稠油出砂油藏机采新技术-星旺坡

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稠油出砂油藏机采新技术
宫俊峰  王德山
(胜利油田有限公司)
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永8断块油田位于胜利油田东辛采油厂的新立村油田南部，油藏含油面积1.3km2，地质储量1267×104t，是中石化重点产能建设区块。永20大断层位于永8断块的北部，将永8断块和永101断块分开，永8断块的南界为落差大于100米的大断层，东西边界分别以落差约100米的断层为界限，内部被两条南北向断层分割，将永8断块进一步细分为8－斜4块、8－斜5块和8－9块。油藏类型为泥质胶结粉砂质细砂岩，层状、块状稠油油藏。储层层位为沙河街组，具体层位为S二5、S二6、S二7、S二8四个小层。地面原油粘度为875～4660 ，地面原油密度0.929~0.9421g/cm3。永8断块地层胶结疏松，孔隙度平均为33％，声波时差350~370µs/m，出砂指数小于2.0，各层均存在出砂倾向，是典型的稠油出砂油藏。开发初期，由于大部分井出砂，造成油水井不能正常生产，为了保证稠油出砂井的正常生产，根据室内优选结果，永8断块水平井采用金属毡滤砂管防砂工艺；直井采用绕丝筛管砾石充填防砂工艺；对出砂较细的油井有选择的应用化学固砂工艺。
永8断块自1998年投入整体开发以来，先后共有24口井进行过防砂措施，占投产总井数的53％，其中先期防砂15口，包括8口水平井；后期防砂9口。目前正常开油井18口，注水井2口，开井率83％。防砂初期，直井平均单井日产液21.7m3，日产油12.4t，综合含水43％。水平井平均单井日产液50m3，日产油48t，综合含水4％。基本了达到2000年调整方案设计的生产能力。累计产油13.1368×104t。
表1  永8断块防砂状况表
序号井号生产层位防砂工艺防砂前生产情况防砂后生产情况目前生产情况备注
日液日油含水日液日油含水
1 A8P1 S二55 镶嵌式金属毡滤砂管 105 102 3 正常先期防砂
2 A8P2 S二52 镶嵌式金属毡滤砂管 17 16 5 低产先期防砂
3 A8P3 S二65 镶嵌式金属毡滤砂管 44 43 3 正常先期防砂
4 A8P4 S二623 镶嵌式金属毡滤砂管 47 46 2 正常先期防砂
5 A8P5 S二51 整体式金属毡滤砂管 35 33 5 间歇出油先期防砂
6 A8P6 S二55 整体式金属毡滤砂管 48 42 13 正常先期防砂
7 A8P7 S二61 整体式金属毡滤砂管 50 49 2 正常先期防砂
8 A8P8 S二64 整体式金属毡滤砂管 62 61 2 正常先期防砂
9 A8-3 S二51－5 绕丝筛管砾石充填未正常生产 18 10 45 转注
10 A8x4 S二7 绕丝筛管砾石充填 48 13 74 47 14 71 正常
11 A8-7 S二51－2 脲醛树脂防砂 19 18 5 21 20 5 正常
12 A8-8 S二7 绕丝筛管砾石充填未正常生产 17 14 18 正常
13 A8-9 S二7234 绕丝筛管砾石充填 15 14 2.2 9.9 5.4 45 停
14 A8-21 S二7 绕丝筛管砾石充填 14 6 60 12 2.1 82 转注
15 A8-40 S二645 绕丝筛管砾石充填未正常生产 18 3.2 82 正常井口拉油
16 A8-44 S二6－7 绕丝筛管砾石充填 41 18 56 正常先期防砂01.3补孔
17 A8-46 S二74 绕丝筛管砾石充填 25 24 4 正常先期防砂
18 A8-47 S二51-2 绕丝筛管砾石充填 46 19 61 正常先期防砂
19 A8-51 S二65 绕丝筛管砾石充填 17 10 42 停先期防砂
20 A8-52 S二74 绕丝筛管砾石充填 12 6 50 已解堵先期防砂
