火驅(qū)井高效舉升技術(shù)研究與應(yīng)用

黃小釗

遼河油田鉆采工藝研究院 遼寧盤錦 124010

66-48 區(qū)塊位于油田西南部，構(gòu)造上位于遼河斷陷和西部凹陷西斜坡斷裂帶，目的層為下第三系第四段。該區(qū)塊已進(jìn)入吞吐開(kāi)發(fā)后期，存在生產(chǎn)周期長(zhǎng)、地層壓力低、利用率高、產(chǎn)量低、能耗低等問(wèn)題，按原開(kāi)發(fā)模式，可采儲(chǔ)量已達(dá)87.1%。因此，改造開(kāi)發(fā)模式已成為提高油藏最終采收率的重要途徑。由于火驅(qū)采油的生產(chǎn)機(jī)理不同于注水、蒸汽吞吐等常規(guī)開(kāi)發(fā)方式，油井生產(chǎn)中存在的問(wèn)題必然不同，隨著火驅(qū)的進(jìn)行，各種生產(chǎn)矛盾逐漸暴露出來(lái)[1]。一是部分油井尾氣明顯增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前已有320 多口火驅(qū)區(qū)域油井，其中25% 左右的油井高產(chǎn)，達(dá)到了1000m3/D 以上的天然氣產(chǎn)量，有的甚至超過(guò)了3000m3/D，一定程度影響了泵的正常工作。二是部分油井出砂、產(chǎn)天然氣，66 塊部分油井在頂替前出砂嚴(yán)重，隨著油井排量的增加，出砂與產(chǎn)氣的復(fù)雜矛盾日益突出，砂卡、氣鎖現(xiàn)象頻繁發(fā)生，腐蝕性介質(zhì)更是加速了舉升設(shè)備的腐蝕損壞，嚴(yán)重縮短了設(shè)備的使用壽命，降低了火驅(qū)油井的檢泵周期。因此，研究火驅(qū)采油井的防砂、防氣、防腐蝕，對(duì)火驅(qū)井的高效正常生產(chǎn)具有重要意義。

1 主要研究?jī)?nèi)容

1.1 技術(shù)思路

防砂防氣防腐蝕采油技術(shù)是在傳統(tǒng)油井泵的基礎(chǔ)上，結(jié)合砂泵和防腐耐磨泵的優(yōu)點(diǎn)，再加裝防氣裝置，達(dá)到防腐、防氣、防砂的目的。主要技術(shù)路線如下：一是在材料方面，結(jié)合火驅(qū)腐蝕特點(diǎn)，優(yōu)化防腐材料和特殊表面處理工藝，解決泵體腐蝕問(wèn)題；二是改進(jìn)柱塞長(zhǎng)度大于泵筒的長(zhǎng)柱塞短泵筒設(shè)計(jì)，同時(shí)在泵筒外增加一個(gè)外筒，形成防排砂及沉砂通道，以緩解油井的砂卡砂埋等問(wèn)題；最后在泵下安裝防氣裝置，通過(guò)離心分離原理實(shí)現(xiàn)高效氣液分離，有效緩解火驅(qū)井氣大泵效低的問(wèn)題。

1.2 . 高效火驅(qū)井舉升技術(shù)

防砂沉砂結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。泵的設(shè)計(jì)采用長(zhǎng)柱塞短泵筒結(jié)構(gòu)，柱塞比泵筒長(zhǎng)，柱塞的結(jié)構(gòu)與普通柱塞相似，但柱塞長(zhǎng)度比普通柱塞長(zhǎng)得多，泵筒通常為1.5m，根據(jù)沖程不同，柱塞可為4.8m 或7.3m，有效防止地層砂進(jìn)入柱塞與泵筒間隙。泵筒外側(cè)設(shè)計(jì)有沉砂外管，與泵筒體之間形成沉砂通道，泵的底部為雙通進(jìn)油結(jié)構(gòu)，側(cè)向進(jìn)油、軸向沉砂。改進(jìn)型沉砂結(jié)構(gòu)泵主要由短泵筒及加長(zhǎng)管、長(zhǎng)柱塞、固定閥、外管六部分組成。長(zhǎng)柱塞總成包括上出油接頭、閥球、閥座、下游動(dòng)閥座接頭、長(zhǎng)柱塞、下游動(dòng)閥罩等，固定閥總成由固定閥罩、閥球、閥座、閥座閥座接頭等部件組成。

