超稠油機采井泵下加熱泵上伴熱一體式降粘舉升工藝研究與應用

梁志艷 黃明良 王磊磊 睢芬 唐照星

摘 要：塔河油田為碳酸鹽巖超深、超稠油油藏，主要應用摻稀降粘工藝開發，稠油產量的提升完全依賴于稀油的穩定供給。隨著開采周期的延長，超稠油機采井數極具增加，摻稀油需求量大幅增長。遵循井筒保溫開采的技術理念，在前期自噴井礦物絕緣加熱電纜應用成效顯著的基礎上，研究并應用了超稠油機采井泵下加熱-泵上伴熱一體式降粘舉升工藝技術。先導試驗1井次，日節約稀油10.5噸，日增油5噸，泵掛上提758m，日耗電量下降15%。應用結果表明，實現了超稠油機采井全井筒加熱保溫，提高了稠油入泵溫度，降低了粘度，提高了泵效，降低了能耗，為超稠油效益開采提供了新的技術方向。

關鍵詞：塔河油田；超稠油；機采井；泵下加熱；泵上伴熱；一體式；降粘舉升

中圖分類號：TE345 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）11-0165-02

塔河油田主要為碳酸鹽巖縫洞型稠油油藏，原油粘度平均為45×104mPa.s，油藏埋深5400～7000m，粘溫拐點2500～3000m。原油在井底具有很好的流動性，在舉升至井筒3000m左右時隨著沿程熱損失，溫度降低，粘度極具增加，主要采用摻入稀油降粘的方式生產[1-2]。塔河稠油具有溫度敏感性強、油藏埋深大、井筒舉升熱損失大的特征，因此提出了井筒加熱保溫開采的理念，前期在自噴井推廣應用了礦物絕緣加熱電纜工藝技術[3]，有效解決了稠油在井筒舉升過程中，受溫度降低、粘度增大而稀油用量增加的難題。但是目前稠油舉升主要以機采舉升方式為主，因此研究應用了稠油機采井泵下加熱-泵上伴熱一體式降粘舉升工藝技術，通過泵下加熱，可有效提高混合液溫度，降低入泵粘度，一方面降低了泵下深追溯粘溫拐點的限制，可實現上提泵掛改善工況，降低能耗節約采油成本，另一方面彌補了井筒溫度損失，降低了井筒摩阻，有效節約稀油用量，提高油井產量。

1 礦物絕緣電纜加熱降粘技術應用情況

塔河油田研發應用了礦物絕緣加熱電纜技術，該工藝以其加熱效率高、故障率低、設備穩定性強、節約稀油率高的優勢，在超稠油自噴井進行了推廣應用，有效解決了稠油在井筒舉升過程中隨溫度降低，粘度上升導致稀油用量增加的難題。同時進行了配套工藝的升級改進，配套無級調功柜進行目標加熱溫度的控制，進一步降低了能耗。礦物絕緣加熱電纜及其配套工藝的完善，為稠油井加熱降粘提供了技術支撐，但是隨著稠油開發周期的延長，在自噴井應用范圍逐漸縮小，急需要研發應用于機采井的工藝配套技術。

2 一體式降粘舉升工藝技術

2.1 設計思路

目前稠油舉升主要以機采舉升方式（抽稠泵、電潛泵、螺桿泵）為主，由于抽稠泵入泵粘度的需求，泵掛普遍較深，平均在2400m左右，此外泵上至井口沿程熱損失較嚴重，面對此嚴峻的形式，通過進一步攻關研究，提出了機采井（抽稠泵）泵下加熱-泵上伴熱一體式降粘舉升工藝技術。

泵下高功率電纜加熱可降低混合液粘度，降低入泵阻力，提高泵效，上移粘溫拐點，為上提泵掛改善工況提供了條件[4]，同時節約了采油設備成本投入，降低了能耗；泵上低功率發熱電纜伴熱，可補償沿程熱損失，降低混合液粘度，達到節約稀油用量，提高產量的目的。

2.2 設計方法

根據一體式設計的思路，完成和設計了一系列技術措施，經過室內試驗與現場論證，應用效果較好。該方法與自噴井礦物絕緣電加熱相比，在三方面進行了創新：（1）上下兩部分的電纜連接；（2）電纜過泵裝置；（3）電纜損傷防護措施。

2.2.1 泵下強功率加熱

在泵掛處，通過一種電熱轉換連接頭，將泵下的三芯一體礦物絕緣加熱電纜與泵上三根單芯電纜相連，并穿越過泵，懸掛于泵下尾管內，完成對混合液入泵前的加熱[5]。利用一種過泵電加熱管柱銜接裝置（如圖1所示），承擔加熱電纜的懸吊重量。

