空心桿熱洗清蠟工具的改進與應(yīng)用

牛彩云， 周志平， 常莉靜， 甘慶明， 石海霞， 徐 樂

(1長慶油田公司油氣工藝研究院 2低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室 3長慶油田第六采油廠)

鎮(zhèn)北油田是長慶油田開發(fā)的的主力油田之一，油井普遍存在結(jié)蠟現(xiàn)象，結(jié)蠟位置一般在井口以下100～500 m，結(jié)蠟厚度1～5 mm，嚴(yán)重結(jié)蠟井結(jié)蠟厚度超過10 mm，有的甚至堵塞整個油管。油井結(jié)蠟造成了抽油機的負(fù)荷增大，井口回壓上升，嚴(yán)重時發(fā)生抽油桿斷脫等事故，影響了檢泵周期。

目前，鎮(zhèn)北油田油井清蠟主要采用常規(guī)熱洗清蠟、化學(xué)劑清蠟、機械清蠟等技術(shù)，其中常規(guī)熱洗清蠟因其操作方便、成本低而被廣泛應(yīng)用，但缺點是耗費水資源、特別是低壓油層，極易導(dǎo)致洗井液倒灌油層，影響油井產(chǎn)油量；同時，洗井后含水上升，部分油井含水恢復(fù)期超過10 d甚至更長[1]。為解決上述問題，研究了空心抽油桿熱洗清蠟技術(shù)，并對關(guān)鍵工具進行了優(yōu)化，在鎮(zhèn)北油田開展了試驗。

一、基本結(jié)構(gòu)及工藝原理

1.結(jié)構(gòu)

空心桿熱洗裝置主要由熱洗三通、空心抽油桿、熱洗單流閥及配套的光桿和光桿密封器等組成[2]，如圖1所示。

2.工藝原理

空心桿熱洗清蠟工藝是將一定長度的空心抽油桿及熱洗單流閥下入油井結(jié)蠟深度以下50 m位置，下接實心抽油桿、泵等生產(chǎn)管柱。熱洗時，生產(chǎn)井無需停井，熱洗介質(zhì)通過摻水立管、軟管、懸接器、空心光桿注入空心桿內(nèi)，經(jīng)過熱洗單流閥，從空心桿與油管環(huán)形空間隨產(chǎn)出液進入地面管網(wǎng)[3]。整個熱洗過程中，由于熱洗介質(zhì)僅在結(jié)蠟井段以上的油管內(nèi)循環(huán)流動，不接觸油層，避免了油層傷害[4]，同時，熱洗介質(zhì)的熱傳導(dǎo)作用加熱融化桿管上的石蠟并被產(chǎn)液攜帶出來，完成清蠟。

圖1 空心抽油桿熱洗系統(tǒng)組成

二、關(guān)鍵工具優(yōu)化

1.熱洗單流閥改進

熱洗閥[5-7]是空心桿熱洗清蠟工藝的關(guān)鍵工具，安裝在空心桿與實心桿聯(lián)接處。常規(guī)熱洗閥(見圖2)由于過流截面積小，洗井過程中井液雜質(zhì)易沉積在腔體內(nèi)堵塞通道，造成開啟壓力高，難以洗通；同時部分油井結(jié)蠟點在造斜點以下，球閥在斜井中密封性較差，影響油井正常生產(chǎn)。針對上述問題，研制了新型熱洗閥(見圖3),球閥采用壓縮彈簧支撐、扶正，流道由180°分布改為90°，增大了過流面積，縮短了過流通道，減少了液流阻力。這種設(shè)計即保證了低的開啟壓力(約1 MPa)，又保證了斜井中的密封性。

圖2 常規(guī)熱洗閥(紅色箭頭為洗井通道)

圖3 新型熱洗閥(紅色箭頭為洗井通道)

2.防噴盒改進

針對單密封盤根盒(見圖4)現(xiàn)場漏油嚴(yán)重，使用時間短等問題，設(shè)計了空心光桿專用高壓雙級盤根盒(見圖5)，同時加設(shè)石墨耐磨彈簧、扶正裝置。改進后盤根盒更換無需放空，最大承壓力25 MPa，目前盤根盒更換周期為100 d。

圖4 單密封防噴盒

圖5 雙密封防噴盒

3.采用H級高強度空心桿

H級桿由于其力學(xué)性能較D級桿提高35%以上[8]，因此，在外徑相同的情況下，用H級空心桿代替原來配套的D級空心桿，增加空心桿的強度，防止空心桿斷脫等事故發(fā)生，H級桿與D級桿力學(xué)性能對比見表1。

表1 H級桿與D級桿力學(xué)性能對比

三、洗井參數(shù)確定

1. 熱洗周期

熱洗周期是按照理論標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場經(jīng)驗相結(jié)合進行確定。下面5個參數(shù)中，有任意3個參數(shù)超過平常指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)就可以確定熱洗周期。這5個參數(shù)分別是：①產(chǎn)液量下降10%以上；②上電流上升1．12倍以上；③沉沒度上升100 m以上；④上載荷上升5%以上(未動管柱 )；⑤下載荷下降3%以下(未動管柱 )[9]。根據(jù)以上方法，確定出首次熱洗周期為40 d，后期根據(jù)現(xiàn)場井況適時調(diào)整。

