北部扎齊油田稠油冷采工藝優(yōu)化與實(shí)踐

賈俊敏

（中國(guó)石油遼河油田分公司鉆采工藝研究院，遼寧盤(pán)錦 124010）

北部扎齊油田位于哈薩克境內(nèi)，是一個(gè)大型帶邊底水和氣頂?shù)钠胀ǔ碛陀筒?，主要?chǔ)層為白堊系、侏羅系疏松砂巖；儲(chǔ)層滲透率200 mD～3 000 mD；地層原油黏度 316 mPa·s～417 mPa·s；地質(zhì)儲(chǔ)量 2.52×108t，動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量2.04×108t；目前采用衰竭式和注水開(kāi)發(fā)。區(qū)塊埋藏較淺，地層從下至上為古生代（灰?guī)r為主）、中生代（碎屑巖為主）及新生代（泥巖為主）。本區(qū)主要目標(biāo)層為中生代的白堊系和侏羅系，白堊系油藏中深為350 m，侏羅系油藏中深為440 m，侏羅系油藏平均中部埋深420 m，厚度85 m。從上至下劃分為3個(gè)砂層：J10、J20、J30，主要為辮狀河沉積，主力油層為J10B、J20，為邊底水砂巖稠油油藏。目前主要開(kāi)采侏羅系油藏。白堊系油藏平均埋深340 m，為深灰色泥巖夾薄層水下分流河道砂巖，從上至下劃分為4個(gè)砂層組。主力油層NeoB、NeoC、NeoD為薄互層狀砂巖稠油油藏。由于開(kāi)發(fā)方式目前以稠油冷采為主，油井較淺，出砂嚴(yán)重，檢泵周期短、頻次高，此外，該區(qū)塊地層水礦化度高，水型為CaCl2型，采油工藝技術(shù)有待提高。

1 影響因素分析及采油方式優(yōu)選

1.1 舉升工藝影響因素分析

根據(jù)北部扎齊油田的作業(yè)描述，該區(qū)塊沖砂、撈砂及檢泵作業(yè)是主要的修井作業(yè)項(xiàng)目，且修井頻率較大，檢泵周期較短，區(qū)塊平均單井檢泵周期半年，而且撈砂和檢泵作業(yè)同時(shí)進(jìn)行占大多數(shù)，可見(jiàn)出砂是造成檢泵的重要原因。除此之外，該油田主要作業(yè)項(xiàng)目包括更換泵部件、換泵、改變泵深、更換抽油桿、轉(zhuǎn)換舉升方式等。另外，地層水礦化度高，且為CaCl2水型，存在井下設(shè)備腐蝕和結(jié)垢問(wèn)題。前期主要采用稠油冷采方式，無(wú)井筒降低黏度措施，舉升方式主要考慮原油黏度、出砂、水平井及腐蝕的影響。

1.2 舉升工藝的優(yōu)選

根據(jù)油藏工程預(yù)測(cè)產(chǎn)量以及結(jié)合目前生產(chǎn)現(xiàn)狀，并采用等級(jí)評(píng)價(jià)和人工舉升方式等級(jí)加權(quán)法對(duì)北部扎齊油田人工舉升方式進(jìn)行優(yōu)選[1]（見(jiàn)表1）。

通過(guò)對(duì)北部扎齊油田人工舉升方式選擇，可知螺桿泵和有桿泵采油是北部扎齊油田最佳舉升方式，（1）已經(jīng)有一定的應(yīng)用基礎(chǔ)，（2）其他舉升方式?jīng)]有更強(qiáng)的適應(yīng)性，但在生產(chǎn)過(guò)程中，也暴露出許多問(wèn)題，主要表現(xiàn)為抽油井檢泵周期短，既影響產(chǎn)量，又增加成本；配套防排砂技術(shù)尚不完善。因此需要針對(duì)性地做相應(yīng)的配套工藝技術(shù)研究。根據(jù)配產(chǎn)量的不同，建議配產(chǎn)50 m3/d以上采用電潛泵采油，配產(chǎn)30 m3/d以上采用螺桿泵采油，配產(chǎn)30 m3/d以下采用有桿泵采油。根據(jù)生產(chǎn)工況的不同，確定不同油井舉升方式。

