自帶防砂防漏工具的小排量采油電潛泵

關(guān)鍵詞/主題詞：電潛泵；出砂；漏失；防砂；防漏；檢泵周期；井下工具

0引言

油氣井出砂是油田開采過程中常見的影響油井生產(chǎn)的現(xiàn)象。機械防砂技術(shù)是油井防砂工作中常用的一種防砂技術(shù)，在油井采油泵的下面掛著一些繞絲篩管、多層篩管和割縫襯管等，將地層砂隔離在采油泵以外，防止油井出砂。防砂管柱技術(shù)，是在機械防砂技術(shù)的基礎(chǔ)上改進和完善的，將防砂管柱下到油井中，然后充填礫石、陶粒或者果殼，多層濾砂，防止油井出砂。復(fù)合防砂技術(shù)結(jié)合了機械防砂和化學(xué)防砂技術(shù)的優(yōu)點，通過化學(xué)技術(shù)在油井地層周圍形成滲透性較好的人工井壁，利用機械防砂技術(shù)二次擋砂。現(xiàn)今實施壓裂充填防砂技術(shù)、防排結(jié)合的治砂技術(shù)，有利的提高油井的產(chǎn)量。但是，無論機械防砂還是化學(xué)防砂都不能全面解決油藏滲透性降低和管柱堵塞難題。

K油田位于哈薩克斯坦阿勒斯坦構(gòu)造帶北部，儲層巖石一般為細(xì)粒砂巖，主要成分為石英、長石和泥質(zhì)礦物，受到巖石壓實、砂巖含量及砂粒大小的影響，儲集層孔隙度隨埋深增大而下降，滲透率變化不均，油水關(guān)系比較復(fù)雜。自20世紀(jì)90年代投產(chǎn)以來，經(jīng)歷天然能量開發(fā)、注水開發(fā)、產(chǎn)量遞減開發(fā)等階段，從2010年起，小排量電潛泵油井每年因堵塞問題而重復(fù)作業(yè)近40多井次，檢泵周期僅維持在30～280天，最短的才生產(chǎn)4天，由于油井出砂、結(jié)垢等致使電潛泵采油功效降低，泵軸卡死、油管堵塞等問題時有發(fā)生。

針對小排量電潛泵生產(chǎn)周期短這一問題，采取了一系列防砂工藝：一是下入繞絲防砂管［1］，但防砂效果較差，且出現(xiàn)防砂管砂堵塞時，無法采取沖洗補救措施恢復(fù)生產(chǎn)，作業(yè)成本高；二是采用磁化防砂工藝［2］預(yù)防井液里易結(jié)晶的礦物質(zhì)形成鹽垢或其他物質(zhì)堵塞電潛泵，效果甚微；三是化學(xué)除垢［3］，定時定量添加化學(xué)藥劑，基本達不到預(yù)期效果，維護生產(chǎn)成本較高。一旦出現(xiàn)堵塞時，不管采用以上何種防護措施，都需要進行洗井作業(yè)［4］，由于部分電潛泵油井在洗井作業(yè)期間洗井液直接滲入地層，無法建立循環(huán)通道，造成油井洗井失效，也就是小排量電潛泵生產(chǎn)周期短的根本原因。

為此，對小排量電潛泵［5］油井在生產(chǎn)過程中的防砂工藝、防漏措施進行了分析與研究［6］，并在充分考慮小排量電潛泵油井生產(chǎn)特性和制約因素的基礎(chǔ)上［7］，研制了自帶防砂防漏工具的小排量電潛泵，解決了小排量電潛泵在油井生產(chǎn)過程中的出砂與洗井作業(yè)期間的滲漏問題［8］。

1方法過程

1.1防砂防漏工具的研制

基于延長小排量電潛泵油井的正常生產(chǎn)和不產(chǎn)生額外的、復(fù)雜的流程及工藝設(shè)計思路，以“預(yù)防+作業(yè)”為設(shè)計理念，力求既要實現(xiàn)油井日常生產(chǎn)采油過程的防砂效果［9］，還要達到在洗井作業(yè)期間的防漏要求［10］，以實現(xiàn)小排量電潛泵油井的穩(wěn)定增產(chǎn)、連續(xù)采油目的［11］。

1.1.1工具結(jié)構(gòu)

油氣生產(chǎn)過程中，采出液腐蝕，偏磨加劇，造成管桿頻繁斷脫。后續(xù)原油黏度增大，攜泥砂能力增強，卡泵。地層壓力下降，漏失井增多，多種因素相互作用，檢泵周期縮短。同時，油藏非均質(zhì)性，流體竄層嚴(yán)重，導(dǎo)致套損井逐步增多。工具從電潛泵的角度，解決桿管偏磨斷脫，油泵故障等難題。小排量電潛泵自帶防砂防漏工具原理，如圖1所示。

