無阻型高效洗井防污管柱的應(yīng)用與評(píng)價(jià)

闞長(zhǎng)賓 楊進(jìn) 于曉聰 方新強(qiáng) 喬宏石 蘇建

1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）資源學(xué)院；2.中國石油大學(xué)（北京）海洋工程研究院； 3.中國石油遼河油田分公司；4.中國石油渤海鉆探定向井公司

定期熱力清蠟技術(shù)與化學(xué)清防蠟、電磁清防蠟、涂層防蠟相比，具有經(jīng)濟(jì)性、高效性、易操作性等諸多技術(shù)優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過20余年的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐已逐漸發(fā)展成為遼河高含蠟油田區(qū)塊的最主要防蠟方法［1-2］。

油田開發(fā)轉(zhuǎn)入中后期，油層出砂、油藏欠注、竄層等原因造成的油藏壓力系數(shù)低直接導(dǎo)致常規(guī)熱洗洗井效果差［3-4］，主要表現(xiàn)為：漏失嚴(yán)重或不返現(xiàn)象、洗后產(chǎn)能恢復(fù)慢、洗后產(chǎn)量下降、洗井液用量大、洗井效率低、周期短等［5-6］。國內(nèi)外工程技術(shù)人員針對(duì)此類技術(shù)難題開展了一系列高效洗井、油層防污染研究及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得一些技術(shù)效果，但這些防污染洗井技術(shù)通常增加了油氣舉升過程的流動(dòng)阻力或吸入阻力，從而一定程度影響了油井產(chǎn)能，而文獻(xiàn)中針對(duì)無阻型高效洗井防污管柱的研究相對(duì)較少［7-8］。

為了在舉升過程中降低流動(dòng)阻力、洗井過程中高效防污，研制了無阻型防污染管柱，通過無阻型泵下漏失控制裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，可有效控制熱洗過程中洗井液的漏失量，從而保護(hù)儲(chǔ)層不受傷害、提高了洗井液攜蠟的返排效率；同時(shí)，生產(chǎn)舉升過程中無附加流動(dòng)阻力、不影響舉升效率。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和先導(dǎo)性應(yīng)用結(jié)果表明，該管柱技術(shù)可大幅提高洗井效率、保護(hù)油氣儲(chǔ)層。

1 管柱結(jié)構(gòu)

1.1 防污管柱結(jié)構(gòu)

新型防污染高效洗井管柱，主要是將雙向卡瓦油管錨定器、無阻型洗井漏失控制裝置、油管扶正器、自封封隔器和篩管等井下工具，與常規(guī)抽油泵舉升管柱進(jìn)行配合。如圖1所示，為典型井的新型防污染高效洗井管柱結(jié)構(gòu)示意圖。

1.2 防污染高效洗井原理

常規(guī)抽油井熱洗反洗井過程為：首先將抽油泵活塞上提至泵筒一定距離，將高溫洗井液從井口套管泵入，經(jīng)油套環(huán)空、抽油泵進(jìn)入油管管柱，對(duì)井內(nèi)管柱和抽油泵進(jìn)行高溫融蠟，并將融化蠟從油管井口返出地面［9-10］。洗井過程中，若熱的洗井液攜帶融化的蠟晶漏失進(jìn)入油藏，則當(dāng)重新開井生產(chǎn)舉升時(shí)，蠟晶體又將在管壁結(jié)蠟，導(dǎo)致頻繁洗井［11-12］。

圖1 典型井的無阻型防污染高效洗井管柱Fig. 1 Unimpeded anti-fouling efficient flushing string of typical well