2.2.2 泵上弱功率伴熱

泵上利用三根單芯礦物絕緣加熱電纜，綁扎固定在油管外壁，以低電熱功率補充井筒散熱損失[6]，同時作為動力電纜。為防止在安裝組下油管時損傷電纜，在每根油管結箍處安裝一種止推式扶正器，如圖2所示。

2.3 不同產液量油井適應性分析

為計算該工藝適應的單井產量范圍，需計算產液量增加后加熱功率的變化情況。在維持該井出液溫度不變的情況，根據單位長度井筒散熱計算公式：

q=

式中：q—井筒單位長度散熱功率，W/m；λ—巖層導熱系數，W/m·℃；Ty—油液平均溫度，℃；T0—巖層平均溫度，℃；D—井筒外徑，mm；δ—巖層計算厚度，mm。

從該公式可以看出，井筒散熱量與油液溫度和巖層溫度有關，與井筒產液量無關。在井溫不變的情況下，單井產液量增加時，增加的電熱功率僅為混合液增加量的升溫功率。液體升溫功率計算公式為：

P=C·M·ΔT/t

式中：P—被加熱液體升溫功率，W；C—被加熱液體比熱容，J/kg·℃；M—被加熱液體質量，kg；ΔT—提升的溫度，℃；t—升溫時間，s。

因此，在確定了加熱功率后，在起始加熱點油液溫度（粘溫拐點）以及目標溫度確定的情況下，可計算在此加熱功率下，可加熱的混合液量范圍。換言之，在確定了單井液量和加熱溫度后，可計算該井需求的加熱功率。

3 現場應用情況

該工藝開展先導試驗1井次，前期應用70/32抽稠泵，泵掛2204m，平均日產液20.5t，不含水，日摻稀48.1t，平均稀稠比2.35。該井供液能力強，生產中存在的主要問題是混合液粘度大導致稀稠比高，泵掛深載荷高能耗大，因此開展泵下加熱泵上伴熱一體式降粘舉升工藝試驗，如表1所示。

試驗情況表明：

（1）可優化泵掛，降低能耗，提高機采井系統效率。因加熱后可有效上提粘溫拐點，實現優化泵掛，該井泵掛上提758m，載荷下降28.3KN，日能耗降低65kW.h。（2）可降低粘度，節約稀油用量。井口溫度提升了31℃，稀稠比下降0.6，日絕對節約稀油10.5t。（3）可降低井筒摩阻損失，放大生產壓差，增加產量。通過全井筒加熱，混合液粘度下降，井筒摩阻損失降低，日產量增加了4.9t。

4 結論與認識

（1）塔河稠油具有溫敏性強的特點，井筒保溫開采具有明顯降粘效果，經過多年的現場實踐，電加熱降粘工藝是稠油開采的重要的技術方向之一。（2）自噴井應用礦物絕緣電纜加熱工藝技術具有明顯的節約稀油和增油的效果，在此基礎上，攻關研究了泵下加熱-泵上伴熱一體式舉升工藝技術，完成了系統配套，現場試驗取得了成功，驗證了工藝的可靠性和穩定性。（3）泵下加熱-泵上伴熱一體式降粘舉升工藝技術具有優化泵掛，節約采油成本，降低能耗，降低井筒稠油摩阻，節約稀油用量，增加的產量的效果。（4）泵下加熱-泵上伴熱一體式舉升工藝為稠油機采井高效舉升拓寬了技術思路，具有極大的推廣應用前景和社會經濟效益，后期可逐步攻關在稠油電泵井的應用。

參考文獻

[1] 林日億，李兆敏，等.塔河油田超深井井筒摻稀降粘技術研究[J].石油學報，2006，27（3）：115-119.

[2] 楊亞東，楊兆中，甘振維，等.摻稀采油在塔河油田的應用研究[J].西南石油學院學報，2006，28（6）：53-55.

[3] 程仲富.塔河油田超深超稠油礦物絕緣電纜加熱技術研究[J].長江大學學報（自然版），2017，14（21）：32-35.

[4] 杜林輝，梁志艷，等.稠油機采井泵深與摻稀混配點分離設計及應用[J].特種油氣藏，2014，21（3）：145-147.

[5] 李正南.井筒電加熱技術在稠油開采中的應用[J].石化技術，2018，25（11）：7+131.

[6] 梁寧堂.電伴熱及其應用[J].電世界，1998，（9）：6-7.