反排式射流泵测试排液工艺技术在稠油井中的应用.pdf
任佃山
[摘 要]从稠油油藏的生产情况来看，不论是普通稠油还是需注蒸汽开发的特、超稠油，由于原油粘度高、流动性差、油层出砂等客观条件的影响给油井生产带来一系列问题。同心双管射流排砂采油工艺技术在稠油开发生产中利用，携、排砂，和稠油反相乳化后粘度大幅度降低的特点优势，达到不用防砂，减少举升负荷，实现油井正常生产，从而降低油井生产成本。本文根据同心双管射流泵排砂采油技术工作原理，对该技术在稠油油藏上应用进行了适应性分析，总结了该技术在不同的稠油区块的现场应用情况，现场应用证明该工艺技术在稠油油藏上应用是可行的，效果也是十分显著的。
[关键词]稠油油藏 排砂采油 适应性 现场应用
中图分类号：S461 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）06-0377-03
稠油是指粘度较高、相对密度较大的原油；按照我国稠油分类标准，原油粘度在50-10000mPa·S之间、相对密度大于0.92g/cm3的稠油为普通稠油；原油粘度在10000-50000mPa·S之间、相对密度大于0.95g/cm3的稠油为特稠油；而超稠油是指粘度大于50000mPa·S，密度大于0.98g/cm3的稠油。普通稠油油藏可以使用特种抽油泵和井筒降粘的方式进行开发；而特、超稠油油藏则必须通过蒸汽吞吐与井筒举升相结合的方式进行开发。从目前稠油油藏的生产情况来看，不论是普通稠油还是特、超稠油，由于原油粘度高流动性差、油层出砂等客观条件的影响给井筒举升和油井生产带来了一系列问题。
1、目前稠油油藏生产过程中存在的主要问题
1.1、原油粘度高，举升负荷重
受原油粘度的影响，井下稠油在举升过程中随着其温度的降低原油粘度呈指数增加，粘滞阻力大幅度上升，致使抽油机负荷增加，抽油杆下行困难，最终导致机、杆、泵不能正常工作，影响油井正常生产，各种举升方式原油粘度的适应性见表1。为了解决井筒举升过程中存在的问题，目前国内外稠油油田的开发主要采取井筒降粘（见表2）措施来保证油井的正常生产。但在具体实施过程中发现：井筒降粘较好的工艺技术存在着投资较大，系统技术要求高，耗能高，维修频繁等问题；而投资相对较低，技术要求也不是太高的井筒降粘技术则井筒降粘效果不是很理想。
1.2、防砂有效期短
稠油油藏大部分为胶结疏松的砂岩油藏，油井在生产过程中，由于稠油粘度高拖拽力强，所以极易将一些粉细砂及悬浮物带出油层；在举升过程中，粒径较细的部分粉细砂将进入抽油泵，加快抽油泵密封面的磨损，降低其泵效和检泵周期，甚至发生卡泵、断杆等故障；粒径较粗的部分则不能随稠油一起被采出而落至井底，造成砂埋油层。目前，大部分的稠油油藏在投入开发之前均进行防砂施工，但防砂后普遍存在着油层渗透率降低，有效期短等问题。
1、对于冷采稠油油藏，其防砂有效期在3年左右，并且从防砂后生产的第一天开始原油产量就呈下降趋势。特别是一些油层品位略差的稠油油藏，原油粘度较高，油层压力较低，不防砂时油井尚能维持生产，防砂后由于油稠、粉细砂及悬浮物的堵塞，油井供液不足而不能维持生产。
2、对于热采稠油油藏，一个吞吐周期的结束，大部分人认为是由于油层温度的降低，原油粘度升高，供液不足所致。经分析发现，油井供液不足除上述原因外，还由于高温高压蒸汽的注入，将近井地带的粉细砂粒及悬浮物推至油层深部，当回采时粉细砂粒又被防砂砾石层阻挡，形成渗透率大幅度降低的混砂带所致。并且几个吞吐周期后，砾石层将不能有效的阻挡粉细砂粒，油层出砂，防砂失效。
