防排砂泵在曙光油田稠油區(qū)塊的應(yīng)用

任寶成

摘要：曙光油田稠油油藏本身膠結(jié)程度較差、巖性較疏松，高強(qiáng)度頻繁注汽吞吐后，又加速了地層膠結(jié)物的破壞，從而造成油井出砂嚴(yán)重。傳統(tǒng)防砂技術(shù)，在一定程度上會(huì)損害油層滲透率，影響油井產(chǎn)能。針對(duì)這一突出矛盾，改變思路，由單純防砂生產(chǎn)變?yōu)榉琅派吧a(chǎn)，研究應(yīng)用了新型防排砂泵，有效改善了稠油老區(qū)出砂井生產(chǎn)效果，降低了措施投入，取得了良好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：曙光油田;稠油;出砂;防排砂泵

曙三區(qū)位于遼河斷陷盆地西部凹陷西斜坡中段杜犯斷層上升盤，開發(fā)目的層為下第三系沙河街組四段杜家臺(tái)油層，油層埋深為950-1700m，總體形態(tài)是在斜坡背景上發(fā)育起來的斷鼻構(gòu)造。曙三區(qū)是曙光油田主力區(qū)塊之一，從開發(fā)至今，出砂一直是制約油藏高效開發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵因素。地層出砂是由井底附近巖層結(jié)構(gòu)破壞引起的。油井受出砂影響后，砂埋泵、砂卡泵、泵漏檢泵周期短等問題突出，甚至有些油井因出砂嚴(yán)重而無法開采，嚴(yán)重制約曙光普通稠油的開發(fā)。曙光油田通過幾十年的防砂、治砂經(jīng)驗(yàn)的積累，防砂工藝日趨成熟。

1出砂原因分析

首先是油藏埋深較淺，壓實(shí)作用差，儲(chǔ)層巖石顆粒以點(diǎn)式接觸為主，膠結(jié)類型以孔隙式膠結(jié)為主，因此膠結(jié)程度較差、巖性較疏松。其次多年來的高強(qiáng)度頻繁注汽吞葉，使得儲(chǔ)層表面受到強(qiáng)烈的洗刷，儲(chǔ)架結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重破壞。最后經(jīng)過鍋爐加溫后流出的液體PH值為12.5左右。這種堿性介質(zhì)在高溫高壓下注入地層，在吞吐過程中，不但改變巖石的潤濕性，而且對(duì)地層巖石產(chǎn)生漸進(jìn)的溶蝕作用。隨著PH值不斷升高，地下深處孔隙水PH值增高，使Na，K等造巖元素轉(zhuǎn)入溶液，導(dǎo)致石英，長石，巖屑和粘土礦物大量溶解，使得井底附近地層的骨架結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，從而造成注汽及采油過程中的顆粒運(yùn)移。

2傳統(tǒng)防砂技術(shù)不適應(yīng)性分析

隨著防砂技術(shù)不斷地趨于完善和成熟，逐步形成了機(jī)械防砂、化學(xué)防砂礫石充填防砂幾種類型。

2.1機(jī)械防砂：

常見的機(jī)械防砂主要有濾砂管防砂和礫石充填防砂。該類型防砂具有施工簡單，作業(yè)成本低，易于操作等優(yōu)點(diǎn)。但是對(duì)于曙光稠油老區(qū)出砂較為嚴(yán)重，長時(shí)間防砂生產(chǎn)后，易造成砂埋管柱或防砂工具被堵塞，需要大修作業(yè)處理井筒，使得措施成本增加。

2.2化學(xué)防砂：

主要是使用化學(xué)藥劑把疏松的巖石顆粒或充填到地層的礫石膠結(jié)起來，從而形成具有一定強(qiáng)度和滲透率的人工井壁，達(dá)到緩解油層出砂的目的。但是化學(xué)防砂形成的“人工濾網(wǎng)”在一定程度上會(huì)降低油層滲透率。稠油老區(qū)油井普遍存在低壓力、高周期、低產(chǎn)能等問題，以杜84塊為例：原始地層壓力10.8MPa目前壓力2.6MPa，總壓降8.2MPa。在實(shí)施化學(xué)防砂后，地層滲透率的進(jìn)一步損失，嚴(yán)重影響了油井產(chǎn)能正常發(fā)揮。

2.3礫石充填防砂

礫石充填防砂工藝?yán)靡惑w化管柱首先在管外油層進(jìn)行擠壓充填，在井筒周圍形成一定厚度的充填砂體，然后在管內(nèi)進(jìn)行循環(huán)充填，形成篩套環(huán)空礫石層。由于管外充填礫石提高了井筒附近地層的滲透性，管外、管內(nèi)礫石層又是很好的擋砂屏障，因此高壓礫石充填防砂的擋砂效果較好，并且可以提高井筒周圍地層的滲流能力。礫石充填防砂是一種有效的防砂手段，但是其施工工序復(fù)雜，施工費(fèi)用高，不能普遍應(yīng)用。

