水平井深抽工藝技術(shù)探析范文

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《石油化工應(yīng)用雜志》2014年第五期

1工藝管（桿）柱配套存在的主要問題

1.1水平井采用定向井舉升工藝，不能充分發(fā)揮長水平段生產(chǎn)潛力近年來，隨著水平井鉆井及儲(chǔ)層改造工藝的進(jìn)步，通過推行長水平段+體積壓裂技術(shù)，開辟了低滲透油藏提高單井產(chǎn)量和開發(fā)效益的新途徑。水平井改造段數(shù)越來越多，水平段愈來愈長，但由于水平段越長，壓降損失越大，水平井在開采過程中由于水平段的壓降和采出程度不均，使油井含水上升速度快，油井產(chǎn)量急劇下降，影響水平井開發(fā)效果。實(shí)測(cè)壓力分析：長平1井產(chǎn)液量為11.32m3/d，管徑為62mm，水平井段長542.17m，其壓力損失為0.1783MPa（見圖1）。長平2井產(chǎn)液量為13m3/d，管徑為62mm，水平井段長637.31m，其壓力損失為0.8379MPa（見圖2）。

1.2普通泵在大斜度井段泵閥關(guān)閉滯后，漏失量增加常規(guī)管式抽油泵受結(jié)構(gòu)及抽油桿偏磨限制，當(dāng)井斜大于45°時(shí)（見表1），有桿泵抽油系統(tǒng)就難以正常工作，不能滿足水平井發(fā)揮最大生產(chǎn)潛力需求。

2解決對(duì)策

長慶油田低滲透油藏水平井基本采用雙增剖面結(jié)構(gòu)，曲率半徑100m左右。水平井在造斜段平均造斜率小于10°/30m，井斜角80°位置與水平段在垂直深度上，平均差30m以內(nèi)。只要實(shí)現(xiàn)了井斜角80°舉升也就基本實(shí)現(xiàn)了水平段舉升（見圖3）。通過開展斜井泵相關(guān)技術(shù)理論研究，研制新型斜井泵，開展配套抽油桿扶正技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)斜井段舉升需要。

2.1優(yōu)選泵型，改進(jìn)泵結(jié)構(gòu)，提高泵效針對(duì)初期普通抽油泵在斜井段漏失量超標(biāo)的缺點(diǎn)，進(jìn)行了以下調(diào)整：（1）抽油泵游動(dòng)閥球改進(jìn)為三級(jí)半球結(jié)構(gòu)并固定在柱塞中心桿上，在中心桿的帶動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)開強(qiáng)閉功能，確保閥球準(zhǔn)確復(fù)位，密封嚴(yán)密；（2）將柱塞設(shè)計(jì)為相互獨(dú)立的三級(jí)密封單元，中間由導(dǎo)向滑塊連接，將柱塞偏磨變?yōu)閷?dǎo)向滑塊偏磨，確保柱塞與泵筒間隙均勻，提高柱塞泵筒間密封性能。

2.2固定閥球合理密度選擇假設(shè)柱塞的運(yùn)動(dòng)是勻速的，抽汲的液體為不可壓縮，閥球只有開啟在最高位置和關(guān)閉在密封位置2種狀態(tài)。即在上沖程，閥球在壓差的作用下打開，隨液流直接升到最高位置，并保持不降，直到下沖程開始；在下沖程，閥球開始回落，密封在閥座上。設(shè)閥球的最大跳高為h，閥球有扶正，忽略油流對(duì)閥球的作用力，只計(jì)算閥球重力和浮力的作用，閥球運(yùn)動(dòng)按照勻加速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)抽油泵與豎直方向傾角為θ，則根據(jù)理論計(jì)算數(shù)據(jù)采取閥球密度為14g/cm3，跳高26mm，與普通閥球密度為7.85g/cm3，跳高33mm組合后結(jié)果表明，兩者回落時(shí)間分別為0.17435s，0.20444s，回落時(shí)間差值為0.03009s，回落縮短時(shí)間占據(jù)回落時(shí)間比例為15.2%，因此在保證泵效的情況下，應(yīng)選擇低跳高，高密度球組合，有利于縮短回落時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)選取閥球密度14g/cm3，跳高26mm參數(shù)組合，同時(shí)球上設(shè)計(jì)彈簧，實(shí)現(xiàn)閥球及時(shí)準(zhǔn)確復(fù)位。