從圖1中可以看出，工具由密封部件、防漏部件、防脫部件和防砂防垢部件四部分構(gòu)成。其中密封部件主要由篩管、密封橡膠筒組成；防漏部分主要由浮力球、球閥連桿、球閥、閥罩、閥球座組成；防脫部分主要由上活塞套、卡瓦牙、卡瓦牙支撐環(huán)、上活塞環(huán)、下活塞套組成；防砂防垢部件主要由多根不同間隙的繞絲防砂管組成。自下而上通過絲扣連接組合在一起，最后依靠篩管的上端與電潛泵電機下端連接為一體下入油井。

1.1.2工作原理

一是小排量電潛泵油井配套工具入井生產(chǎn)防砂工作原理［12］。從圖1可以看出，防砂防漏裝置下入油井后，密封部件把井筒分成兩個相對獨立的空間，密封橡膠筒外徑與套管內(nèi)徑有1～2mm間隙，經(jīng)過多次入井實驗，在保證能順利下入和提出油井的同時，還能讓其最大限度的與套管之間密封，在密封部件下面，含有泥沙和雜質(zhì)的液體通過穿過繞絲防砂管時就被擋在防砂管外，這就實現(xiàn)電潛泵油井生產(chǎn)環(huán)節(jié)的防砂功能。生產(chǎn)過程中流體從下端穿過繞絲防砂管、防漏組件、密封組件、篩管后，進入密封部件上部，然后再從電泵與套管環(huán)空上升進入電潛泵吸入口，實現(xiàn)了裝置第一個功能——防砂防垢。在實際采油過程中，可能會有部分微小砂粒從防砂管間隙滲入隨液體進入電潛泵內(nèi)，有的可以隨井液排出，有的可能懸浮在油管內(nèi)，當(dāng)電潛泵因各種不可控因素停機，這些懸浮顆粒就會沉積在泵的葉輪上或油管里，嚴(yán)重的就造成二次開機困難。

二是小排量電潛泵因堵塞或泵堵塞進行洗井作業(yè)防漏失工作原理［13］。當(dāng)進入油管或電潛泵的泥質(zhì)影響電潛泵正常生產(chǎn)時，就需要對油井進行洗井，從油套環(huán)空泵入洗井液，當(dāng)洗井液流速低于某一定值，洗井液就會通過球閥與閥球座間隙直接從防砂管向外進入防砂管與套管環(huán)空或地層，這個過程就可先實現(xiàn)裝置的第二個功能——沖洗防砂管；當(dāng)洗井液流速增至一定值時，浮力球往下壓，連桿通過壓力傳遞效應(yīng)連接浮力球與球閥，從而迫使球閥往下運行，直至與閥球座接觸關(guān)閉防止洗井液進入地層，此時密封橡膠筒上部就形成了套管和電泵機組管柱的循環(huán)通道，實現(xiàn)對電潛泵堵塞的清洗，實現(xiàn)裝置第三個功能——防地層漏失。如果沒有防漏失裝置的球閥與閥球座，一旦地層漏失嚴(yán)重就不可能在密封橡膠筒上部形成套管和電泵機組管柱的循環(huán)通道［14］，也就不可能實現(xiàn)洗井目的。

三是小排量電潛泵配套因泵或油管堵塞而進行洗井作業(yè)的防脫工作原理。在電潛泵堵塞清洗過程中，部分油井洗井壓力會很高，當(dāng)這個洗井壓力達到4MPa時，液力就會推動上活塞環(huán)和下活塞環(huán)一起向上移動，同時上活塞環(huán)帶動上活塞套上行推動卡瓦牙支撐環(huán)壓縮密封橡膠筒，使密封環(huán)處于壓縮狀態(tài)，增加密封效果，在下活塞環(huán)帶動上活塞套上行過程中，共同推動卡瓦牙支撐環(huán)上行，從而推動卡瓦牙向外徑向張開，讓電潛泵機組一起卡住并鎖牢在套管內(nèi)，防止洗井壓力過高打掉電泵機組，實現(xiàn)裝置第四個功能——防機組脫落。

在實際生產(chǎn)中使用中，這些功能相對獨立，但又有可能同時進行和結(jié)束，當(dāng)洗井作業(yè)完成后，油套環(huán)空壓力下降，作用在活塞環(huán)上的力也隨之下降，在密封膠皮筒的彈力和活塞套自重力的作用下，卡瓦牙隨活塞缸套自動向下退回，防脫部分失去作用，油井恢復(fù)到第一種模式正常生產(chǎn)。二次作業(yè)時該防砂防漏工具配套可與電潛泵機組從油井取出，完成檢查等，可隨電潛泵或新電潛泵再次下入油井，再次恢復(fù)防砂防漏功能。

