塔河油田螺桿泵配合水溶性降黏劑稠油開采技術(shù)

梁志艷，王磊磊，唐照星

（中國石化西北油田分公司，新疆烏魯木齊830011）

塔河油田主要為碳酸鹽巖縫洞型稠油油藏，原油黏度平均為45×104mPa·s，油藏埋深5 400～7 000 m，硫化氫含量為10 273～858 660 mg/L，黏溫拐點為2 500～3 000 m。原油在井底具有很好的流動性，在舉升至井筒3 000 m 左右時，隨著沿程熱損失，黏度大幅增加，主要采用摻入稀油降黏的方式生產(chǎn)[1-2]。機械舉升方式主要以液壓反饋式抽稠泵和稠油電泵為主。隨著開發(fā)深入，現(xiàn)有舉升工藝對含水乳化、腐蝕結(jié)垢等井況適應(yīng)性差，存在摻稀優(yōu)化難度大、異常率高的問題。選用螺桿泵是目前中高含水井舉升較為經(jīng)濟(jì)高效的方式[3]，但是常規(guī)螺桿泵不能滿足塔河油田超高黏度、高含硫、高溫的復(fù)雜井況條件，因此針對塔河稠油特性及舉升需求，對螺桿泵進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化配置，形成新型抗稠油抗硫螺桿泵，同時優(yōu)選高性能水溶性降黏劑體系。通過開展新型螺桿泵配合水溶性降黏劑工藝復(fù)合技術(shù)試驗，取得明顯降低摻稀量、提升舉升效益的效果。

1 螺桿泵配合水溶性降黏劑技術(shù)特點

塔河油田超稠油機械舉升方式主要以有桿泵和稠油電泵為主。稠油開采進(jìn)入中高含水期后，含水乳化較為普遍，稀稠油混配效果進(jìn)一步變差，導(dǎo)致有桿泵井桿柱斷脫、泵漏失等異常頻發(fā)，電泵井電流波動大導(dǎo)致頻繁停機，運行壽命短、開采成本高，針對這些生產(chǎn)異常，現(xiàn)場均采取加大摻稀量的方式維持生產(chǎn)，稀稠比相較于正常生產(chǎn)井高33%左右，經(jīng)濟(jì)效益差的現(xiàn)象較為突出，因此急需進(jìn)行舉升工藝的優(yōu)選，同時需尋求更高效的降黏方式替代摻稀油生產(chǎn)。

針對目前常規(guī)舉升工藝配合摻稀生產(chǎn)異常率高、經(jīng)濟(jì)效益差的問題，從工藝替代的角度出發(fā)尋求解決方案，應(yīng)用螺桿泵配合水溶性降黏劑復(fù)合技術(shù)。

螺桿泵是一種容積式泵，通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，與定子配合形成的“S”型空腔不斷螺旋上升，將液體舉升至地面，從而達(dá)到不間斷連續(xù)采油的目的，轉(zhuǎn)子在定子表面的運動具有滾動和滑動的性質(zhì)，在稠油井應(yīng)用能促進(jìn)稀稠油混配，定子和轉(zhuǎn)子之間的容積均勻變化而產(chǎn)生的抽汲和推擠作用，使油水混輸?shù)男Ч?。因此螺桿泵針對含水乳化井舉升具有明顯的優(yōu)勢，應(yīng)用螺桿泵替代常規(guī)舉升工藝，可有效降低含水井生產(chǎn)異常率[4]。

通過對常規(guī)熱采工藝和冷采工藝的成本、應(yīng)用范圍、推廣前景等方面進(jìn)行對比，化學(xué)降黏技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景，結(jié)合前期的現(xiàn)場實踐，水溶性降黏劑應(yīng)用范圍廣、用量少、價格低。水溶性降黏劑是利用分子間的作用力，破壞稠油大分子聚集體，使高黏稠油與水形成穩(wěn)定水包油型乳狀液，達(dá)到降黏的目的。通過多年的應(yīng)用發(fā)展，油田開發(fā)進(jìn)入中高含水期，水溶性降黏劑勢必成為主要的降黏方向。

