降低油井摻水量的技術(shù)攻關(guān)與方法實(shí)踐

趙常明 宮艷紅 王世謙 齊玉梅（中國(guó)石油大港油田公司第三采油廠）

油田開(kāi)發(fā)中，用熱摻水為井筒內(nèi)、地面管道中的油水混合液舉升和加熱輸送是稠油和高凝油開(kāi)采、油氣集輸?shù)闹匾e措之一。摻水時(shí)要對(duì)其進(jìn)行增壓和加溫，所以就需要有增壓和加溫設(shè)備，而增壓和加溫后的摻水對(duì)井筒工具和地面金屬管道形成的腐蝕、結(jié)垢現(xiàn)象也會(huì)造成井筒舉升工具失效或地面輸送管道堵塞或穿孔[1-2]。為了達(dá)到降低摻水用量的目的，孫航[3]采取加藥、單井罐、環(huán)狀摻水、電熱集油等集油方式，保證了正常生產(chǎn)；徐振輝等[4]通過(guò)工藝流程改造和摻水生產(chǎn)解決了現(xiàn)場(chǎng)稠油開(kāi)采、集輸、水合物凍堵的問(wèn)題；石志香[5]采用泵上摻水工藝后，使摻入水與稠油在泵上混合，與油一起抽出井口，通過(guò)降低稠油黏度， 改善高黏度原油的流動(dòng)性；曾念[6]設(shè)計(jì)研制油井自動(dòng)摻水加藥裝置，實(shí)現(xiàn)了集藥劑存儲(chǔ)、摻水混合、自動(dòng)摻水、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳為一體的“定量化、可控化、可視化、無(wú)人化”井口加藥方式。借鑒以上可行性技術(shù)的同時(shí)，針對(duì)相應(yīng)技術(shù)與該單位生產(chǎn)實(shí)際的不適應(yīng)現(xiàn)狀，開(kāi)展了新的技術(shù)革新，王真、馮峰等[7]研發(fā)了一種水嘴總成，實(shí)現(xiàn)了摻水用量的快捷調(diào)整和自動(dòng)調(diào)整，平均降低摻水量30×104m3/d。油田伴熱摻水在大慶油田[8-9]、吉林油田等北方油氣田[10]開(kāi)發(fā)企業(yè)仍在應(yīng)用，且面臨同樣問(wèn)題，摻水伴熱目前仍是大港油田南部油區(qū)的主要生產(chǎn)方式。高溫、高鹽的摻水加快了井下工具和地面管網(wǎng)的腐蝕速率和結(jié)垢速率，從而增加了開(kāi)發(fā)成本，降低了生產(chǎn)時(shí)率，增強(qiáng)了勞動(dòng)強(qiáng)度，也造成了環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，故找到降低摻水用量的方法并規(guī)模推廣已迫在眉睫。

1 生產(chǎn)背景

某采油廠各主力生產(chǎn)區(qū)塊受采出原油高黏度或高凝固點(diǎn)特性的影響，常采用摻水伴熱的方式保證正常生產(chǎn)運(yùn)行。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析評(píng)價(jià)：自來(lái)屯和沈家鋪兩個(gè)油田的平均原油黏度達(dá)到700～900 mPa·s，地層產(chǎn)出流體通過(guò)井筒向上舉升的過(guò)程中，流體在油管內(nèi)與抽油桿、油管產(chǎn)生摩擦力，形成較大的摩擦載荷，嚴(yán)重時(shí)不能正常生產(chǎn)，需要采用熱摻水對(duì)進(jìn)泵的流體進(jìn)行加溫和乳化，達(dá)到降低流體黏度，實(shí)現(xiàn)正常舉升的目的；自來(lái)屯、王官屯油田的大部分區(qū)塊，原油凝固點(diǎn)達(dá)到30 ℃以上，經(jīng)過(guò)抽油機(jī)采出的流體在地面輸送時(shí)，常因溫度低于凝固點(diǎn)造成地面管線內(nèi)原油析蠟，流動(dòng)能力下降，出現(xiàn)回壓高、管線堵塞的現(xiàn)象，需要采用熱摻水來(lái)進(jìn)行伴熱生產(chǎn)，以保障地面輸送工藝正常運(yùn)行。