3新型防排砂泵

3.1新型防排砂泵結(jié)構(gòu)組成

新型防排砂泵主要山三部分組成：雙筒攪動(dòng)式沉砂泵、金屬割縫篩管、沉砂尾管，如附圖1。

3.2新型防排砂泵工作原理

雙筒攪動(dòng)式沉砂泵將傳統(tǒng)的柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)變成了泵筒上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，把柱塞總成變成了固定裝置。在泵的抽吸過程中泵筒山抽油桿帶動(dòng)上下攪動(dòng)泵外液體使泵外砂粒不沉淀，入泵流體及砂粒被泵上凡爾擋住不能進(jìn)入泵筒及柱塞的摩擦副中，柱塞上開有螺旋旋轉(zhuǎn)槽可把流體的直向運(yùn)動(dòng)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可阻比砂粒進(jìn)入柱塞和泵筒間，從而有效防比砂卡的發(fā)生。泵下連接的金屬割縫篩管能阻擋較大砂礫進(jìn)入泵內(nèi)。沉砂尾管可儲(chǔ)存將來自泵上的沉積砂，避免砂埋泵，造成泵工作失效。

3.3新型防排砂泵在稠油區(qū)塊應(yīng)用可行性分析

曙光普通稠油老區(qū)出砂井的特點(diǎn)是油稠、低產(chǎn)。油稠致使原油在地層滲流中對(duì)砂粒的攜砂能力強(qiáng)。低產(chǎn)致使流體在油管內(nèi)垂向流速低，液流攜砂能力差，粒徑相對(duì)較大的砂粒會(huì)逐漸下沉至泵管底部，最后在泵上堆積卡泵。

新型防排砂泵針對(duì)稠油老區(qū)出砂特點(diǎn)，進(jìn)行了以下兒方面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化使其適合老區(qū)低產(chǎn)稠油出砂油井應(yīng)用：

（1）工作時(shí)是泵筒上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此在泵的抽吸過程中泵筒在抽油桿帶動(dòng)下攪動(dòng)泵外液體使泵外砂粒不沉淀，解決低產(chǎn)稠油井液流攜砂能力差的問題。

（2）入泵流體及砂粒被泵上凡爾擋住不能進(jìn)入泵筒及柱塞的摩擦副中，有效緩解砂卡問題，同時(shí)也避免了砂粒對(duì)柱塞和泵筒磨損而引起的泵效降低。

（3）沉砂尾管對(duì)于液流中因自身重力存在而從液流中分離出來的較大砂粒進(jìn)行儲(chǔ)存，防比砂粒在泵上的沉積，解決了生產(chǎn)過程中或臨時(shí)停井造成砂埋泵問題。

（4）新型環(huán)封式柱塞密集的環(huán)形溝槽結(jié)構(gòu)，改變?nèi)芤涸诔Ｒ?guī)泵的縫隙中只受剪切力作用為三相流動(dòng)，同時(shí)使柱塞與泵筒的接觸面積減小，降低它們之間的摩阻，適合稠油粘度高、摩阻大特點(diǎn)。

4現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況及效果分析

截至2020年底，新型防排砂泵技術(shù)累計(jì)在曙光油田稠油區(qū)塊應(yīng)用實(shí)施206井次，投入資金250萬元。應(yīng)用防排砂泵技術(shù)后，平均延長油井檢泵周期85d，生產(chǎn)效果得到明顯改善，與實(shí)施化學(xué)防砂技術(shù)的前一周期對(duì)比，措施增產(chǎn)達(dá)到800t。防排砂泵平均單井措施費(fèi)僅為1.2萬元，而高溫固砂等化學(xué)防砂單井費(fèi)用平均3萬元，單井即可節(jié)約措施費(fèi)用1.8萬元，取得了顯著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

5結(jié)論及建議

新型防排砂泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，能有效地解決砂卡、砂磨、砂埋的危害，防砂的時(shí)候達(dá)到保護(hù)油層的目的，適合低產(chǎn)、低壓的曙光稠油老區(qū)塊應(yīng)用。

新型防排砂泵施工簡單、成本低、安全可靠，給稠油老區(qū)防砂開辟了新的思路。

摸索不同區(qū)塊出砂井的出砂規(guī)律，根據(jù)區(qū)塊出砂粒徑大小不同，粘度、綜合含水的差異，設(shè)計(jì)不同直徑的金屬割縫篩管，達(dá)到既能過濾地層砂，又不影響深井泵供液能力的目的。

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