1.2現(xiàn)場試用

1.2.1選井原則

小排量電潛泵自帶防砂防漏工具的技改配套試驗選在油層中深2000～3000m、微粒和細(xì)粒含量較高的砂巖地層且供液不足、重復(fù)洗井作業(yè)等曲率較大油井，以實現(xiàn)小排量采油電潛泵在油井生產(chǎn)過程的防砂和在洗井作業(yè)期間的防漏目的，力爭提高或改善此類電潛泵油井的正產(chǎn)免修周期和采油效率［15］。

1.2.2檢查安裝

防砂防漏組合井下工具，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，在使用過程中能有效避免防漏失和防沙卡問題，增加了采油泵的使用效果和使用時間，如圖2所示。

從圖2中可以看出，最先下入防砂防漏裝置，確保防砂防漏工具電機下端的聯(lián)接，按從下向上順序完成電機、保護器、氣液分離器、多級離心泵及其他部件組裝、逐節(jié)起吊下井。不僅要關(guān)注防砂防漏工具是否影響到電機的地面檢查與測試，還要對分離器、保護器、電纜等輔助設(shè)施進行檢查。特別檢查防砂防漏工具與電潛泵及相關(guān)組件的匹配度，如：確保電潛泵機組注油流程、放氣孔、放氣塞、注油閥等細(xì)節(jié)，電機保護器對接，電纜頭插接的清潔，單流閥、泄油器的狀態(tài)等。這是保障防砂防漏工具與電潛泵機組的合體，融入電潛泵機組地面安裝前的檢查作業(yè)過程中，確保電潛泵油井正常生產(chǎn)的適應(yīng)性檢驗。

1.2.3下井

自帶防砂防漏工具的電潛泵下井流程［16］：第一步，組裝兩節(jié)繞絲防砂管；第二步，繞絲防砂管與防漏短接的組裝；第三步；防漏短接與密封短接的組裝；第四步，密封短接與篩管的鏈接；第四步，將防砂防漏工具上端篩管與電潛泵電機尾部連接，下入油井；第五步，按照電潛泵下井流程，完成電潛泵下井操作；第六步，全部作業(yè)完畢，自帶防砂防漏工具的電潛泵井將進入生產(chǎn)環(huán)節(jié)的測試、觀察階段。

1.2.4采油生產(chǎn)

自帶防砂防漏工具的小排量電潛泵進入井下采油工作狀態(tài)，流體從防砂防漏工具底端經(jīng)防砂處理，井內(nèi)流體由電潛泵吸入口進入分離器，完成油井內(nèi)油氣分離［17］，電潛泵從分離殼流道中抽吸流體，進入油管，提升至地面。若有部分細(xì)小砂粒進入電潛泵內(nèi)，通過電潛泵將部分小砂粒打入油管，盡管油管內(nèi)流速不足以將部分小沙粒帶到地面，但因加裝防砂防漏工具，可以將這部分小砂粒沉淀在沉砂管與油管環(huán)形空間內(nèi)，而不會堆積或沉積在電潛泵內(nèi)直接造成堵、卡死泵現(xiàn)象［18］。

小排量電潛泵自帶的防砂防漏工具經(jīng)歷一系列檢查、測試、參數(shù)收集等后，已經(jīng)實現(xiàn)防砂防漏工具隨同電潛泵下井后的試驗過程同步管理［19］、同步完成了防砂防漏工具數(shù)據(jù)收集、保障監(jiān)控，此防砂防漏工具試驗的有序開展與實施。

2結(jié)果現(xiàn)象討論

2.1檢泵周期

2017年10月至2020年6月間，電潛泵油井檢泵周期一直處在390～480d之間，電潛泵檢泵周期低于608d預(yù)期目標(biāo)，盡管已采取一些措施提升了18.8%檢泵周期，但未實現(xiàn)超過600d目標(biāo)。

自2022年9月自帶防砂防漏工具的小排量電潛泵投入油井后，油井步入一個較為穩(wěn)定的采油期。首選7口電潛泵油井作為此防砂防漏工具的試驗對象，如187#油井在2021年重復(fù)作業(yè)5次、在2022年再次作業(yè)3次后，該井轉(zhuǎn)為自帶防砂防漏工具的電潛泵采油模式，洗井作業(yè)次數(shù)或作業(yè)頻次發(fā)生變化，但受洗井難易度、沖砂治理［20］、油井所處地層等方面影響，仍存在一些洗井作業(yè)，如：221#和181#油井洗井作業(yè)分別為4次/井和5次/井；117#、421#、261#、805#油井作業(yè)均為2次/井。