（1）高出砂冷采井，充分發(fā)揮出砂冷采的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)出砂冷采，提高地層滲流能力，首選螺桿泵舉升。

（2）出砂較少油井，出砂粒徑在0.1 mm以下采取排砂措施，出砂粒徑在0.1 mm以上采取防排結(jié)合方式。若采用螺桿泵，則將泵下入油層位置強(qiáng)制排砂，有桿泵則采用大泵徑、大間隙，低沖次方式，提高生產(chǎn)壓差排砂采油。

（3）對(duì)需要加深泵掛的水平井，將泵掛設(shè)計(jì)到一定的井斜位置，并配套相應(yīng)的防偏磨措施。

（4）轉(zhuǎn)換開(kāi)發(fā)方式受效井，熱采井或聚驅(qū)井根據(jù)監(jiān)測(cè)產(chǎn)出液性質(zhì)配套舉升工藝。

2 稠油冷采舉升工藝優(yōu)化

目前，稠油冷采使用較多的舉升方式為螺桿泵舉升[2]，搜集了比較全面的螺桿泵相關(guān)參數(shù)和工藝設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行了螺桿泵井舉升設(shè)計(jì)。以NB4-2井螺桿泵舉升設(shè)計(jì)計(jì)算為例，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集表（見(jiàn)表2）。

首先進(jìn)行了NB4-2井產(chǎn)能計(jì)算及泵型初選，為了計(jì)算產(chǎn)液速度和井底流壓、動(dòng)液面及沉沒(méi)度的關(guān)系，首先計(jì)算了該井流入動(dòng)態(tài)，產(chǎn)能計(jì)算與有桿泵設(shè)計(jì)類(lèi)似。為了放大生產(chǎn)壓差，同時(shí)為了保持較高的沉沒(méi)壓力，挖掘生產(chǎn)潛能，同時(shí)為了有較好的攜砂效果，將泵下到射孔段頂部，選擇下泵深度425 m，根據(jù)產(chǎn)能情況，初步選擇泵型（見(jiàn)表3）。

表1 舉升方式適應(yīng)性分析

表2 NB4-2井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

表3 螺桿泵基本參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)泵型參數(shù)，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速100 r/min時(shí)，理論排量40.32 m3/d。綜合考慮井況特點(diǎn)、開(kāi)發(fā)要求以及泵參數(shù)最終確定了工藝參數(shù)，并進(jìn)行了相關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)和校核，結(jié)果（見(jiàn)表4）。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，該井螺桿泵舉升時(shí)需要調(diào)整合理的轉(zhuǎn)速，與油井產(chǎn)能匹配，同時(shí)可提高系統(tǒng)效率，另外，需要根據(jù)受力分析配套仿偏磨扶正器，具體扶正器位置根據(jù)側(cè)向力曲線確定，計(jì)算結(jié)果（見(jiàn)圖1），在190 m～270 m位置安裝扶正器。

3 配套措施優(yōu)化及設(shè)計(jì)

3.1 鉆井、完井工藝技術(shù)

國(guó)外稠油出砂冷采井普遍采用24.8 cm套管完井，出砂冷采需要采用大孔徑、高孔密射孔，采用大套管完井，便于射孔作業(yè)，提供較大的有效泄油面積、提高油井產(chǎn)量[3-5]，北部扎齊油田具體根據(jù)各油區(qū)產(chǎn)能情況等進(jìn)行了鉆、完井工藝設(shè)計(jì)。

3.2 射孔工藝技術(shù)

