工業(yè)品，旅順化工廠生產(chǎn)；蓖麻油脂肪酸二乙醇酰胺，工業(yè)品，東北石油大學(xué)采收率研究所生產(chǎn)；氟碳表面活性劑FN-2，工業(yè)品，上海有機(jī)化學(xué)研究所生產(chǎn)。華北油田XX-15井原油，50℃、9 s-1下黏度46 100 mPa·s。MCR302高級(jí)旋轉(zhuǎn)流變儀，奧地利安東帕（中國(guó)）有限公司；IKA型原油分散機(jī)，艾卡（廣州）儀器設(shè)備有限公司；DC0515型低溫恒溫槽，上海衡平儀器儀表廠；DTS-4C型石油密閉脫水儀，山東中石大石儀科技有限公司。

2.2 降黏劑的組分

Composition of viscosity reducing agent

降黏劑各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：吡啶（3.75～4.0）%，N-乙基哌啶（12.5～13.5）%，四氫呋喃（2.5～3.0）%，乙酸乙酯（0.75～1.0）%，異丙醇（15.5～17.5）%，苯乙基苯基聚氧丙基聚氧乙基醚（5.8～6.3）%，蓖麻油脂肪酸二乙醇酰胺（7.5～8.0）%；氟碳表面活性劑FN-2（0.005～0.01）%，氫氧化鈉（1.5～1.75）%，碳酸氫鈉（1.25～1.5）%，其余為正丁醇，各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100%。

2.3 稠油乳狀液的制備

Preparation of heavy oil emulsion

采用DTS-4C型石油密閉脫水儀對(duì)XX-15井原油樣品密閉脫水至含水率為0.5%以下，將降黏劑溶于自來(lái)水中配制成（0.5%～1.0）%的降黏劑水溶液，按3∶7的體積比加入盛有脫水原油樣品的燒杯中，在50℃恒溫水浴中靜置2 h，然后用原油分散機(jī)在2500 r/min下攪拌15 min，稠油乳狀液制備完成。

2.4 降黏率的測(cè)定

Measurement of viscosity reduction rate

在50℃下使用流變儀測(cè)量稠油乳狀液在9 s-1下的黏度，計(jì)算降黏率為98%以上，按文獻(xiàn)［7］中的方法計(jì)算其HLB=16.74，說(shuō)明降黏劑支持O/W降黏體系，能夠滿足油藏構(gòu)造邊部稠油油藏油層降黏需要。

3 油層徑向鉆井

Radial drilling in oil layer

徑向鉆井是利用高壓水射流在一個(gè)儲(chǔ)層平面鉆出長(zhǎng)度100 m、直徑超過(guò)50 mm的多個(gè)徑向水平井眼［17-18］，增大油井泄油面積；文獻(xiàn)［19］中報(bào)道了韋5井創(chuàng)造了常規(guī)油氣井鉆出三分支徑向水平井眼的國(guó)內(nèi)同類油井井眼數(shù)量多的記錄；但在油藏構(gòu)造邊部稠油井中未有先例。

3.1 施工準(zhǔn)備

Construction preparation

（1）在稠油井內(nèi)下入由外徑89 mm筆尖、外徑89 mm加厚油管組成探、沖砂管柱進(jìn)行探?jīng)_砂。

（2）用80℃熱水從油管進(jìn)入套管返出正循環(huán)洗井，至到套管返出清水為止，起出探、沖砂管柱。

（3）下入由外徑89 mm加厚油管、外徑118 mm通井規(guī)組合管柱進(jìn)行通井，通井至人工井底后，起出通井管柱。

（4）下入由外徑89 mm加厚油管、GX-T140型刮削器組成的刮削管柱，在需要施工井段刮削5～10次，用2～3倍井筒容積的80℃熱水正洗井，起出刮削管柱，檢查刮削器并對(duì)其情況進(jìn)行描述。

（5）磁性定位測(cè)井；測(cè)定套管的接箍位置。

3.2 徑向鉆井

Radial drilling

（1）下入導(dǎo)向器。下入由外徑118 mm導(dǎo)向器、外徑為89 mm加厚油管組成的管柱至需要施工井段。管柱結(jié)構(gòu)為：?118 mm導(dǎo)向器+扶正器+變扣+?89 mm油管×4根+?89 mm油管短節(jié)×1 m +?89 mm油管。

