4吋套管井采油配套工藝技術研究與應用

顧樹人　劉威　遲淑梅　趙艷秋　柳金楠

摘 要:牛、青、茨油田有側鉆井124口,開井75口,日產油水平為267t/d,占全油田日產量的35%。受套管內徑限制,各種常規井下工具難以通過懸掛器進入小井眼,采油、作業工藝配套問題日益突出。通過近幾年的研究,成功地研制出了小直徑抽油泵、小直徑堵水工具、小井眼大通徑防砂工具配套井下工具,完善了側鉆井采油、修井配套工藝,提高了側鉆井生產效果。

關鍵詞:側鉆井小井眼堵水抽油泵防砂

中圖分類號:TD53 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)07(c)-0100-02

1 前言

隨著油田開發進入中后期,由于出砂、套變、井況惡化等原因造成的停產井日益增多,茨榆坨采油廠管轄的牛、青、茨油田中部分主力區塊受地質條件和開發因素的影響,出砂比較嚴重,如龍11塊,該區塊地層顆粒膠結疏松,速敏性強,區塊所有油井全部有出砂歷史;再如茨13塊,該區塊油質較稠,開發初期采用注蒸汽方式開采原油,導致地層受到破壞,出砂加劇。地層大量出砂導致部分油井出現套管變形、套管錯段等不同程度的套管損壞,造成油井停產。為了恢復這部分油井的產能,從2005年開始,在龍11塊和茨13塊開展了大規模的側鉆復產工作,兩個區塊的側鉆井達到了開井數的76%,側鉆初期,區塊產量得到了有效的恢復,對于提高停產井利用率、提高油井產量起到了重要的作用。但是,隨著開采時限的延長,天然能量開采下的老井很快暴露出產液面下降、抽油泵供液不足等問題,而側鉆井的開窗位置偏高,平均約600～1500m之間,懸掛點位置產生的縮頸問題一直是采油、作業生產中的難題,不僅使常規抽油泵無法通過,而且容易造成管桿偏磨、結蠟、井卡等事故,油井出砂后普通防砂工具難以下入等問題給側鉆井生產帶來了很大困難。為了解決這些問題,自2008年開始,先后研制并使用了小直徑抽油泵、小直徑堵水工具、小井眼大通徑防砂工具配套井下工具,完善了側鉆井采油、修井配套工藝,不斷提高側鉆井生產時率,穩定小井眼油井產量,取得了很好的效果。

2 側鉆小井生產中存在的問題

側鉆井數增加,給采油、作業帶來了新的難題,2005年以后,側鉆油井已經成為龍11塊和茨13塊的主力產油井,但隨著側鉆井的增加,也為采油和修井帶來了新的難題[1,2]:

1)油井側鉆之后,井眼變小,僅Φ101.6mm,當液面下降至懸掛點以下時,基本沒有成熟的配套采油技術通過懸掛器進行采油,使得側鉆井正常生產受到制約。

2)側鉆井的開創位置偏高,平均約600～1500m,依靠天然能量開發的油井,液面很快會降至懸掛點以下,而常規的加深泵掛工藝又不能滿足側鉆井的實際需求,嚴重影響了側鉆井產能挖潛。

3)投產一段時間后,含水上升,井下工具與實際井況不配套,無法實施堵水措施。

4)龍11塊側鉆井80%以上都不同程度出砂,甚至套變,加深泵掛后容易造成砂卡,甚至砂埋管柱,而普通防砂工具由于采用膠筒膨脹密封,在小井眼內丟手后內通徑很小,一般不超過Φ36mm,致使后續沖砂等維護性作業無法實施。

從2007年開始對一部分側鉆井實施了加深泵掛,他們通過對泵徑為Φ32mm的小泵深抽工藝進行技術改進,主要在兩個方面:一是對小泵結構進行改進,將直徑為Φ32mm的泵徑設計為Φ38mm超長沖程泵,以增強泵的提液能力,提高泵效。二是著手解決抽油桿偏磨等問題,對部分頑固偏磨的油井采取下油管旋轉器的方案,以緩解偏磨程度。由于沒能從根本上解決管桿偏磨問題,防偏磨效果不明顯,側鉆井加深泵掛配套工藝進展緩慢。