無阻型防污染高效洗井管柱的防污染原理為：洗井管柱通過無阻型洗井漏失控制裝置與自封封隔器的配合應(yīng)用，使得抽油井在熱洗洗井過程中，當(dāng)洗井液自井口套管經(jīng)套管環(huán)空泵入井筒，受自封封隔器的封隔作用，洗井液將經(jīng)篩管短節(jié)流入無阻型洗井漏失控制裝置，這時(shí)洗井流體將流經(jīng)由控制裝置本體、六輔限位扶正肋和近懸浮狀態(tài)的筒型浮動(dòng)閥側(cè)壁所構(gòu)成的圓環(huán)形流體通道，筒型浮動(dòng)閥側(cè)壁由于受流體黏附力作用及壓差壓持作用將自動(dòng)關(guān)閉并保持關(guān)閉狀態(tài)，從而阻止了洗井液經(jīng)控制裝置漏失進(jìn)入油層；而在油氣井舉升過程中，流經(jīng)控制裝置的產(chǎn)出液將反方向流經(jīng)流動(dòng)通道，流體所產(chǎn)生的黏附力及壓差壓持作用將筒型浮動(dòng)閥壓持在六輔限位扶正肋的上部端面，從而將漏失控制裝置的流通通道開啟。控制裝置的流道與上下管柱為等通徑流動(dòng)過程，其次，筒形浮動(dòng)閥的近懸浮式設(shè)計(jì)，并可根據(jù)不同油井的產(chǎn)液等效密度進(jìn)行等效密度調(diào)整，故舉升過程流經(jīng)泵下管柱的流動(dòng)阻力很小，可視為吸入過程為無阻流動(dòng)過程。

油管錨的主要作用是錨定油管，有效防止油管管柱的蠕動(dòng)，改善抽油泵工作工況，提高泵效并延長(zhǎng)檢泵周期［13］，防止油管在抽油泵交變載荷作用下的油管蠕動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生，從而造成自封封隔器早期失效而影響管柱的洗井效果。油管扶正器的作用是改善油管的下入狀況，從而提高無阻型洗井漏失控制裝置的工況環(huán)境并提高抽油泵泵效，保障其順利的打開與關(guān)閉，同時(shí)也改善了自封封隔器的工況。

2 無阻型洗井漏失泵下控制裝置

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理

無阻型洗井漏失泵下控制裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由裝置本體、六輻限位扶正肋、筒形浮動(dòng)閥、安裝環(huán)、浮動(dòng)閥密封蓋、浮動(dòng)閥密封座、下接頭、O型橡膠密封圈、油管接頭等構(gòu)件構(gòu)成。

圖2 無阻型洗井泵下控制裝置柱結(jié)構(gòu)Fig. 2 Structure of pump control device for open-flow well flushing

其中，六輻限位扶正肋、筒形浮動(dòng)閥、密封座是無阻型洗井漏失泵下控制裝置的功能性構(gòu)件，在流體黏附力作用及壓差壓持聯(lián)合作用下可實(shí)現(xiàn)控制裝置的開啟與關(guān)閉。筒形浮動(dòng)閥通過筒形密閉浮筒的地面等效密度標(biāo)定，根據(jù)油層產(chǎn)液等效密度以實(shí)現(xiàn)井下的近懸浮狀態(tài)的開啟與關(guān)閉控制，從而降低井底流體入泵的流動(dòng)阻力。

油井洗井工況條件下，流體自控制裝置上部沿筒形閥周圍的環(huán)形空間流經(jīng)漏失控制裝置，浮動(dòng)閥的圓筒壁在流體黏附力作用下向下拖曳運(yùn)動(dòng)并坐落于密封閥座上，在裝置密封面上、下壓差的作用下，浮動(dòng)閥將在壓差壓持作用下保持關(guān)閉狀態(tài)，從而阻止了洗井液漏失進(jìn)入油層。油井舉升工況條件下，流體反向流經(jīng)筒形閥周圍的環(huán)形流體通道，浮動(dòng)閥的圓筒壁將受到向上的流體拖曳力作用，從而離開密封閥座，并在壓差壓持作用下將近懸浮浮動(dòng)閥壓持在六輻限位扶正肋的上部端面，保持開啟狀態(tài)。筒形浮動(dòng)閥的開啟與關(guān)閉由六輻限位扶正肋限定在有限的活動(dòng)空間內(nèi)，即保證開啟過程的流動(dòng)無阻，又能通過扶正筒形閥坐落在密封座的坐落姿態(tài)，以確保密封有效性。