通過(guò)對(duì)2021 年度采油廠各作業(yè)區(qū)的摻水用量統(tǒng)計(jì)，采油廠六個(gè)主力作業(yè)區(qū)在生產(chǎn)過(guò)程中均應(yīng)用伴熱摻水。采油廠每年的摻水用量高達(dá)380×104m3，其中增壓和加溫成本超過(guò)2 000 萬(wàn)元。同時(shí)由于所用摻水為油井產(chǎn)出水，高含鹽的特點(diǎn)導(dǎo)致加溫后形成大量的沉淀，使油井地面管道和井下工具出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕和結(jié)垢現(xiàn)象，治理管道腐蝕穿孔、結(jié)垢堵塞及井下工具結(jié)垢遇卡等，采油廠每年支出超過(guò)1 000 萬(wàn)元。所以降低油井井筒舉升和地面輸送所用的摻水量，對(duì)于提高油田管理水平有著深遠(yuǎn)的意義。

2 工作開(kāi)展評(píng)價(jià)

2022 年，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)特點(diǎn)及新工藝推廣需求，制定出四個(gè)攻關(guān)方向：一是通過(guò)化學(xué)破乳降黏和物理加溫的新工藝來(lái)替代摻水；二是根據(jù)季節(jié)性環(huán)境溫度變化推進(jìn)全員調(diào)整優(yōu)化來(lái)降低摻水量；三是利用高產(chǎn)液、高含水電泵井產(chǎn)出液來(lái)替代摻水；四是通過(guò)裝置創(chuàng)新，對(duì)摻水裝置進(jìn)行優(yōu)化改造，通過(guò)快捷、自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)摻水的高效管理。

2.1 應(yīng)用新工藝技術(shù)

1）采用生物酶降黏劑、流動(dòng)改進(jìn)劑等化學(xué)藥劑，實(shí)現(xiàn)舉升流體的乳化。該方法是在井筒內(nèi)加入化學(xué)藥劑，使采出流體達(dá)到乳化降黏的目的，從而替代降黏摻水。試驗(yàn)過(guò)程中分別采用常規(guī)型流動(dòng)改進(jìn)劑和生物酶降黏劑。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，因生物酶降黏劑成本較高，現(xiàn)場(chǎng)只是優(yōu)選了生物酶降黏劑應(yīng)用效果較為突出的油井繼續(xù)應(yīng)用，其它井多采用成本相對(duì)較低的常規(guī)型流動(dòng)改進(jìn)劑降黏，目前在采油廠四個(gè)作業(yè)區(qū)20 余口井應(yīng)用。由于降黏藥劑的作用，地層產(chǎn)出稠油與油套環(huán)形空間加入的降黏藥劑，有效改善了流體進(jìn)泵困難和流體黏度過(guò)大形成較大摩擦載荷的現(xiàn)狀，降低了因黏度高對(duì)摻水的依賴(lài)性，實(shí)現(xiàn)了用降黏藥劑替代摻水的目標(biāo)，年實(shí)現(xiàn)降低摻水量2.3×104m3。

2）采用光伏加熱和空氣源熱泵等工藝，提高流體流動(dòng)性。在油井井口采用光伏加熱和空氣源熱泵等低能耗加熱裝置和設(shè)施，從而提升井口采出液溫度，替代摻水加溫的作用。現(xiàn)場(chǎng)中選擇井場(chǎng)具備光伏設(shè)施排放條件和地面輸送能耗較高的作業(yè)三區(qū)和作業(yè)四區(qū)的11 口井，新型裝置應(yīng)用后，不僅輸送溫度達(dá)到流體輸送要求，實(shí)現(xiàn)了停用伴熱摻水，運(yùn)行能耗明顯下降，平均單井輸送伴熱能耗下降30%以上。