3 配套技術研究與應用

對于小井眼過懸掛器配套工藝技術,我們結合我廠生產中存在的諸多難點及生產中存在的問題,從2009年開始,著手從小井眼泵、連續抽油桿、內襯防偏磨油管、小井眼堵水封隔器、小井眼大通徑防砂工具五個方面進行研究和配套應用,優選出了適應于不同類型油井的工藝管柱及系列配套技術,確保了小井眼井泵掛加深配套工藝技術的順利開展,為穩產形勢奠定了良好基礎。

3.1 小井眼泵

側鉆小井眼內通徑很小,僅Φ86mm,普通抽油泵的接箍外徑都達到了Φ88.9mm,所以常規抽油泵無法下入到小井眼內,我們必須選擇適合于小井眼尺寸的抽油泵。小井眼泵是在常規深抽泵的基礎上進行技術改進,在保證接箍強度的情況下縮小外徑尺寸,并將固定凡爾總成和接箍外徑由Φ73mm縮小到Φ60mm,最大沖程3m,這樣,既能滿足側鉆小井眼井的需要,又能達到泵掛加深的要求。

2009年開始在側鉆小井眼實施小井眼泵16口,平均加深360m,泵效提高了12個百分點,增油1436噸。

3.2 小井眼系列堵水封隔器

1)將Y245-78mm封隔器的卡瓦改由鎢鋼合金加工制成,提高了封隔器坐封時卡瓦的錨定力和承受強度;由單級坐封液缸改為雙級液缸,提高了坐封壓力,確保膠筒坐封嚴密。

2)將Y341-78mm封隔器的膠筒數量增加,由兩個變為4個,形成多級密封;由單級坐封液缸增加為三級液缸,提高坐封壓力。

3_將K341-78mm水力壓差式封隔器膠筒內的尼龍數量增加,由原來的4層增加為6～8層,提高了膠筒的承壓能力。

4)將Y221-78mm封隔器的卡瓦變薄,改由鎢鋼合金加工制成,提高了封隔器坐封時卡瓦的錨定力和承受強度,同時增加了中心管的管壁厚度。

解決了小直徑封隔器的卡瓦強度低和膠筒密封不嚴的問題,并形成了配套化,系列化,完全滿足了側鉆井封上、封下、封中間采上下的堵水工藝要求。

2010年我們應用小直徑封隔器堵水8口,一次坐封合格率87%,實現當年增油1852噸。

3.3 連續抽油桿技術

普通抽油桿由于在斜井、定向井中容易發生斷脫、管桿偏磨,所以很多油田在深抽井中基本不選擇普通抽油桿,而考慮特種抽油桿或其它高強度抽油桿。我們針對側鉆井懸掛點的特點,結合國內外研究實踐,選擇鋼制連續抽油桿加深泵掛,連續抽油桿是一種適用于油田開發中抽油機采油的高強度抽油桿,桿體呈圓形,中間沒有接箍連接,可以避免抽油桿接箍磨損。成品抽油桿根據抽油桿等應力設計,由不同規格的連續桿組成,各規格桿體接頭之間通過先進閃光焊焊接,強度高,且組合方便。另外,使用連續抽油桿還具有以下優點:

1)降低抽油桿接箍脫扣幾率。中和點以下桿柱發生螺旋彎曲,桿柱在運行過程時易產生扭矩,在扭矩的作用下接箍易發生脫扣。例如,直徑為22mm的抽油桿在3000m深井當中,桿柱受到的螺旋扭矩大約為30.1N·m,而連續抽油桿在中和點附近及下部,桿柱沒有接箍,這樣就可以避免桿柱脫扣。

2)減少抽油桿與油管的磨損。抽油桿柱和油管摩擦造成的磨損與相互間的垂直壓力、承壓面積、相互接觸的長度和時間有關。連續抽油桿能夠減少磨損,是因為它與油管在整個長度上都是均勻接觸,而普通抽油桿的接箍則是局部接觸。這樣,每9.14m長的連續桿與油管就有9.14m的接觸長度,而普通抽油桿接箍與油管的接觸長度僅為100～112mm,兩者的承壓面積之比為90:1。承壓面積的增大使管桿磨損大大減少,尤其是在斜井和側鉆井中,效果更為顯著。