稠油出砂冷采井采用大直徑、深穿透、高孔密射孔技術(shù)，以便油井有更多機(jī)會(huì)出砂，進(jìn)而提高原油產(chǎn)量。調(diào)研表明，射孔孔徑大于25 mm，出砂冷采時(shí)不能形成砂橋，有利于形成蚯蚓洞。同一種孔密，孔徑大的效果好，相同孔徑，射孔孔密越高，效果越好。設(shè)計(jì)20 mm～25 mm 孔徑，20 孔/米～32 孔/米的孔密。

3.3 螺桿泵舉升管柱設(shè)計(jì)

3.3.1 舉升工藝配套 螺桿泵因其運(yùn)動(dòng)部件少、砂粒不易沉積、不易結(jié)蠟、不會(huì)產(chǎn)生氣鎖、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于稠油出砂井中。稠油出砂冷采過(guò)程中，如果下泵深度較淺（如油層頂部）則油層可能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)被砂埋，抑制砂子和流體的進(jìn)一步產(chǎn)出，嚴(yán)重降低開(kāi)采效果；而且下泵深度淺時(shí)，生產(chǎn)壓差也小，不利于提高產(chǎn)能。如果下泵深度過(guò)深（如油層底部），則在泵排砂不及時(shí)的情況下，泵可能被砂子埋住而使油井被迫停產(chǎn)作業(yè)。因此設(shè)計(jì)將管柱下入出砂冷采井油層底部（即泵吸入口位于油層底部，泵體位于油層中部）。

表4 NB4-2井螺桿泵舉升系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果表

圖1 NB4-2井桿柱受力及工況分析

對(duì)于北部扎齊出砂冷采井，含砂增高時(shí)對(duì)扭矩的影響很大。國(guó)外出砂冷采普遍采用φ88.9 mm油管和φ25 mm抽油桿[6]，其優(yōu)點(diǎn)是，便于把轉(zhuǎn)子提出進(jìn)行正沖砂。φ73 mm油管與φ25 mm抽油桿配合時(shí)，管桿接箍處環(huán)空面積小（6.4 cm2），現(xiàn)場(chǎng)正沖砂壓力達(dá)到15 MPa仍不能洗通，而φ88.9 mm油管和φ25 mm抽油桿配合時(shí)，管桿接箍處環(huán)空面積為21.6 cm2，5 MPa壓力時(shí)即可完成洗井施工。因此，設(shè)計(jì)采用φ88.9 mm油管。

3.3.2 防砂工藝配套 北部扎齊油田目前主要采用稠油冷采激勵(lì)出砂的方式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，井底沉砂現(xiàn)象嚴(yán)重，但是隨著轉(zhuǎn)換開(kāi)發(fā)方式的實(shí)施，需要進(jìn)一步認(rèn)清出砂規(guī)律，同時(shí)需要進(jìn)一步認(rèn)清高含水情況下出砂冷采的優(yōu)缺點(diǎn)，完井時(shí)需采取一定的防砂措施，可采取的地層防砂方式包括射孔防砂方式或壓裂防砂方式，人工舉升方面，采用氣砂錨或者刮砂沉砂抽油泵，降低入泵流體的含砂量，同時(shí)可以延長(zhǎng)砂埋儲(chǔ)層的周期，以延長(zhǎng)有桿泵舉升檢泵周期。

鑒于北部扎齊油田出砂較嚴(yán)重，且流體性質(zhì)復(fù)雜，容易引起井下泵卡堵，采取儲(chǔ)層防砂和管內(nèi)防砂兩級(jí)防砂措施結(jié)合，管內(nèi)防砂工藝示意圖（見(jiàn)圖2）。