21 A8-49 S二74 绕丝筛管砾石充填 27 26 3 正常先期防砂
22 A8-48 S二54-5 绕丝筛管砾石充填 23 21 10 正常先期防砂
23 A8-19 S二8 绕丝筛管砾石充填 13 12 3 5.2 2.5 53 停
24 A8-20 S二74 绕丝筛管砾石充填 20 19 5 22 19 16
通过对防砂井产出液分析，发现产出液中的含沙量一般在1％左右，未防砂井的含沙量有的高达5－8％，经常造成卡泵。为此，根据油井原油性质和出砂情况，对电潜螺杆泵和抽稠防砂泵两种新工艺进行了现场试验，取得了良好应用效果。
1 电潜螺杆泵
在稠油出砂井中，地面驱动螺杆泵携砂冷采技术得到了应用。但对于埋藏较深，以及地层供液能力较差的油井来说，地面驱动式螺杆泵应用效果较差，其原因归纳起来有：(1)由于依靠抽油杆驱动井下螺杆泵，杆管磨损严重，尤其在斜井上应用受到限制；(2)由于受抽油杆强度限制，难以提高泵排量和下泵深度；(3)驱动杆的能耗大，一般占系统总能耗的50%以上。基于上述原因，在中深稠油出砂井上应用了电潜螺杆泵技术，获得了良好的效果。
1.1 电潜螺杆泵结构与原理
电潜螺杆泵采油系统包括：井下机组、井下电缆、电泵井口、控制柜、变压器等。井下机组由下而上依次是扶正器、潜油电机、电机保护器、齿轮减速器、减速器保护器、双万向节、吸入口、螺杆泵、单流阀、泄油阀。电机内的电机油和减速器及其保护器内的齿轮油相互隔离，两种不同的润滑油满足不同的润滑要求，电机下端及泵的上端各有一个扶正器，以减少螺杆泵运动产生的振动对机组其他部件产生的影响。其工作原理是：利用井下电缆将电力传递至井下潜油电机，潜油电机通过机械减速器和双万向节带动螺杆泵在低速下转动，井液经过螺杆泵增压后，通过油管举升到地面。
该工艺技术特点是：
(1)去除了传递动力的抽油杆；
(2)使用变速驱动装置便于控制速度；
(3)取消了地面驱动装置，解决了油管“反转”的安全问题；
(4)减少了运行费用，提高了斜井、定向井及稠油井的经济效益；
(5)下泵深度较深，适用于油层较深或地层供液较差的油井。
其系统结构见图1

图1电潜螺杆泵采油系统结构示意图
1.2 主要技术指标及选井要求
(1)主要技术指标(见表2)
表2  电潜螺杆泵采油系统的主要技术指标表
代号 E-55-18 E-75-15 E-105-10
额定理论排量/m3*d-1 28 38 56
扬程/m 1800 1500 1000
容积效率/% 80 80 80
最大下泵深度/m 1800 1600 1200
额定功率/kw 10 12 12
排量调节范围/m3*d-1 16-28 22-38 32-56
油管尺寸/mm 73 73-89 89
电力设备容量/kVA 50 50 50
井下机组总体长度/m 12 13 13
地面供电参数电压500V以内，电流20A以内
表中参数的说明：1)泵容积效率为泵在满扬程、工作液无气体情况下的测定值。2)选择接近泵的额定参数时，系统效率最高。3)E表示ESPCP，指电潜螺杆泵。
(2)选井要求
①φ177.80mm套管井，φ155mm通径规通井顺畅，下井前用80℃热水循环洗井，洗井液中加入适量降粘剂。直井、斜井不限；
②为防止螺杆泵因空抽而烧坏定子，必须保证机组的沉没度在300m以上，所选泵的最大流量必须小于或等于井的供液量，泵的流量与泵的转速成正比，为了延长泵的使用寿命，应尽量使泵在中、低转速下获得所期望的排量。
③对于出砂井，要求出砂为细粉砂，砂粒直径小于1mm，油井含砂小于3%，重量比在15%以下；否则必须采取防砂措施，在含砂量大的情况下，要尽量避免经常的停泵或停泵时间过长，以免沉砂埋泵。
④井液粘度在6000 以下(25℃)；
⑤电动潜油螺杆泵的耐温等级分90℃、120℃和150℃三个级别；
⑥螺杆泵就其工作原理而言，对井液的含气量不敏感，不会发生气锁，但是含气量大于90%时，泵的定子可能会因断续的干抽而发热，严重时会发生扭矩增大，定子过热等对泵不利的故障。