2 新型稠油螺桿泵技術(shù)改進(jìn)試驗

2.1 稠油螺桿泵技術(shù)改進(jìn)項目

塔河稠油黏度大，常規(guī)螺桿泵應(yīng)用存在桿柱扭矩大，抽油桿頻繁斷裂的問題；另外硫化氫含量高，定子橡膠易老化，導(dǎo)致泵效低[5-7]。為提高常規(guī)地面驅(qū)動螺桿泵抗稠油性能，分別從地面、井下進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化升級，主要的改進(jìn)內(nèi)容包括4個方面。

1）采用變頻控制技術(shù)，五級調(diào)速在0～200 r/min間任意調(diào)整，開機時轉(zhuǎn)速逐漸增加，關(guān)機時轉(zhuǎn)速慢慢降低，可確保扭矩平穩(wěn)有序變化，設(shè)置過載和失載保護(hù)，遇到扭矩急劇變化可以自動停機，有效降低桿柱斷脫幾率。

2）優(yōu)選液壓防反轉(zhuǎn)技術(shù)，相比較機械反轉(zhuǎn)系統(tǒng)效率大幅提升，可確保扭矩平穩(wěn)釋放，一方面防止桿柱脫扣，另外可降低傷人風(fēng)險。

3）應(yīng)用大桿徑插接式抽油桿，提高了桿柱抗拉強度，且徑向力和扭力分別由不同的部件承擔(dān)，結(jié)箍扣型設(shè)計為反扣，降低了桿柱脫扣現(xiàn)象。

4）定子橡膠材質(zhì)優(yōu)選氫化丁腈橡膠[8]，有效提升耐硫化氫腐蝕性能，提高螺桿泵使用壽命。

根據(jù)塔河油田的使用環(huán)境和需要輸送的介質(zhì)，開展橡膠溶脹試驗。選取TK6103等3口井的油樣及4 種橡膠進(jìn)行試驗：NBR-常用橡膠（丁腈橡膠）、NBRH-橡膠（高丙烯腈含丁腈橡膠）、HNBR-橡膠（氫化丁腈橡膠）、FKM-橡膠（氟橡膠），分別做溫度、CO2含量、含水率、含氣量、原油密度、H2S含量共6項內(nèi)容的測試，結(jié)果見圖1，其中需選擇綠色適宜范圍來匹配對應(yīng)的井況。

圖1 橡膠常規(guī)數(shù)據(jù)測試Fig.1 Rubber routine data test

根據(jù)測試結(jié)果，可針對不同井況條件選擇不同的橡膠類型，F(xiàn)KM-橡膠（氟橡膠）和HNBR-橡膠（氫化丁腈橡膠）基本上可滿足大部分井的使用需求。

進(jìn)行各種橡膠材質(zhì)的溶脹實驗，試驗溫度設(shè)置為50 ℃，試驗時長為120 h，選擇4種橡膠制備試樣，試樣標(biāo)稱尺寸為20 mm×20 mm×4 mm。以表1數(shù)據(jù)為評判標(biāo)注。

表1 橡膠溶脹實驗評判標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for evaluation of rubber swelling

通過試驗結(jié)果對比評判標(biāo)準(zhǔn)，試驗效果依次是FKM＞HNBR ＞NBRH ＞NBR（表2）。因此，綜合分析確定塔河地區(qū)稠油所用橡膠類型為：HNBR-橡膠（氫化丁腈橡膠）[9-10]。

2.2 優(yōu)選水溶性降黏劑

塔河稠油油藏溫度高（130 °C）、原油黏度高（50 000～1 800 000 mPa·s）、乳化指數(shù)低（100）、地層水礦化度高（240 000 mg/L）、鈣鎂離子含量高（13 000 mg/L），稠油物性和地層水的特性對水溶性降黏劑性能提出了更高的要求。針對塔河稠油乳化降黏存在的油稠、高溫及高礦化度的特點，分散降黏劑的研發(fā)要在保證乳化能力的同時，考慮乳液穩(wěn)定不聚沉，有合理的穩(wěn)定時間，防止藥劑對破乳產(chǎn)生影響[11-15]。