（2）導(dǎo)向器出口深度及方位的校正。導(dǎo)向器出口深度利用磁定位-自然伽馬測(cè)井儀確定，通井機(jī)利用油管短節(jié)調(diào)節(jié)油管深度確保導(dǎo)向器出口位于目標(biāo)層，誤差控制在±0.02 m；并按施工要求調(diào)整導(dǎo)向器的方位。

（3）安裝連續(xù)防噴器。連續(xù)油管與稠油井井口保持20 m，在稠油井口安裝連續(xù)油管防噴器；防噴器安裝完成后進(jìn)行密封性試驗(yàn)合格。

（4）徑向鉆井。將連續(xù)油管從?89 mm油管內(nèi)下入，矯正連續(xù)油管前端5 m使其處于矯直狀態(tài)；噴嘴到達(dá)導(dǎo)向器上方15～20 m時(shí)，提高泵壓至施工設(shè)計(jì)要求，開(kāi)始噴射地層作業(yè)；適當(dāng)提高噴射壓力，以利于連續(xù)油管加速，反復(fù)擴(kuò)孔、劃眼。完成第一分支水平井眼后，將噴嘴與導(dǎo)向器分離40 m，關(guān)閉高壓泵；調(diào)整參數(shù)進(jìn)行其他分支徑向水平鉆井作業(yè)；徑向水平鉆井作業(yè)完成后，起出連續(xù)油管、施工管柱、導(dǎo)向器。

4 油層稠油降黏和下生產(chǎn)管桿柱

Heavy oil viscosity reduction in oil layer and running in production pipe string

4.1 油層稠油降黏

Heavy oil viscosity reduction in oil layer

下入外徑89 mm擠注油層吞吐降黏劑油管管柱至油層底界，根據(jù)孔隙度、油層厚度和處理半徑，徑向鉆井長(zhǎng)度和徑向鉆井個(gè)數(shù)，利用體積法計(jì)算降黏劑水溶液的注入量［20］；施工時(shí)按計(jì)算的注入量將降黏劑配制成0.5%～1.0%的水溶液，用鍋爐車將降黏劑水溶液加熱至 80～90℃ ，用水泥車將降黏劑水溶液注入井筒 ，然后用熱水把井筒內(nèi)降黏劑水溶液替入地層 ，關(guān)井反應(yīng) 48～60 h，至井口壓力為零，放壓溢流。

4.2 下生產(chǎn)管桿柱

Running in production pipe string

管柱：?89 mm尾管+油管錨+螺桿泵GLB75 -50定子+?89 mm油管+油管懸掛器；桿柱：螺桿泵GLB75-50定子+?42 mm同軸雙空心抽油桿（包括短節(jié)）+?42 mm同軸雙空心光桿+分水器。下入螺桿泵配套同軸雙空心抽油桿的生產(chǎn)管桿柱后，油井根據(jù)設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)啟抽生產(chǎn)。

5 應(yīng)用情況

Application situation

近3年在華北油田油藏構(gòu)造邊部原油黏度13 900～36 100 mPa·s的15口油井應(yīng)用，成功率100%，累計(jì)生產(chǎn)原油5.39×104t。

典型井例：XX-15井，1999 年 6月 20日完鉆，人工井底 2 471.9 m，50℃、9 s-1下黏度46 100 mPa·s，20℃密度 0.997 8 g/cm3，凝固點(diǎn)35℃，含蠟6.72%，膠質(zhì)瀝青61.23%；自2000年開(kāi)始，曾6次嘗試空心螺桿泵配套空心抽油桿旋伴降黏進(jìn)行試采，均以失敗告終。2013年7月在2 355.6～2 359.6 m井段2 357 m、2 371.6～2 377.4 m井段2 373.5 m、2 380.5～2 384.6 m井段2 382 m、2 385.4～2 389.6 m井段2 386.5 m等4處60弧度和330弧度2處徑向鉆井60～80 m后，對(duì)油層進(jìn)行降黏處理，下入生產(chǎn)管柱，螺桿泵 GLB75-50×1 206.16 m，同軸雙空心抽油桿?42 mm×1 200 m、短節(jié)?42 mm×6.16 m；配套?89 mm加厚一級(jí)油管。循環(huán)熱水入口溫度控制在75～80℃，井口出油溫度45～50℃，螺桿泵轉(zhuǎn)速 60 r/ min，日產(chǎn)液 5.6 m3，日產(chǎn)油 5.2 t。