2.2 主要技術(shù)指標(biāo)

總長(zhǎng)：0.8 m； 外徑：144 mm；適用流體等效密度范圍：0.80～1.30 g/cm3；最大允許使用工作壓力：35 MPa；最大允許漏失量：0.5 m3/h；最大允許壓差阻力：0.2 MPa；最小過流面積：4500 mm2；連接方式：?73 mm；耐溫：150 ℃；耐酸洗、堿洗。

3 性能實(shí)驗(yàn)與測(cè)試

3.1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

（1）實(shí)驗(yàn)裝置。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)裝置主要由密封套管實(shí)驗(yàn)筒、試壓泵、自封封隔器、無阻型漏失控制裝置、壓力表、數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)架等構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

圖3 室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)Fig. 3 Laboratory simulation experiment system

（2）實(shí)驗(yàn)過程。無阻高效洗井管柱主要對(duì)其舉升過程附加阻力、洗井過程管柱漏失率、管柱承壓特性等參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M。實(shí)驗(yàn)過程為：實(shí)驗(yàn)裝置連接完畢后，通過中心打壓管線和上腔室液控管線同時(shí)打入壓力液，當(dāng)上、下腔壓差從0逐漸增加到5 MPa，穩(wěn)壓3 min，記錄漏失量；而后逐漸提高上、下腔壓差至10 MPa，每增加1 MPa，穩(wěn)壓3 min并記錄管柱漏失量。上述過程結(jié)束后，關(guān)閉上腔室液控管線閥門，從下腔室液控管線向?qū)嶒?yàn)系統(tǒng)內(nèi)打壓，打壓方式為定排量打壓，排量范圍為0.3～3 m3/h，每組排量增量為0.2 m3/h，并記錄定排量穩(wěn)定條件下的下腔壓力值與中心管壓力值。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，無阻高效洗井管柱承壓特性及自封封隔器密封性能良好，當(dāng)上、下腔壓差為10 MPa并在穩(wěn)壓過程中，各項(xiàng)參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)；打壓至10 MPa，穩(wěn)壓10 min，壓力不下降；10 MPa穩(wěn)壓條件下的折算漏失量小于0.6 m3/h，滿足熱洗洗井工況的漏失量控制要求。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

（1）井場(chǎng)地面測(cè)試。HN23-CS1井小修作業(yè)過程中，對(duì)將要下井的無阻型洗井泵下控制裝置進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，試驗(yàn)過程中壓力最大值為20.8 MPa，滿足采油作業(yè)的壓力要求；當(dāng)壓力值設(shè)定維持在20 MPa時(shí)，折算漏失量隨壓力的升高而減小，且當(dāng)壓力值高于11 MPa時(shí)漏失量基本保持在一個(gè)恒定值0.78 m3/h不變。從井場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)看，達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，滿足工具下井要求。

（2）洗井測(cè)試。HN23-CS1井下入新型防污染高效洗井管柱，開展了洗井測(cè)試。該井完鉆井深2355.6 m，人工井底 2 304.3 m，最大井斜角 27.5°，造斜段長(zhǎng)350 m，主力油層層位為1 918.7～2 012.8 m（16.2 m/4層）。