1.3、机采效率偏低
大斜度井、水平井采用有杆泵采油时存在着下泵深度浅、杆管偏磨，泵筒凡尔关闭不严等问题；且泵下加热工艺不过关，稠油进泵困难，机采效率偏低。
2、同心双管射流排砂采油工艺技术
2.1、结构
该工艺技术主要有井下和地面两部分组成。
井下部分：主要由同心双管特制井口装置、井筒同心双管管柱、井下泵组、尾管、宽缝绕丝筛管等几部分组成（见图1）。
地面部分：主要由地面增压泵、变频控制系统、高、低压过滤器、计量仪表和油、气、水、砂分离罐等组成（见图2）。
2.2、同心双管射流泵举升基本工作原理
同心双管射流泵排砂采油工艺技术是以高压水为动力液驱动排砂采油装置井下泵工作，以动力液和采出液之间的能量转换达到排砂采油目的。井下泵整机由工作筒、井下泵芯、固定阀组和插入接头等部件组成，井下泵的关键零件是喷嘴和喉管，井下泵及井下工具无运动部件。其工作原理是动力液沿动力液管柱进入井下泵中，当动力液通过喷嘴时，由于喷嘴的节流作用，在喷嘴和喉管之间形成相对低压区；地层液在地层压力的作用下，经尾管进入泵内，流向低压区和动力液混合后进入喉管，在喉管内形成混合液并且由动能转换为压能，从而将混合液沿混合液管柱举升到地面（见图3）。
2.3 携排砂基本原理
利用《垂直井筒攜砂规律研究》论文中砂子的上升速度，沉降末速和液体流速之间的关系μs=μs0-0.34271μ。计算得出保证不同粒径砂粒上升的最低速度（见表3）。
2.4 反向乳化降粘基本原理
稠油粘度对温度有很高的敏感性。大部分稠油粘度与温度构成一定的指数关系，基本符合通用的经典关系方程。乳化原油粘度除了受原油本身粘度、形成乳状液的温度、分散介质中分散相液滴的分散程度等因素的影响外，原油含水多少是影响乳化原油粘度的主要因素。在原油乳化过程中，随着原油含水量增加原油首先形成油包水乳状液，原油粘度随原油含水量增加大幅度增加，当含水量升高到某一值时，乳化形态发生改变，乳状液由油包水型变为水包油型，其粘度也急剧下降。因此乳化稠油存在着一个使粘度发生反转的临界含水率值。各油田原油的含水率临界值不尽相同，一般在50%～90%之间，多数为70%左右。endprint
图4是新疆油田九区检230井区普通稠油乳化后含水与粘度的变化曲线，当其乳化含水程度高于40%后，粘度呈快速上升趋势，井区乳化粘度发生反转的临界含水率约在66%左右。
3、同心双管射流泵排砂采油工艺对稠油油藏的适应性分析
3.1、对于稠油出砂油井
①、选择合适的生产管柱：根据油井的产液量和砂子的粒度中值，选择合适的混合液生产管柱和尾管尺寸。在排砂采油生产过程中，从油井产液进入尾管开始，每个断面上含砂液体的上升速度始终大于砂子的沉降末速两倍以上，以阻止地层砂下沉。②套管掺水要求：当产液量较低携砂能力较弱时，可通过套管加水方法提高液量，增加液流速度。③防止大颗粒杂质堵塞井下泵流道：在尾管吸入口处有一缝宽为1.8mm的绕丝筛管，以防止大颗粒杂质堵塞井下泵流道，影响井下泵的正常工作。
携排砂技术指标：产出液出砂量〈10%，砂粒粒径〈1.8mm，可不防砂直接生产。
3.2、对于较高原油粘度的举升
该工艺在稠油生产过程中具有下列优势