圖2 防砂沉砂裝置原理示意圖

4 應(yīng)用實(shí)踐及效果分析

4.1 采油工藝

北部扎齊油田目前采油工藝以螺桿泵舉升工藝為主，抽油機(jī)井為輔，少數(shù)井使用ESPCP和ESP，舉升油井較淺，無(wú)井筒降黏措施。截至目前，北部扎齊油田總井?dāng)?shù)1 500口井，其中，采油井1 125口，注水井355口，水源井16口，壓力監(jiān)測(cè)井46口，觀察井23口，報(bào)廢井4口。開(kāi)井油井平均日產(chǎn)液39 m3，日產(chǎn)油5 m3，產(chǎn)出液不含砂，以螺桿泵舉升為主，其中螺桿泵925口，有桿泵81口，電潛泵28口，ESPCP井31口，其他59口。有桿泵采取短沖程、高沖次的方式，沖程1 m～3 m，沖次4次/分～12次/分。目前油田綜合含水率89.81%，地質(zhì)儲(chǔ)量采油速度0.53%，可采儲(chǔ)量采油速度1.87%。油田累積產(chǎn)液量10 524.8×104m3，累積注水量8 746.5×104m3，累積注采比0.83。

4.2 鉆完井方式

北部扎齊油田油井以直井為主，水平井、斜井、定向井為輔，直井占總井?dāng)?shù)的96.4%，完井井段根據(jù)整體開(kāi)發(fā)部署分別位于侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)層位，初始射孔以射開(kāi)單層為主，部分井同時(shí)射孔合采。形成了適合淺層松散砂巖稠油油藏的水平井、側(cè)鉆水平井配套鉆采工藝技術(shù)，采用中半徑鉆井軌跡和大斜度井段尾管懸掛篩管完井，已在油田上規(guī)模應(yīng)用；直井采用套管完井或采用封隔器+尾管完井。

4.3 新工藝措施

實(shí)施增產(chǎn)措施包括調(diào)層上返、堵水、酸化、換層、穩(wěn)油控氣。2016年度實(shí)施增產(chǎn)措施41井次，總有效率95.1%，其中優(yōu)化工作制度28井次，年累積增油量8 133.6 t，換層上返13井次，年累積增油量7 981.9 t，全油田措施合計(jì)年累積增油16 115.5 t。

針對(duì)油田的特點(diǎn)，開(kāi)展了注熱水開(kāi)發(fā)、注聚合物開(kāi)發(fā)、注蒸汽熱采、火燒油層試驗(yàn)。目前EOR運(yùn)行井組平均單井組日產(chǎn)油19.7 t，含水率90.1%。

水平井也是北部扎齊油田三大工程之一的技術(shù)，目前油田共有水平井173口，開(kāi)井152口，水平井月產(chǎn)油量 1.75×104t。

4.4 效果分析

通過(guò)北部扎齊油田螺桿泵排砂稠油冷采技術(shù)及配套技術(shù)的優(yōu)化和實(shí)踐，包括水平井、熱采試驗(yàn)等一系列措施的應(yīng)用，形成了疏松砂巖稠油油藏螺桿泵攜砂采油工藝技術(shù)，并形成系列鉆完井配套技術(shù)，解決了北部扎齊油田開(kāi)采技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了國(guó)外油田規(guī)模開(kāi)采，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）稠油出砂冷采井建議采用大直徑、深穿透、高孔密射孔技術(shù)，以便油井有更多機(jī)會(huì)出砂，進(jìn)而提高原油產(chǎn)量，射孔孔徑大于25 mm，出砂冷采時(shí)不能形成砂橋，有利于形成蚯蚓洞。

（2）螺桿泵因其運(yùn)動(dòng)部件少、砂粒不易沉積、不易結(jié)蠟、不會(huì)產(chǎn)生氣鎖、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于稠油出砂冷采井中。

（3）出砂較少油井，出砂粒徑在0.1 mm以下采取排砂措施，出砂粒徑在0.1 mm以上采取防排結(jié)合方式。若采用螺桿泵則將泵下入油層位置強(qiáng)制排砂，若采用有桿泵則采用大泵徑、大間隙，低沖次方式，提高生產(chǎn)壓差排砂采油。

（4）水平井根據(jù)產(chǎn)能分析，對(duì)需要加深泵掛的水平井，將泵掛設(shè)計(jì)到一定的井斜位置，并配套相應(yīng)的防偏磨措施；結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采取相適應(yīng)的地層或井筒防砂工藝。

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