⑦硫化氢的含量不大于2.5%。
1.3 现场应用典型井例
应用电潜螺杆泵技术施工四口井，取得良好的效果。
典型井例：永8－43井，1999年8月试油投产，生产层位S二7，井段2193.2～2196.0m，φ177.80mm套管，直井。原油粘度3300 (50℃)，含砂0.25%，油气比18m3/m3，油层温度64℃，采用地面驱螺杆泵投产，下泵深度1100m，驱动电机功率15kW，日产液量基本维持在8～10m3/d，到2001年12月，日产液6m3/d，含水6%，动液面1093m，由于油层供液能力较差，只能间歇生产，无法提高产量。2002年三月采用E-75-15电潜螺杆泵采油系统后，下泵深度1500m，动液面1192米，产液基本稳定在19m3/d左右，电压450V，电流15A，系统消耗功率8.2kW，与原地面驱螺杆泵相比产量增加1倍多，同时节电37%。后来在变频下调速30%，产液量基本稳定在13m3/d左右，电压450V，电流10A，系统消耗功率6.2kW。
2 抽稠防砂泵
具有液力反馈作用和长柱塞、沉砂环空结构的CYB56/44TH1.2/4.6-4.6/1.2套叠式抽稠防砂卡抽油泵(以下简称D56/44抽稠防砂泵)，集中了液力反馈式抽稠泵和长柱塞防砂泵的优点，该泵可有效解决砂卡、砂埋柱塞、抽油杆下行困难等问题，适用于对稠油出砂井的携砂开采。
2.1 抽稠防砂泵结构、工作原理及性能特点
(1)结构组成  D56/44抽稠防砂泵采用了套叠式、长柱塞、沉砂环空结构，参加图2，它主要由56柱塞-泵筒、44柱塞、56泵筒、56出油阀、44进油阀、活结总成、密封组件、悬挂体、扶正接头、外管等主要部件组成。
(2)工作原理
当抽油杆带动56柱塞-泵筒上行时，V腔体积增大，压力降低，在沉没压力作用下，井液从密封装置的中心孔打开44进油阀进入泵内，泵上液体排出地面。56柱塞-泵筒下行时，V腔体积减小，压力升高，泵内液体顶开56出油阀排入油管内，从而完成一次抽汲过程。
由于56泵筒、44柱塞与56柱塞-泵筒所形成的两层密封结构，从而在下行时，56柱塞-泵筒上部承受油管内液柱压力，下部承受沉没压力，二者压力差形成了液力反馈作用帮助抽油杆下行，有效改善了管柱的受力状况。
由于56柱塞-泵筒无论在上、下冲程，始终外露于56泵筒之外，在抽汲和停抽过程中，颗粒大的砂子不易在柱塞部位沉积造成砂卡，并且可沿着56泵筒与外管形成的环空下落到底部的密封装置与尾管形成的环空口袋中。

图2  D56/44抽稠防砂泵结构示意图
2.2 主要技术参数
泵径规格：56mm/44mm
冲程范围：3~4.2m
理论排量：39~54.6m3/d
柱塞长度：4.6/1.2m
泵筒长度：1.2/4.5m
联结油管：φ76mm
联结抽油杆：φ19mm
总体长度：5.7~6.3m
2.3 现场应用典型井例
永8-52井：该井于2000年8月30日投产，生产层位沙二74，原油粘度：11796 ，原油密度0.9567g/m3，属于稠油出砂井。投产后，采用56泵生产不成功后，2000年9月20日改下56/38抽稠泵生产，产液7.5m3/d，产油7.1t/d，生产45天后因供液不足停产。2001年4月19日检泵，探砂柱高58m，冲砂后下44泵生产，产液8.2m3/d，产油7.5t/d。生产到9月18日，因供液不足停产。曾制定用生物酶解堵方案处理油层，但因费用高没有实施。2002年1月18日采用D56/44抽稠防砂卡泵生产，泵深1400m，冲程为3m，冲次为4次/min。初期产液17.9m3/d，产油17.2t/d，含水3.8％，动液面498m，泵效68％，最大载荷71kN，最小载荷33kN，连续运转264d，产量稳定，累计增油4074t。

3 结论与认识
1)螺杆泵能够较好地适应稠油出砂采油，而电潜螺杆泵综合了有杆泵和螺杆泵两方面的优点，是适应稠油出砂冷采的采油系统。
2)抽稠防砂泵具有液力反馈作用，可有效解决砂卡、砂埋柱塞、抽油杆下行困难等问题，能够满足稠油出砂冷采对泵的要求。