圖1 柱塞總成結(jié)構(gòu)圖

開(kāi)發(fā)有效的油氣分離器。由于火驅(qū)尾氣為非溶解氣, 為提高石油和天然氣的最佳分離效果，降低氣體進(jìn)泵量，防止氣體造成的泵效降低、閥球閥座密封滯后、氣鎖等問(wèn)題，對(duì)新型泵下油氣分離氣錨進(jìn)行了研究。分離裝置設(shè)計(jì)了沉砂結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了氣錨與泵吸液、沉砂通道的雙向?qū)?，在不影響泵抽汲的情況下，將下行程沉落的砂通過(guò)沉砂通道儲(chǔ)存在氣錨下部尾管中，氣錨總成包括內(nèi)管、進(jìn)液外管、螺旋體、中間管、雙通接頭等。

優(yōu)化表面處理，對(duì)泵的整體材料和表面處理進(jìn)行了改進(jìn)，并進(jìn)行了綜合防腐處理。替換原碳鋼為鎳鉻鎢合金材質(zhì)，大大提高了材料的耐腐蝕性能，對(duì)泵筒內(nèi)表面進(jìn)行了自蔓延剛玉層處理，柱塞進(jìn)行噴焊Ni60 處理，大幅提高了泵筒柱塞的硬度、耐磨性、防腐性，為延長(zhǎng)檢泵周期提供了強(qiáng)有力的支撐[2]。

耐腐蝕實(shí)驗(yàn)：進(jìn)行常溫常壓下的H2SO4耐腐蝕性試驗(yàn)，選擇無(wú)防腐層的碳鋼材料、鍍鉻層和鎢合金電鍍材料進(jìn)行H2SO4耐蝕性對(duì)比試驗(yàn)。將樣品浸入H2SO4（體積分?jǐn)?shù)為5%）溶液中并浸泡不同時(shí)間。外觀如圖2 所示：圖2a 為普通碳鋼，圖2b 為浸泡100h 后的5 次浸泡，圖2C 為鍍鉻材料的形貌，圖2d 為浸泡100h 后的形貌，圖2E 為電鍍鎢基合金材料的形貌，圖2F 為浸泡230h 后的形貌，圖2 材料在H2SO4溶液中浸泡一定時(shí)間后的性能圖像2H2SO44/CO2高溫高壓耐腐蝕試驗(yàn)：將普通碳鋼和鎢基合金分別置于高溫和高壓反應(yīng)器，H2SO4溶液濃度5%，充滿CO2氣體，靜態(tài)反應(yīng)96h，左側(cè)為普通碳鋼，右側(cè)為鎢基合金材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：電鍍鎢基合金材料能適應(yīng)高溫高壓腐蝕環(huán)境，能有效抵抗油井中硫化氫的腐蝕[3]。

圖2 各材料浸入H2SO4 溶液及浸泡

2 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）改進(jìn)沉砂結(jié)構(gòu)，大大提高了泵的防沉砂能力，大幅降低了高含砂油井砂卡砂埋、磨損嚴(yán)重問(wèn)題的產(chǎn)生幾率。

（2）泵下高效油氣分離裝置的研制，提高油氣分離能力，降低了氣體的進(jìn)泵量，緩解了氣體造成的泵效降低、氣鎖等現(xiàn)象。

（3）泵筒柱塞特殊表面處理及新型鎢基合金材料，能有效適應(yīng)井底高溫高壓條件，大幅降低了舉升設(shè)備的腐蝕速率，延長(zhǎng)了火驅(qū)井舉升設(shè)備的使用壽命。

3 結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)結(jié)果表明，該高效火驅(qū)井舉升技術(shù)能有效適應(yīng)火驅(qū)井高溫高壓和硫化氫腐蝕的環(huán)境?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明能夠有效解決火驅(qū)井舉升中存在的一系列復(fù)雜綜合性問(wèn)題，延長(zhǎng)火驅(qū)井的檢泵周期，為火驅(qū)井的高效生產(chǎn)提供了一種新技術(shù)。從實(shí)施效果來(lái)看，火驅(qū)井高效舉升技術(shù)具有投資小、效益高的優(yōu)點(diǎn)，能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。