結(jié)合電加熱器對(duì)單井、串接井產(chǎn)出液進(jìn)行加熱來(lái)替代摻水的乳化和加溫的降黏工藝共在采油廠6個(gè)作業(yè)區(qū)超過(guò)90 口井實(shí)施應(yīng)用，與歷史同期相比，平均每天降低摻水量達(dá)到了230 m3，年實(shí)現(xiàn)降低摻水量4.14×104m3。

2.2 優(yōu)化管理方案

1）根據(jù)不同季節(jié)環(huán)境溫度對(duì)摻水的影響、損耗以及油井實(shí)時(shí)對(duì)摻水的需求，按單井制定“一井一策”護(hù)理方案，為技術(shù)部門(mén)提供調(diào)整優(yōu)化摻水用量的建議和管理制度，完善降低摻水量的管理辦法和激勵(lì)政策，推動(dòng)全員參與降低摻水用量的調(diào)整和優(yōu)化工作，達(dá)到了良好的效果。

優(yōu)化工作的重點(diǎn)是結(jié)合油井作業(yè)停產(chǎn)、流體性質(zhì)變化以及回液溫度，在摻水需求量下降時(shí)，及時(shí)更換、調(diào)整不同直徑的水嘴。全年共實(shí)施下調(diào)摻水工作制度、關(guān)停摻水工作達(dá)到1 070 井次以上，較去年同期降低摻水量480 m3/d，其中地面摻水平均下降310 m3/d，泵下?lián)剿客认陆?70 m3/d，年實(shí)現(xiàn)降低摻水量8.64×104m3，累計(jì)增產(chǎn)1 020 t，效果顯著。

2）優(yōu)化摻水流程切改方案。該項(xiàng)工作主要針對(duì)高溫、高液量、高含水的電泵井，即把生產(chǎn)中綜合含水率達(dá)到95%以上的電泵井回液管線切改到摻水流程上，采用高溫高含水電泵液串接工藝，為低溫、高黏度的油井流體伴熱降黏，從而來(lái)替代摻水。以W44 井為例，W44 井是一口高產(chǎn)液量、高含水、高溫的電動(dòng)潛油離心泵井，以其產(chǎn)出液作為4口低含水常規(guī)油井的伴熱摻水，從而關(guān)停在用的摻水流程。

攻關(guān)過(guò)程中通過(guò)優(yōu)化方案，作業(yè)五區(qū)共有7 口高液量電泵井經(jīng)工藝流程切改后由產(chǎn)出液替代伴熱摻水，從而實(shí)現(xiàn)23 口井停摻生產(chǎn)。現(xiàn)場(chǎng)工藝流程改造后平均每天降低摻水量277 m3，累計(jì)降低摻水2.7×104m3。作業(yè)五區(qū)高液量電泵井調(diào)整替代摻水統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 作業(yè)五區(qū)高液量電泵井調(diào)整替代摻水統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of the adjustment of high hydraulic pump wells instead of water blending in the 5th operation area

2.3 新型裝置設(shè)備

2.3.1 電動(dòng)潛油螺桿泵

電動(dòng)潛油螺桿泵舉升工藝在應(yīng)用過(guò)程中雖受工藝特點(diǎn)和投入成本的限制，但其對(duì)稠油的適應(yīng)性較好，無(wú)需伴熱摻水生產(chǎn)，目前投入27 口井采用電動(dòng)潛油螺桿泵，直接關(guān)停摻水流程，生產(chǎn)穩(wěn)定，降摻效果明顯。電動(dòng)潛油螺桿泵舉升工藝效果評(píng)價(jià)見(jiàn)表2。G37-43-1 和Z11-12 井，在采用電動(dòng)潛油螺桿泵生產(chǎn)后，降摻水和節(jié)能效果非常突出，年實(shí)現(xiàn)降低摻水量1.17×104m3，同時(shí)日節(jié)電超過(guò)2 000 kWh，節(jié)電達(dá)到85%以上。