①、充分搅拌：动力液射流速度为200-340m/s，井下采出液通过动力液的喷射和强力乳化头的强力搅拌作用后，混合液中的油水混合将更加均匀，能保证稠油完全反向乳化。②、动力液加热：生产过程中入井动力液可以加热到70-90℃，以使原油维持较高的温度举升。③、高含水反向乳化：当原油乳化时，原油粘度随含水率上升大幅度增加，举升负荷成倍增长；当含水量升高到某一值时，乳状液由油包水型变为水包油型，其粘度也急剧下降。因此乳化稠油存在着一个使粘度发生反转的临界含水率值，该值一般在50%～90%之间，多数为70%左右。④、泵挂较深：由于井下管柱没有运动部件，井下泵可下至任意位置，较高的温度场使原油进入井下泵的粘度相对较低，有利于原油的举升生产。⑤添加化学降粘剂：对于原油粘度较高的稠油，可通过在地面动力液中添加化学降粘剂的方法进一步降低原油粘度，操作特别简单、方便。
3.3、对于井斜对举升工艺的影响
同心双管射流泵排砂采油工艺井下管柱无运动部件，不存在卡泵、杆管偏磨凡尔关闭不严等问题。适应于大斜度井、丛式井组、水平井的排砂采油生产。
该工艺由于井下没有运动部件，理论上可以应用到任何井斜，狗腿度主要影响泵芯的起下。只要井筒实际的最小曲率半径和最大造斜角度小于井下泵芯适应井筒的最小曲率半径和最大造斜角度，排砂采油装置等下井工具均能保证下得去，起得出和正常工作。
应用该工艺生产的定向井井下泵位置最大井斜角84.16°，水平井井下泵位置為A点。
4、典型井例
D区块15-11稠油冷采生产
D区块为胜利油田某采油厂区块，生产层位为ES2，油藏埋深1950-2150m，油藏砂粒度中值0.09mm，分选系数1.74，孔隙度25.9%，渗透率193×10-3μm2，原油密度0.9696g/cm3，原油粘度在3000-10000mPa.s之间，有的油井原油粘度高达几万mPa.s。压力系数0.9890MPa/100m，油层温度81℃，温度梯度为3.1℃/100m。
D区块15-11井于2004年9月新投，在2010-2011年期间进行了4次作业，作业原因均为油层出砂，砂埋油层或卡泵，作业免修期仅半年。
2012年5月12日该井使用该工艺拔出原井的防砂筛管后不注蒸汽直接下泵生产（井下管柱结构见图5），初期日产液量18t，日产油量9t；目前日产液8.1t/d，日产油4.2t/d。截止到目前累计生产1828天，平均日产液9.72t/d，平均日产油4.5t/d，综合含水53.7%；作业免修期为1828天（目前仍在正常生产）。生产过程中仅通过液力起下更换了四次井下泵芯，根据生产参数调整了井下崩泵芯喷嘴、喉管尺寸和面积比，维护维修了井下泵芯的易损件，生产曲线见图6。
结论
1、通过对已实施同心双管射流泵排砂采油技术典型稠油井井例的分析，该工艺充分利用稠油反相乳化后粘度大幅度降低的特点，井内稠油经过水力射流充分搅拌、动力液加热、加深泵挂等措施，使原油粘度大幅度降低，减少了举升负荷，降低了油井生产成本。该工艺实施的井例中，D区块15-11井原油粘度8400mPaS（冷采）。
2、对于出砂稠油油藏，该工艺可以不防砂直接携排砂生产，随着游离砂、杂质的排除，解除了油层近井地带的堵塞，使油层恢复了原有的渗透性。
3、该工艺应用于稠油油藏，具有节约油井防砂及大修作业费用、井筒辅助降粘费用，增加油井日产油量和周期产油量的优点。
4、目前该工艺分别在胜利油田、大港油田、辽河油田、克拉玛依等油田得到应用，均取得了十分理想的效果。
参考文献
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