稠油井筒舉升降黏工藝優(yōu)化決策技術(shù)

孫鵬博

摘 ?要：隨著開發(fā)的不斷深入，開發(fā)難度不斷加大，部分高粘度稠油被逐步動(dòng)用。無(wú)法正常開采及輸送。目前特稠油作為該區(qū)塊新的原油生產(chǎn)陣地，由于原油粘度高，溫度對(duì)原油粘度影響顯著，其開發(fā)中的難題還無(wú)成熟經(jīng)驗(yàn)可循。超稠油是指稠油粘度大于50000mPa.s 毫帕·秒的石油。稠油因其粘度高，密度大，國(guó)外一般都稱之為重油。超稠油在溫度低于80攝氏度后無(wú)法流動(dòng)，因其粘稠難以流動(dòng)，很難被開采，無(wú)法使用常規(guī)稠油開發(fā)手段實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)。

關(guān)鍵詞：稠油儲(chǔ)量;降粘措施;油藏特性;優(yōu)化決策

稠油儲(chǔ)量巨大，具有重要的開采價(jià)值和需要，但其開采難度大，粘度高流動(dòng)性差就是一個(gè)重要方面。井筒降粘技術(shù)就是通過(guò)各種方法降低稠油在開采過(guò)程中井筒內(nèi)的流動(dòng)阻力問(wèn)題。不同的油井不同的油藏特性需要采用不同的降粘措施，因而具體油井應(yīng)探索合理的降粘措施以達(dá)到更好的經(jīng)濟(jì)開采。本文調(diào)研了常用的幾種降粘工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀。

1井筒化學(xué)降粘

降粘機(jī)理如下：由于原油中含有天然乳化劑（膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等），當(dāng)原油含水后，易形成W /O型乳狀液[2]，使原油粘度急驟增加。原油乳狀液的粘度可用Richarson公式表示：

式中：μ為乳狀液粘度;μ0外相粘度; ψ內(nèi)相所占體積分?jǐn)?shù); k為常數(shù)，取決于ψ，當(dāng)ψ≤0.74時(shí)k為7， ψ≥0.74時(shí)k為8。式中可看出，對(duì)于W /O型乳狀液，由于乳狀液的粘度與油的粘度成正比，并隨含水率的增加而呈指數(shù)增加，所以含水原油乳狀液的粘度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)不含水原油的粘度;而O /W型乳狀液，由于乳狀液的粘度與水的粘度成正比，與原油含水率的增加成反比，而水在50℃的粘度僅為0.55mPa·s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于原油的粘度，而且含水越高，原油乳狀液粘度越小。所以如果能設(shè)法將W /O型乳狀液轉(zhuǎn)變成O /W型乳狀液，則乳狀液的粘度將大幅度降低。對(duì)于原油來(lái)說(shuō)，含水小于25.98%時(shí)形成穩(wěn)定的W /O型乳狀液，含水大于74.02%時(shí)形成穩(wěn)定的O / W型乳狀液，在25.98%～74.02%范圍內(nèi)，屬于不穩(wěn)定區(qū)域，可形成W /O型，也可形成O/W型。乳化降粘就是添加一種表面活性劑或利用稠油中所含有的有機(jī)酸與堿反應(yīng)，生成表面活性劑，其活性大于原油中天然乳化劑的活性，使W/O型乳狀液轉(zhuǎn)變成O /W型乳狀液，從而達(dá)到降粘的目的。

2電加熱降粘

2.1電熱桿降粘工藝

電熱桿采油工藝中除常規(guī)采油工具外，主要由電熱桿、電三通、電控柜等組成，工作時(shí)通以交流電即可。與其它井筒加熱工藝相比，該工藝具有投資少、熱效率高、對(duì)地層無(wú)損害的特點(diǎn)。電熱桿由空心桿及電纜芯等組成，電纜芯通常采用直徑5mm左右銅絲、外包絕緣體，固定于空心桿內(nèi)，在空心桿與電纜之間充滿淀子油，目的為平衡電纜芯工作溫度，避免局部溫度過(guò)高而燒壞。目前，電熱桿加熱采用自控溫裝置，自控溫電熱桿工藝可自動(dòng)控制溫度，PTC自控溫電熱桿可使每一單位的溫度自控自限，使整個(gè)伴熱段溫度一致，消除低溫區(qū)和過(guò)熱點(diǎn)，增加原油的流動(dòng)性，減少電熱損失。電熱桿規(guī)格：φ34mm×6mm，硬度>224HB，抗拉強(qiáng)度較大，工作溫度可達(dá)到260℃，加熱深度最大可達(dá)2500m。