通過對小排量電潛泵油井頻繁洗井問題的跟蹤，發(fā)現(xiàn)出砂油井井筒內(nèi)雜質(zhì)含量較高，比如結(jié)鹽、結(jié)垢等，在下入防砂防漏工具前對電潛泵油井井筒進行刮削和大排量清洗之后，部分電潛泵油井生產(chǎn)穩(wěn)定期得到提高，如2022年9月至2024年2月117#油井采油周期達到499d，比前期增加3.8%；181#和187#油井采油周期已超過520d，比前期提高7.6%；221#、421#、261#、805#油井采油生產(chǎn)周期均超過620d，比前期提升了22.5%。

數(shù)據(jù)顯示，小排量電潛泵檢泵周期的延長提高了油井產(chǎn)油能力。如：263#和267#油井從2023年啟用自帶防砂防漏工具的電潛泵后，防砂效果顯著，電潛泵工況運行良好，保障了油井有效、穩(wěn)定運行，兩口油井日產(chǎn)量分別為21.71m3/d、43.25m3/d，263#井連續(xù)生產(chǎn)298d、產(chǎn)液量6491t，267#井連續(xù)采油172d、產(chǎn)液量7439t。

伴隨自帶防砂防漏工具的小排量電潛泵油井作業(yè)次數(shù)的降低［21］，油井產(chǎn)量迎來了一個較為穩(wěn)定、長效的采油生產(chǎn)期［22］。如421#油井在2022年進行兩次治理并下入自帶防砂防漏工具后，實現(xiàn)了630d產(chǎn)油期，日平均產(chǎn)液量達28.6t/d，日平均產(chǎn)油量達8.1t/d。

2.2單井重復(fù)作業(yè)

油田不斷開采，地層能量不斷降低，很容易出砂。砂進入井筒后，導(dǎo)致油泵無法工作和油井埋砂，油井產(chǎn)量降低和開采效率下降。因此，油井開采要做好相關(guān)的防砂準(zhǔn)備工作。如果沒有做好預(yù)防措施，出砂會比較嚴(yán)重，影響油田開采效率，還會造成油井停止生產(chǎn)，增加員工工作量。

油井投入使用自帶防砂防漏工具的小排量電潛泵3年多來，油井因砂堵故障而重復(fù)作業(yè)井次已經(jīng)大幅度下降［23］，部分單井重復(fù)作業(yè)已從5次降至1次，減少了80%，油井日產(chǎn)油量得到一定程度的提升。

該小排量采油電潛泵的檢泵周期從2017年的390d提升至2024年2月的600d，使得電潛泵的檢泵周期延長了81.82%。

3結(jié)論與建議

（1）小排量電潛泵防砂防漏工具已經(jīng)歷研發(fā)、設(shè)計、測試等階段，檢泵周期和單井作業(yè)數(shù)據(jù)顯示該技術(shù)對含砂量小、顆粒大的小排量電潛泵油井的出砂和作業(yè)期間漏失的預(yù)防取得一定成效，初步解決了小排量電潛泵油井因出砂而誘發(fā)的泵卡、堵塞問題，消除了小排量電潛泵油井在洗井期間洗井液漏失、不能建立循環(huán)通道的難題，降低了小排量電潛泵油井的故障躺井率，為提高油田產(chǎn)量提供了一定支持。

（2）該防砂防漏工具現(xiàn)僅適用于小排量電潛泵油井的防砂與防漏工作，尚未對其他含砂油層、井深等采油環(huán)境進行適應(yīng)性測試。為此，需進一步選擇其他地層，如將自帶防砂防漏工具投放到砂量大、顆粒小的電潛泵油井中，收集整理電潛泵生產(chǎn)過程、作業(yè)期間的泵運行、工具預(yù)防能效等數(shù)據(jù)，分析其自帶防砂防漏工具的小排量電潛泵泵效、防砂防漏效果等，逐步改進和完善工具。

（3）由于影響電潛泵油井產(chǎn)能或油田整體開發(fā)效益的因素還很多，如：油田所處地質(zhì)條件差異、油水物性差異、油藏或地層認(rèn)識差異，以及油田制定開采策略、開發(fā)方案或方式、開發(fā)部署與調(diào)整措施等，針對電潛泵質(zhì)量、適應(yīng)環(huán)境、長效工作等方面，適時組建技術(shù)團隊，竭力通過電潛泵采油在油田操作成本降低和生產(chǎn)高效運行等方面尋求新突破。