2．3開展斜井段抽油桿、油管防偏磨技術(shù)研究通過分析桿柱附件斷是由于井斜角及方位角變化產(chǎn)生的側(cè)向力造成桿管偏磨引起的。解決的途徑有兩個(gè)方面：（1）增加桿管抗偏磨力；（2）減弱側(cè)向力。由于井身軌跡是不能改變的，側(cè)向力的產(chǎn)生是必然的，因此只能通過第一種方法來解決。同時(shí)通過桿柱受力分析及建立扶正間距計(jì)算數(shù)學(xué)模型，結(jié)合桿管出現(xiàn)偏磨的實(shí)際情況，使抽油桿柱上的偏磨點(diǎn)轉(zhuǎn)移到扶正器。

2．3．1扶正工具優(yōu)化改進(jìn)，提高耐磨性能針對(duì)常規(guī)扶正工具在側(cè)向力下容易磨損破裂，自身耐磨性不高，扶正作用有效期短的問題，對(duì)常規(guī)防偏磨扶正工具的棱狀線接觸改進(jìn)為圓弧面接觸，摩擦工作面為三個(gè)與油管內(nèi)壁曲率相同的圓弧曲面，提高接觸面積，在工作過程中，曲面可沿芯軸自動(dòng)轉(zhuǎn)向，確保以一個(gè)工作曲面與油管壁發(fā)生貼合，接觸壓力較小，將偏磨轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚰p，減緩磨蝕程度。另外在抽油桿扶正接箍表面鍍一層固體潤滑劑涂劑（MoS2、鎳基合金），與油管摩擦接觸過程中，基材表面的固體潤滑膜會(huì)轉(zhuǎn)移到對(duì)油管表面，形成轉(zhuǎn)移膜，使摩擦發(fā)生在轉(zhuǎn)移膜和潤滑膜之間，避免對(duì)油管的磨損。

2.3.2根據(jù)單井井身軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)扶正接箍布放位置水平井井身軌跡復(fù)雜，相比定向井造斜點(diǎn)淺、穩(wěn)斜段角度大。不合理的扶正器配置間距對(duì)桿管偏磨影響也比較大。對(duì)此針對(duì)長慶油田水平井雙增剖面井身結(jié)構(gòu)特征，建立增斜段、穩(wěn)斜段桿柱受力分析及扶正間距計(jì)算數(shù)學(xué)模型，提高設(shè)計(jì)精度和符合率，盡量使抽油桿柱上的偏磨點(diǎn)轉(zhuǎn)移到扶正器，管桿隔離不接觸。抽油桿柱受力研究是抽油桿柱在狹長、彎曲、充滿井液的井筒中處于彎曲變形、運(yùn)動(dòng)受力的復(fù)雜力學(xué)問題。將復(fù)雜問題簡化，建立三維桿柱微元段模型（見圖4），將抽油桿柱置于各“狗腿平面”內(nèi)進(jìn)行研究，考慮井斜角、方位角隨井深的變化。假設(shè)條件：（1）抽油桿柱沿井眼軸線方向離散成若干微元段；（2）每個(gè)微元段是“狗腿平面”上的圓弧曲線；（3）“狗腿平面”上的圓弧曲線具有相同的曲率。

3現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

截止2013年，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用47口井，試驗(yàn)井泵掛處最大井斜角80°，與常規(guī)整筒抽油泵相比，平均泵效提高7.1％，平均產(chǎn)液量提高了0.51m3，平均連續(xù)生產(chǎn)天數(shù)超200d（見圖6）。

4結(jié)論

（1）在水平井斜井段應(yīng)用斜井抽油泵舉升及配套抽油桿、油管扶正技術(shù)，初步可以滿足井斜角80°以內(nèi)舉升需要；（2）水平井舉升及配套工藝技術(shù)適應(yīng)性還有待于進(jìn)一步觀察。

作者：朱洪征張建魁呂旭單位：中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室中國石油長慶油田分公司第五采油廠中國石油長慶油田分公司第一采油廠