超稠油機(jī)采井泵下加熱泵上伴熱一體式降粘舉升工藝研究與應(yīng)用

梁志艷 黃明良 王磊磊 睢芬 唐照星

摘 要：塔河油田為碳酸鹽巖超深、超稠油油藏，主要應(yīng)用摻稀降粘工藝開發(fā)，稠油產(chǎn)量的提升完全依賴于稀油的穩(wěn)定供給。隨著開采周期的延長(zhǎng)，超稠油機(jī)采井?dāng)?shù)極具增加，摻稀油需求量大幅增長(zhǎng)。遵循井筒保溫開采的技術(shù)理念，在前期自噴井礦物絕緣加熱電纜應(yīng)用成效顯著的基礎(chǔ)上，研究并應(yīng)用了超稠油機(jī)采井泵下加熱-泵上伴熱一體式降粘舉升工藝技術(shù)。先導(dǎo)試驗(yàn)1井次，日節(jié)約稀油10.5噸，日增油5噸，泵掛上提758m，日耗電量下降15%。應(yīng)用結(jié)果表明，實(shí)現(xiàn)了超稠油機(jī)采井全井筒加熱保溫，提高了稠油入泵溫度，降低了粘度，提高了泵效，降低了能耗，為超稠油效益開采提供了新的技術(shù)方向。

關(guān)鍵詞：塔河油田；超稠油；機(jī)采井；泵下加熱；泵上伴熱；一體式；降粘舉升

中圖分類號(hào)：TE345 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）11-0165-02

塔河油田主要為碳酸鹽巖縫洞型稠油油藏，原油粘度平均為45×104mPa.s，油藏埋深5400～7000m，粘溫拐點(diǎn)2500～3000m。原油在井底具有很好的流動(dòng)性，在舉升至井筒3000m左右時(shí)隨著沿程熱損失，溫度降低，粘度極具增加，主要采用摻入稀油降粘的方式生產(chǎn)[1-2]。塔河稠油具有溫度敏感性強(qiáng)、油藏埋深大、井筒舉升熱損失大的特征，因此提出了井筒加熱保溫開采的理念，前期在自噴井推廣應(yīng)用了礦物絕緣加熱電纜工藝技術(shù)[3]，有效解決了稠油在井筒舉升過(guò)程中，受溫度降低、粘度增大而稀油用量增加的難題。但是目前稠油舉升主要以機(jī)采舉升方式為主，因此研究應(yīng)用了稠油機(jī)采井泵下加熱-泵上伴熱一體式降粘舉升工藝技術(shù)，通過(guò)泵下加熱，可有效提高混合液溫度，降低入泵粘度，一方面降低了泵下深追溯粘溫拐點(diǎn)的限制，可實(shí)現(xiàn)上提泵掛改善工況，降低能耗節(jié)約采油成本，另一方面彌補(bǔ)了井筒溫度損失，降低了井筒摩阻，有效節(jié)約稀油用量，提高油井產(chǎn)量。

1 礦物絕緣電纜加熱降粘技術(shù)應(yīng)用情況

塔河油田研發(fā)應(yīng)用了礦物絕緣加熱電纜技術(shù)，該工藝以其加熱效率高、故障率低、設(shè)備穩(wěn)定性強(qiáng)、節(jié)約稀油率高的優(yōu)勢(shì)，在超稠油自噴井進(jìn)行了推廣應(yīng)用，有效解決了稠油在井筒舉升過(guò)程中隨溫度降低，粘度上升導(dǎo)致稀油用量增加的難題。同時(shí)進(jìn)行了配套工藝的升級(jí)改進(jìn)，配套無(wú)級(jí)調(diào)功柜進(jìn)行目標(biāo)加熱溫度的控制，進(jìn)一步降低了能耗。礦物絕緣加熱電纜及其配套工藝的完善，為稠油井加熱降粘提供了技術(shù)支撐，但是隨著稠油開發(fā)周期的延長(zhǎng)，在自噴井應(yīng)用范圍逐漸縮小，急需要研發(fā)應(yīng)用于機(jī)采井的工藝配套技術(shù)。

2 一體式降粘舉升工藝技術(shù)

2.1 設(shè)計(jì)思路

目前稠油舉升主要以機(jī)采舉升方式（抽稠泵、電潛泵、螺桿泵）為主，由于抽稠泵入泵粘度的需求，泵掛普遍較深，平均在2400m左右，此外泵上至井口沿程熱損失較嚴(yán)重，面對(duì)此嚴(yán)峻的形式，通過(guò)進(jìn)一步攻關(guān)研究，提出了機(jī)采井（抽稠泵）泵下加熱-泵上伴熱一體式降粘舉升工藝技術(shù)。

泵下高功率電纜加熱可降低混合液粘度，降低入泵阻力，提高泵效，上移粘溫拐點(diǎn)，為上提泵掛改善工況提供了條件[4]，同時(shí)節(jié)約了采油設(shè)備成本投入，降低了能耗；泵上低功率發(fā)熱電纜伴熱，可補(bǔ)償沿程熱損失，降低混合液粘度，達(dá)到節(jié)約稀油用量，提高產(chǎn)量的目的。