完井管柱結(jié)構(gòu)：絲堵（1 583.4 m）+?73.02 mm油管+篩管（8 m）+自封封隔器（1 546.7 m）+油管扶正器（1 544.5 m）+?73.02 mm油管短節(jié)+無阻型洗井泵下控制裝置（1 540.9 m）+?73.02 mm油管+篩管（3.5 m）+?73.02 mm 油管 +抽油泵（1 520.1 m）+油管錨（1 495.6 m）+?73.02 mm油管至井口懸掛器。如表1所示，為HN23-CS1井新型防污染高效洗井管柱測(cè)試試驗(yàn)與前幾次常規(guī)洗井效果對(duì)比情況表。試驗(yàn)結(jié)果表明，洗后平均電流、洗井液用量、洗井用時(shí)分別為前4次洗井平均參數(shù)值的85.94%、46.22%、40.58%；與此同時(shí)，洗井液漏失量與歷次常規(guī)洗井相比，僅為平均漏失量的4.57%；新型防污染高效洗井管柱有效控制了洗井過程的洗井液漏失現(xiàn)象、提高了洗井液的熱能利用效率、改善了熱洗效果、提高了洗井時(shí)效性。洗井后，油井的平均產(chǎn)能恢復(fù)歷時(shí)僅為常規(guī)熱洗恢復(fù)歷時(shí)的9.80%，熱洗周期提高至常規(guī)洗井周期的2.49倍，大幅提高了熱洗井的生產(chǎn)時(shí)效性，且節(jié)省了洗井費(fèi)用。

圖4 洗井泵下控制裝置地面承壓測(cè)試時(shí)程曲線Fig. 4 Time history curve of ground pressure bearing test of pump control device

表1 HN23-CS1井歷次洗井效果對(duì)比Table 1 Well flushing effect comparison of Well HN23-CS1

4 效果評(píng)價(jià)

在開展先期實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，又開展了先導(dǎo)性試驗(yàn)，試驗(yàn)總井次為33口井，成功率為100%，部分井的實(shí)驗(yàn)效果對(duì)比分析如圖5、圖6所示。先導(dǎo)性試驗(yàn)表明，與常規(guī)熱洗81.2 m3/井次的平均單井洗井液用量相比，高效防污管柱的平均單井洗井液用量為37.4 m3/井次，而平均單井洗井液漏失量分別為67.5 m3/井次、5.4 m3/井次；單井平均洗井耗時(shí)分別為8.8 h、4.1 h，大幅提高了洗井作業(yè)效率，并大幅降低了因洗井液漏失給油氣產(chǎn)層造成的傷害。洗井后，與常規(guī)熱洗5.3 d的平均產(chǎn)能恢復(fù)時(shí)間相比，高效防污管柱的產(chǎn)能恢復(fù)效率提高8.83倍，大幅提高了油井的生產(chǎn)時(shí)效。

圖5 部分井的洗井液用量及洗井耗時(shí)對(duì)比Fig. 5 Comparison of flushing fluid consumption and flushing time between some wells

圖6 部分井的洗井液漏失量及產(chǎn)能恢復(fù)時(shí)間對(duì)比Fig. 6 Comparison of flushing fluid loss and productivity recovery time between some wells

5 結(jié)論

（1）無阻高效防污管柱的技術(shù)管柱結(jié)構(gòu)緊湊、工藝簡(jiǎn)單、配套工具技術(shù)成熟，且經(jīng)濟(jì)性高。可大幅節(jié)約洗井液用量、縮短洗井歷時(shí)及產(chǎn)能恢復(fù)時(shí)間，有效避免低壓、易污油藏的油層傷害。

（2）與常規(guī)熱洗技術(shù)相比，洗井液用量、洗井耗時(shí)僅為常規(guī)技術(shù)的46.1%、46.6%，洗井液漏失量、洗后產(chǎn)能恢復(fù)時(shí)間為常規(guī)技術(shù)的8.0%、11.3%，洗井漏失率降低了95.43%，有效防止了洗井液進(jìn)入油層造成傷害、大幅提高了油井的生產(chǎn)時(shí)效。

（3）該管柱結(jié)構(gòu)為易結(jié)蠟、低壓力系數(shù)、易傷害油藏的產(chǎn)層保護(hù)及高效開采提供了一個(gè)新思路，可在現(xiàn)有采油工藝技術(shù)條件下，借助于油井檢泵、檢管、重配等小修作業(yè)措施，完成無阻高效洗井防污管柱的下入作業(yè)，經(jīng)濟(jì)性好且具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。