3)減少抽油機懸點載荷。在同一尺寸、同一深度下,連續抽油桿由于沒有接箍,故比普通抽油桿減少桿柱載荷20%左右,這樣在抽油機安全載荷范圍內,加深泵掛連續抽油桿要比普通桿更具優勢,有利于泵掛加深排液。

4)降低抽油桿的工作應力。在較小的油管當中,可以使用比普通抽油桿更大尺寸的連續桿,從而降低抽油桿的應力。連續抽油桿的工作應力可減少23%。

5)提高作業速度、減輕勞動強度。每口油井的桿柱只有一根連續抽油桿,利用連續桿專用作業車進行起下施工,提升速度可達25～30m/min,與普通抽油桿相比,其作業速度可提高3倍以上,勞動強度可降低90%。

2010年9月在龍11塊的一口井上進行了試驗,并取得成功。下人連續抽油桿后到目前一直沒有檢泵。已經連續生產540多天。

3.4 油管內襯防蠟防偏磨技術

小井眼加深泵掛在懸掛點油管受抽油桿往復運動易發生偏磨漏失,在加上懸掛點位置偏高,基本處在油井結蠟范圍之內,很容易在懸掛點附近結蠟造成蠟卡,所以小井眼加深泵掛防偏磨、防蠟也是我們必須要克服的難題。引進連續抽油桿,桿的強度提高了,同時也必須要提高油管的耐磨強度,最終我們選擇油管防蠟防偏磨內襯技術,該技術是以超高分子量聚乙烯材料作為原材料,添加助劑在臨界熔點下形成耐磨、耐腐且摩擦系數小的聚乙烯管材,內襯于油管使得油管內壁光潔,表面摩擦系數很小。此內襯管可以降低桿管的磨損,延長因偏磨、腐蝕引起的油井免修期,提高抽油機工礦和系統效率,對側鉆井穩產和節能起到非常重要的作用。

2009年以來在龍11塊實施15口井,平均延長檢泵周期268d。

3.5 小井眼大通徑防砂技術

因出砂而進行側鉆的油井,生產一段時間后一般仍會不同程度地出砂,加深泵掛后容易造成抽油泵砂卡,甚至砂埋管柱,普通防砂工具在小井眼內丟手后內通徑很小,一般不超過Φ36mm,造成后續沖砂等維護性作業無法實施。而小井眼大通徑防砂工具是專門針對側鉆出砂井而成功研制的一項防砂工具,該防砂工具由多級動力缸和大通徑懸掛器兩部分組成,將小井眼懸掛器的密封模式由常規膠筒密封改進為金屬鉛環膨脹密封,取消了常規封隔器的錐體結構,有效擴大了內通徑,能達到Φ53mm以上,通過Φ42mm沖砂管柱能夠解決后續沖砂和作業維護等問題,可以在Φ101.6mm管內實現懸掛器內通徑≥53mm和防砂管柱整體無接箍,在側鉆小井眼內可以有效阻止地層出砂,延長油井生產時率。同時由于金屬鉛的特性,在后續打撈封隔器時很容易脫落,不易造成卡管柱的事故。

2011年應用小直徑封隔器油層機械防砂3口,成功率100%。當年增油647t。

4結語

小井眼過懸掛器配套工藝技術,有效緩解了由于側鉆井開窗懸掛器帶來的泵掛加深難題,通過使用小井眼泵、連續抽油桿、內襯防蠟防偏磨油管和小井眼大通徑防砂工具等配套組合,延長了油井斷脫、漏失、砂蠟卡等檢泵周期,提高了油井生產時率,穩定了側鉆復產井產能,對老區老井依靠側鉆復產、穩定產能提供了有力的技術支持,同時,為其它油井挖潛技術提供了技術借鑒。

參考文獻

[1] 許國民,王衛東,高忠敏,等.稀油出砂區塊二次開發方式試驗研究[J].特種油氣藏,2007,14(6):87-88.

[2] 吳偉,胡熙平,殷泉東,等.側鉆井油層改造工藝在東辛油區的創新應用[J].創新科技導報,2009,3:51-52.

[3] 劉喜林,趙忠彥,王志信.側鉆井防砂工藝技術[J].斷塊油氣田,1997,4(1):52-53.