2.2 設(shè)計(jì)方法

根據(jù)一體式設(shè)計(jì)的思路，完成和設(shè)計(jì)了一系列技術(shù)措施，經(jīng)過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)論證，應(yīng)用效果較好。該方法與自噴井礦物絕緣電加熱相比，在三方面進(jìn)行了創(chuàng)新：（1）上下兩部分的電纜連接；（2）電纜過(guò)泵裝置；（3）電纜損傷防護(hù)措施。

2.2.1 泵下強(qiáng)功率加熱

在泵掛處，通過(guò)一種電熱轉(zhuǎn)換連接頭，將泵下的三芯一體礦物絕緣加熱電纜與泵上三根單芯電纜相連，并穿越過(guò)泵，懸掛于泵下尾管內(nèi)，完成對(duì)混合液入泵前的加熱[5]。利用一種過(guò)泵電加熱管柱銜接裝置（如圖1所示），承擔(dān)加熱電纜的懸吊重量。

2.2.2 泵上弱功率伴熱

泵上利用三根單芯礦物絕緣加熱電纜，綁扎固定在油管外壁，以低電熱功率補(bǔ)充井筒散熱損失[6]，同時(shí)作為動(dòng)力電纜。為防止在安裝組下油管時(shí)損傷電纜，在每根油管結(jié)箍處安裝一種止推式扶正器，如圖2所示。

2.3 不同產(chǎn)液量油井適應(yīng)性分析

為計(jì)算該工藝適應(yīng)的單井產(chǎn)量范圍，需計(jì)算產(chǎn)液量增加后加熱功率的變化情況。在維持該井出液溫度不變的情況，根據(jù)單位長(zhǎng)度井筒散熱計(jì)算公式：

q=

式中：q—井筒單位長(zhǎng)度散熱功率，W/m；λ—巖層導(dǎo)熱系數(shù)，W/m·℃；Ty—油液平均溫度，℃；T0—巖層平均溫度，℃；D—井筒外徑，mm；δ—巖層計(jì)算厚度，mm。

從該公式可以看出，井筒散熱量與油液溫度和巖層溫度有關(guān)，與井筒產(chǎn)液量無(wú)關(guān)。在井溫不變的情況下，單井產(chǎn)液量增加時(shí)，增加的電熱功率僅為混合液增加量的升溫功率。液體升溫功率計(jì)算公式為：

P=C·M·ΔT/t

式中：P—被加熱液體升溫功率，W；C—被加熱液體比熱容，J/kg·℃；M—被加熱液體質(zhì)量，kg；ΔT—提升的溫度，℃；t—升溫時(shí)間，s。

因此，在確定了加熱功率后，在起始加熱點(diǎn)油液溫度（粘溫拐點(diǎn)）以及目標(biāo)溫度確定的情況下，可計(jì)算在此加熱功率下，可加熱的混合液量范圍。換言之，在確定了單井液量和加熱溫度后，可計(jì)算該井需求的加熱功率。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

該工藝開展先導(dǎo)試驗(yàn)1井次，前期應(yīng)用70/32抽稠泵，泵掛2204m，平均日產(chǎn)液20.5t，不含水，日摻稀48.1t，平均稀稠比2.35。該井供液能力強(qiáng)，生產(chǎn)中存在的主要問(wèn)題是混合液粘度大導(dǎo)致稀稠比高，泵掛深載荷高能耗大，因此開展泵下加熱泵上伴熱一體式降粘舉升工藝試驗(yàn)，如表1所示。

試驗(yàn)情況表明：

（1）可優(yōu)化泵掛，降低能耗，提高機(jī)采井系統(tǒng)效率。因加熱后可有效上提粘溫拐點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化泵掛，該井泵掛上提758m，載荷下降28.3KN，日能耗降低65kW.h。（2）可降低粘度，節(jié)約稀油用量。井口溫度提升了31℃，稀稠比下降0.6，日絕對(duì)節(jié)約稀油10.5t。（3）可降低井筒摩阻損失，放大生產(chǎn)壓差，增加產(chǎn)量。通過(guò)全井筒加熱，混合液粘度下降，井筒摩阻損失降低，日產(chǎn)量增加了4.9t。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）塔河稠油具有溫敏性強(qiáng)的特點(diǎn)，井筒保溫開采具有明顯降粘效果，經(jīng)過(guò)多年的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，電加熱降粘工藝是稠油開采的重要的技術(shù)方向之一。（2）自噴井應(yīng)用礦物絕緣電纜加熱工藝技術(shù)具有明顯的節(jié)約稀油和增油的效果，在此基礎(chǔ)上，攻關(guān)研究了泵下加熱-泵上伴熱一體式舉升工藝技術(shù)，完成了系統(tǒng)配套，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)取得了成功，驗(yàn)證了工藝的可靠性和穩(wěn)定性。（3）泵下加熱-泵上伴熱一體式降粘舉升工藝技術(shù)具有優(yōu)化泵掛，節(jié)約采油成本，降低能耗，降低井筒稠油摩阻，節(jié)約稀油用量，增加的產(chǎn)量的效果。（4）泵下加熱-泵上伴熱一體式舉升工藝為稠油機(jī)采井高效舉升拓寬了技術(shù)思路，具有極大的推廣應(yīng)用前景和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，后期可逐步攻關(guān)在稠油電泵井的應(yīng)用。

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