6 結(jié)論

Conclusions

徑向鉆井、油層降黏、螺桿泵舉升工藝的綜合應(yīng)用，對(duì)于實(shí)現(xiàn)油藏構(gòu)造邊部稠油高效開(kāi)發(fā)、達(dá)到滾動(dòng)擴(kuò)邊的目的是可行的。文中是對(duì)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用嘗試，下步將從機(jī)理研究、處理劑優(yōu)化、舉升工藝優(yōu)化等方面作更深入地探討，為油藏滾動(dòng)擴(kuò)邊和減緩遞減提供更為可信的開(kāi)發(fā)資料。

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（修改稿收到日期 2017-01-20）

〔編輯 薛改珍〕

Cold production method for heavy oil at the structural edge of oil reservoir for Huabei Oilfield

FU Yarong1,CHEN Mingjun2,CHEN Yinsheng3,YANG Zhongfeng1,YOU Xiaohu1,LI Siqi4
1.No.5Oil Production Plant,PetroChina Huabei Oilfield Company,Xinji052360,Hebei,China;
2.Petroleum Production Engineering Research Institute,PetroChina Huabei Oilfield Company,Renqiu062550,Hebei,China;
3.No.3Oil Production Plant,PetroChina Huabei Oilfield Company,Hejian062450,Hebei,China;
4.Economy Research Center,PetroChina Huabei Oilfield Company,Renqiu062550,Hebei,China

In this paper,a series of studies were carried out to guarantee the normal production of heavy oil wells (viscosity of crude oil higher than 10 000-40 000 mPa·s,50℃) at the structural edge of oil reservoirs.First,the factors controlling the viscosity of heavy oil at the structural edge of oil reservoirs were analyzed.Then,some measures were taken.For example,radial drilling is carried out in oil layers,viscosity reducing agent is applied in oil layer,and progressive cavity pump is combined with coaxial dual-hollow rod.As a result,normal production is realized in 15 heavy oil wells.It makes a certain contribution to the natural decline of oil reservoirs and provides the reliable development data for progressive extension of oil reservoirs,as well as the reference for the production of heavy oil at the similar structural edge.

structural edge of oil reservoir;heavy oil;radial drilling;viscosity reduction;coaxial dual-hollow rod;progressive cavity pump

付亞榮，陳明君，陳寅生，楊中峰，尤小虎，李思奇.華北油田油藏構(gòu)造邊部稠油冷采方法［J］.石油鉆采工藝，2017，39（2）：244-248.

TE 358

：A

1000-7393（2017）02-0244-05

10.13639/j.odpt.2017.02.021

: FU Yarong,CHEN Mingjun,CHEN Yinsheng,YANG Zhongfeng,YOU Xiaohu,LI Siqi.Cold production method for heavy oil at the structural edge of oil reservoir for Huabei Oilfield［J］.Oil Drilling &Production Technology,2017,39(2): 244-248.

中國(guó)石油華北油田科技重大專項(xiàng)“華北油田采油采氣工藝技術(shù)研究”（編號(hào)：2013-HB-Z0807）；中國(guó)發(fā)明專利：“一種油藏構(gòu)造邊部稠油冷采的方法”（201210585197.0）2016-06-08。

付亞榮（1965-），1987年畢業(yè)于重慶石油學(xué)校油田應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)從事油氣田開(kāi)發(fā)技術(shù)研究與應(yīng)用工作，高級(jí)工程師。通訊地址：（052360）河北省辛集市華北油田第五采油廠。電話：13932142145。E-mail：cy5_fyr@petrochina.com.cn