2.2電纜加熱降粘工藝

在生產(chǎn)高凝油和稠油的油井中，將三芯加熱電纜利用卡箍固定在油管外部，電纜接在三相電源兩線之間，通電后電纜發(fā)熱，熱量通過(guò)油管傳給井筒內(nèi)的原油，達(dá)到加熱井筒稠油的目的?？煽販囟葹?05℃，功率為40～60W /m。某井于試驗(yàn)前曾4次斷毛辮子，一次懸繩器壞，生產(chǎn)一直不正常，停井達(dá)1個(gè)月。自2014年應(yīng)用油管外敷設(shè)電纜加熱技術(shù)，生產(chǎn)正常，日產(chǎn)油18t，含水37%。扁電纜捆扎在油管外壁，電纜表面溫度達(dá)60℃，油套環(huán)空產(chǎn)生的溫度場(chǎng)通過(guò)管壁將能量傳遞給管內(nèi)，使井口出油溫度由原來(lái)的20℃提高到30℃以上，原油溫度升高，增加了對(duì)蠟的溶解能力;同時(shí)油井環(huán)空溫度高于管內(nèi)原油溫度，產(chǎn)生逆溫差，從而起到防蠟降粘作用。如油田某井原油粘度高達(dá)5340.7mPa.s，含蠟12.9%，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量40.8%，試驗(yàn)前油井結(jié)蠟嚴(yán)重，下扁電纜后，連續(xù)正常生產(chǎn)288天無(wú)異常。該工藝最大的優(yōu)點(diǎn)是下入深度深，但與電熱桿等相比，加熱效率低，同時(shí)，電纜綁在油管外面，作業(yè)等過(guò)程也可能對(duì)其造成損害，該工藝的應(yīng)用越來(lái)越少。

2.3空心桿整體熱電纜加熱技術(shù)

空心桿整體熱電纜加熱是國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用于機(jī)采井主要的井筒加熱工藝。加熱電纜通過(guò)空心桿及泵的中心通道下入井內(nèi)，通過(guò)泵下集中加熱器和桿壁構(gòu)成回路，當(dāng)送入工頻交流電時(shí)，依靠集膚效應(yīng)原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)泵下原油的直接加熱和泵上油管內(nèi)原油的全程加熱，以降低原油粘度，提高原油的流動(dòng)性，使原油順利進(jìn)泵，并依靠抽稠泵提供的動(dòng)力，把原油舉升到地面?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的整體熱電纜有三芯和單芯兩種。（1）空心桿柱內(nèi)下三芯熱電纜加熱工藝。該加熱系統(tǒng)主要由空心抽油桿、三芯整體熱電纜、配電控制柜和井口配套裝置組成。加熱電纜置于空心桿中，三組導(dǎo)線在端部短接形成星形負(fù)載，通過(guò)芯線發(fā)熱，電能轉(zhuǎn)化為熱能，使井筒內(nèi)原油溫度升高、粘度降低，流動(dòng)性增強(qiáng)，達(dá)到降粘、清蠟、增產(chǎn)的目的。專用的電源控制柜控制電纜通電電流和所需的加熱溫度。（2）空心桿柱內(nèi)下單芯整體熱電纜加熱工藝。該工藝系統(tǒng)主要由地面特種單向變壓器、空心抽油桿、單芯整體熱電纜、地面控制系統(tǒng)及井口配套裝置5部分組成。其工作原理和分體式電熱桿類似，交流電在空心桿柱和電纜間形成回路，產(chǎn)生集膚效應(yīng)，集膚效應(yīng)產(chǎn)生的熱量和電纜產(chǎn)生的電阻熱加熱原油。空心桿整體熱電纜加熱技術(shù)可實(shí)現(xiàn)泵上或泵下（過(guò)泵）加熱，對(duì)于原油粘度較高、進(jìn)泵困難的油井，可采取過(guò)泵電加熱技術(shù)，該技術(shù)是國(guó)內(nèi)目前主要的電加熱工藝。井筒電加熱工藝是目前國(guó)內(nèi)井筒降粘的主要工藝之一，但該工藝操作成本高，且受各種因素的影響較大，加熱功率、加熱深度、液量、含水、動(dòng)液面等都能影響加熱降粘效果。

3摻稀降粘工藝

摻稀降粘采油是通過(guò)油管或油套環(huán)空向油井底部注入稀油，使稀油和地層產(chǎn)出的稠油充分混合，從而降低稠油的粘度和稠油液柱壓力及稠油流動(dòng)中的阻力，增大井底生產(chǎn)壓差，使油井恢復(fù)自噴或達(dá)到機(jī)械采油條件的一項(xiàng)工藝技術(shù)。稠油摻入稀油后可起到降凝、降粘作用，但對(duì)于含蠟量和凝固點(diǎn)較低、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量較高的高粘原油，其降凝、降粘作用較差;所摻稀油的相對(duì)密度和粘度越小，降凝、降粘效果也越好;摻入量越大，降凝、降粘作用越顯著;一般來(lái)說(shuō)，稠油與稀油的混合溫度越低，降粘效果越好?；旌蠝囟葢?yīng)高于混合油的凝固點(diǎn)3～5℃，等于或低于混合凝固點(diǎn)時(shí)，降粘效果反而變差;在低溫下?lián)饺胂∮秃罂筛淖兂碛土餍?，使其從屈服假塑性體轉(zhuǎn)變?yōu)榕ｎD流體。設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)主要有：摻稀比、摻稀溫度、摻稀方式、井下工具、摻入深度、摻稀地面工藝及產(chǎn)量配置等。摻稀油方式有空心抽油桿注入、單管柱注入、油管注入和套管注入4種。

參考文獻(xiàn)

[1]崔永亮.稠油降粘方法比較概述[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用.2016（05）