優(yōu)選水溶性降黏劑的主要技術(shù)思路是針對不同含水、不同黏度的稠油，配套相應(yīng)的降黏劑，開展室內(nèi)實驗，并根據(jù)實驗結(jié)果進(jìn)行藥劑配方調(diào)整，室內(nèi)實驗歷時5 個月從二十多種藥劑中優(yōu)選出現(xiàn)階段效果明顯的3種。其中改性硅聚醚分散減阻劑，強調(diào)分散性和強摩阻，適用于黏度小于30×104mPa·s 的稠油井；陰—非離子型水溶性降黏劑，適用于高礦化度、高含瀝青質(zhì)稠油，黏度小于60×104mPa·s；高效水基降黏劑，適合高溫、高礦化度稠油降黏[16-18]?，F(xiàn)場實踐中逐步完善選井標(biāo)準(zhǔn)，并且形成了環(huán)空光管柱加注和泵上開式加注2 種工藝設(shè)計[19-21]。水溶性化學(xué)降黏劑累計現(xiàn)場應(yīng)用73 井次，降黏率達(dá)到30%，目前已形成了較為完善的化學(xué)降黏工藝配套。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

在單井開展螺桿泵配合水溶性降黏劑試驗，螺桿泵生產(chǎn)井只需要簡單的流程改建，即增加了加藥罐、柱塞泵、高精度流量計、打藥泵，注意采用雙流程，以便異常時可以確保連續(xù)注入。初始采用固定排量頂替方式注入，當(dāng)藥劑到達(dá)管腳后根據(jù)生產(chǎn)情況逐步優(yōu)化摻稀量，通過摻稀量和加藥量的優(yōu)化調(diào)整，最終實現(xiàn)停摻稀穩(wěn)定生產(chǎn)。應(yīng)用的6口井前期均為抽稠泵生產(chǎn)，因為含水乳化、油稠等因素導(dǎo)致故障率高、稀稠比高、檢泵周期短，通過應(yīng)用螺桿泵配合水溶性降黏劑，極大地改善了生產(chǎn)效果，稀稠比下降0.3，日節(jié)約稀油29.4 t，日增油23 t（表3）。

表2 試驗記錄Table 2 Test record

表3 新型螺桿泵在超稠油井應(yīng)用效果Table 3 Application effect of new type screw pump in ultra heavy oil wells

例如B 井開展螺桿泵配合水溶性降黏劑現(xiàn)場試驗。該井日產(chǎn)液為11 t，含水率為9.1 %，日摻稀為20 t，稀稠比達(dá)到1.2，屬于低含水超稠油井，應(yīng)用螺桿泵開采方式，生產(chǎn)較穩(wěn)定。為了進(jìn)一步降低稀油用量，開展高效水基降黏劑試驗，日加藥量為33 L，加藥濃度為0.3%，期間電流由56 A 下降至47 A，回壓由1.2 MPa下降至0.3 MPa，稀稠比下井幅度達(dá)到50%，從生產(chǎn)效果看，稀稠油混配效果明顯提升（表4）。

表4 B井螺桿泵配合水溶性降黏劑應(yīng)用效果Table 4 Application effect of water-soluble viscosity reducer with screw pump in well B

該井的應(yīng)用驗證了螺桿泵配合水溶性降黏劑工藝技術(shù)的可行性，加藥濃度0.3%，提高了經(jīng)濟(jì)效益，可有效降低稀油用量，實現(xiàn)了高含水稠油井的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。

4 結(jié)論及認(rèn)識

1）針對塔河稠油特性對螺桿泵進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化升級，開展了定子的優(yōu)選、過盈量的設(shè)計、桿柱優(yōu)選和受力評價，形成了新型稠油抗硫螺桿泵，并在現(xiàn)場應(yīng)用。實踐證明，螺桿泵生產(chǎn)產(chǎn)液穩(wěn)定、稀稠油混配效果明顯提升，同時具有明顯的降摻稀效果。

2）經(jīng)過多年的現(xiàn)場試驗，形成了適應(yīng)不同含水、黏度范圍的水溶性降黏劑體系，并具備完善的現(xiàn)場應(yīng)用設(shè)備建設(shè)和效果評價標(biāo)準(zhǔn)。

3）創(chuàng)新性提出了新型稠油螺桿泵配合水溶性降黏劑工藝復(fù)合技術(shù)方法，并完成了現(xiàn)場應(yīng)用。該復(fù)合工藝在含水稠油井應(yīng)用，通過技術(shù)效果疊加，提高了舉升效率。通過6口井的應(yīng)用，平均稀稠比下降0.3，平均單井日節(jié)約稀油4.9 t，單井日增油3.8 t。