2. 熱洗溫度

洗井液溫度主要根據(jù)蠟的熔點來確定，洗井時返出口溫度高于蠟的熔點30%，蠟的組成碳數(shù)越高，返出口溫度就應(yīng)當(dāng)定得高一些，而進出口溫度差一般取40℃～45℃[10]。鎮(zhèn)北油田蠟的熔點約為45℃，最高熱洗進口溫度：

T1=T2+ΔT=45×(1+30%)+40=98.5℃

(1)

式中：T1—熱洗液體進口溫度，℃；T2—熱洗液體出口溫度，℃；ΔT—進出口溫度差，℃。

式(1)看出，熱洗液進口溫度保持在90℃～100℃即可滿足清蠟要求。開始洗井時，溫度不宜太高，防止大塊蠟剝落，造成抽油系統(tǒng)被卡事故，要待循環(huán)正常后逐步提高溫度。

3. 熱洗液總量

熱洗液總量要以清蠟徹底為依據(jù)，要保證有充分的熔蠟時間和排蠟時間。以500 m空心桿下入深度計算，其容積為小于2 m3。為保證熱洗效果，采取循環(huán)3～4周的循環(huán)，用水量一般小于10 m3。熱洗時備用10 m3水滿足清蠟需求。

4. 洗井壓力及排量

新型熱洗閥開啟壓差在1 MPa，按500 m空心桿下深計算，不考慮井口回壓，瞬間開啟壓力大于6 MPa。循環(huán)建立以后，2 MPa可以滿足洗井要求，因此，選用最高泵壓≤10 MPa活動熱洗車，排量控制在4.5～5 m3/h即可。

四、典型井例及現(xiàn)場應(yīng)用

1. 典型井例

孟71-72井是鎮(zhèn)北油田一口嚴(yán)重結(jié)蠟井，日常清蠟以加藥為主，每2 d投加30 kg加清蠟劑；常規(guī)熱洗為輔，30 d熱洗一次，連續(xù)生產(chǎn)170 d發(fā)生卡泵，起出油管后發(fā)現(xiàn)井口以下10根油管結(jié)蠟10 mm，10～60根油管軟蠟堵實。2015年9月采用空心桿熱洗清蠟技術(shù)，清蠟方式改變?yōu)闊嵯矗辉偌铀帲瑹嵯粗芷?0 d，目前已運行240 d，油井生產(chǎn)正常。圖6為其中一次熱洗前功圖，最大載荷37.79 kN；圖7為熱洗后功圖，最大載荷36.87 kN，載荷下降0.92 kN。

圖6 熱洗前油井示功圖

從功圖分析，熱洗后載荷下降并不明顯，一方面是因為空心桿每米重量較原井實心桿大，(?36 mm×5.5 mm空心桿重量為4.14 kg/m,所用?19 mm桿重量為2.3 kg/m)，按450 m計算，增加載荷8.11 kN；另一方面是空心桿熱洗完畢后，熱洗閥關(guān)閉，空心桿內(nèi)余留熱水未排出，也增加了載荷，計算剩余水載荷1.85 kN。

圖7 熱洗后油井示功圖

2. 現(xiàn)場應(yīng)用

鎮(zhèn)北油田試驗14口井，均為嚴(yán)重清蠟井。截至目前累計熱洗206井次，平均熱洗周期38 d。洗井液入口溫度90℃～100℃，出口溫度62℃～64℃；平均單井熱洗時間約2 h，熱洗用水約8～10 m3。與常規(guī)熱洗相比，作業(yè)時間平均縮短了6 h，用水量節(jié)省60%以上，熱洗效率較高。熱洗結(jié)蠟周期較試驗前延長了2倍，配套空心抽油桿熱洗清蠟裝置后降低了蠟卡作業(yè)井次，其中有4井次發(fā)生蠟卡后洗開。

五、結(jié)論

(1)空心桿熱洗清蠟技術(shù)熱洗液只在泵上油管內(nèi)循環(huán)，不傷害地層，熱洗效率高；熱洗后油井沒有含水恢復(fù)期，不影響油井產(chǎn)量。鎮(zhèn)北油田試驗表明，油井結(jié)蠟現(xiàn)象明顯減緩，結(jié)蠟周期延長2倍多，嚴(yán)重結(jié)蠟井蠟卡頻次降低，油井檢泵周期延長。

(2)研制的新型熱洗閥，即保證了開啟壓力低，又保證了在斜井中的密封性；增大了過流面積，減少了液流阻力。

(3)與常規(guī)熱洗相比，作業(yè)時間平均縮短了6 h，用水量節(jié)省60%以上，是一種高效節(jié)能的清蠟技術(shù)。