表2 電動(dòng)潛油螺桿泵舉升工藝效果評(píng)價(jià)Tab.2 Evaluation of lifting process effect of electric submersible screw pump

2.3.2 新型摻水操作裝置

針對(duì)摻水調(diào)節(jié)閥和過(guò)濾器在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中存在的問(wèn)題不斷對(duì)裝置進(jìn)行改造和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)處置和調(diào)整工作的快捷化和高效化，從而降低基層員工的工作強(qiáng)度，提升現(xiàn)場(chǎng)處置的工作效率。采用自動(dòng)化和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)了摻水監(jiān)控的優(yōu)化裝置，通過(guò)對(duì)外界溫度、壓力等指標(biāo)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和自動(dòng)分析，實(shí)現(xiàn)裝置的自動(dòng)調(diào)整；研發(fā)新的摻水調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)摻水調(diào)節(jié)工作從“一檔一速”向“無(wú)級(jí)變速”的調(diào)整方式過(guò)渡；通過(guò)對(duì)摻水過(guò)濾器的改造，實(shí)現(xiàn)對(duì)摻水水質(zhì)保障的處理工作由20 min 下降到2 min。應(yīng)用新裝置后，使油井摻水異常后的處置能力和工作效率大幅提升，油井出現(xiàn)異常率明顯下降，不僅年實(shí)現(xiàn)降低摻水量1.57×104m3，而且因摻水的波動(dòng)造成油井生產(chǎn)異常較應(yīng)用前對(duì)比下降了70%，保證了油井的有效生產(chǎn)時(shí)率，實(shí)現(xiàn)了油井的穩(wěn)定增產(chǎn)。

2.4 實(shí)施效果統(tǒng)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)采用新的工藝技術(shù)、設(shè)備及管理方法后，自2022 年1—10 月，采油廠摻水用量較2021 年同期降低20.52×104m3，特別是在3—5 月攻關(guān)初期摻水用量同比下降超過(guò)了10%，直接創(chuàng)效達(dá)到160 萬(wàn)元，超預(yù)期完成了計(jì)劃和目標(biāo)。

3 結(jié)論

1）將技術(shù)創(chuàng)新向管理創(chuàng)新延伸，摻水管理政策的優(yōu)化促進(jìn)了操作人員對(duì)油井摻水調(diào)整工作的積極性，達(dá)到降低摻水量的工作共識(shí)，全年共推進(jìn)下調(diào)摻水水嘴、關(guān)停摻水工作達(dá)到1 070 井次以上，較2021 年同期降低摻水量480 m3/d，節(jié)能降耗效果明顯。

2） 流體加熱、井筒舉升工藝的試驗(yàn)和優(yōu)選，驗(yàn)證了油田開(kāi)發(fā)中摻水替代工藝的適應(yīng)性，大港油田某采油廠新增11 口停摻運(yùn)行井，現(xiàn)場(chǎng)工藝流程改造后平均降低摻水量6.44×104m3，為今后探索區(qū)塊整體摻水關(guān)停提供了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與資料。

3）生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采用地面工藝改造，通過(guò)油井產(chǎn)出的高溫流體替代摻水，通過(guò)舉升工藝優(yōu)化，采用適合流體流動(dòng)的螺桿泵來(lái)關(guān)停摻水；同時(shí)研發(fā)并應(yīng)用“新型摻水調(diào)節(jié)裝置”和“物聯(lián)網(wǎng)摻水監(jiān)控裝置”，用新工藝、新技術(shù)、新理念實(shí)現(xiàn)降低摻水量，攻關(guān)階段內(nèi)降低摻水量5.44×104m3。在降低水量的同時(shí)，還有效降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度和安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，在推進(jìn)油井自動(dòng)化管理和數(shù)智化油田建設(shè)方面也發(fā)揮了良好作用。