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空心抽油杆掺热污水稠油开采工艺技术

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空心 抽油杆掺热 污水 开采 工艺技术
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  收稿日期 :2006 - 03 - 01 ;改回日期 :2006 - 07 - 30作者简介 :刘天江 (1969 - ) ,男 ,工程师 ,1991 年毕业于西南石油学院油气储运专业 ,现从事稠油开采和原油长输管道方面的研究工作。文章编号 : 1006 - 6535(2006) 06 - 0067 - 03空心抽油杆掺热污水稠油开采工艺技术刘天江 1 ,行登恺 2(11 中油冀东油田油气集输公司 ,河北  唐海   063200 ;21 中油辽河工程有限公司 ,辽宁  盘锦   124010)摘要 :由空心抽油杆向井下掺入热污水 ,充分发挥原油脱出水中所含的表面活性剂作用 ,对稠油加温、稀释、湿润 ,然后由抽油泵举升到地面。采用能实现空心杆电加热、泵上掺热污水、泵下掺热污水、泵下热水循环泵上掺入、泵下配置加重杆、井筒化学降粘等多功能综合管柱 ,适应各种不同生产要求 ,根据油层条件 ,选取一种或多种组合、配套。进行热力计算 ,按照油层供油能力和油品性质 ,提出掺污水的流量和温度 ,由计算的有效加热深度 ,确定掺污水的位置及合理的工作制度。试验井的抽油机冲次由原来的 015 次 / 提高到 115 次 / 产量提高 5~ 7 t/ d。生产试验证明 ,该工艺技术装置简单 ,结构紧凑合理 ,施工方便 ,操作简单 ,降低能耗。对于有一定供液能力的稠油区块 ,具有很高的推广应用价值。关键词 :空心抽油杆 ;掺水 ;含油污水 ;稠油开采中图分类号 : 文献标识码 :技术原理和特点油田对采出的原油采用化学破乳脱水时 ,都会产出大量的热污水。为了充分利用热污水资源 ,减少排放 ,针对稠油的物理特性 ,开发出空心抽油杆掺热污水稠油开采工艺技术 \[1 \]。111  技术原理空心杆掺热污水稠油开采工艺技术 ,是在原油套管掺污水伴热采油工艺基础上 ,研制的一套新型开采工艺技术。从空心抽油杆向井下掺入热污水 ,充分发挥原油脱出水中所含的表面活性剂作用 ,对稠油加温、稀释、湿润 ,然后由抽油泵举升到地面。该技术采用专利产品 ———空心环流抽油泵 ,能够实现泵下掺污水、加药 ,改善稠油入泵效果 ,同时在泵下连接大密度的加重杆 ,从底部加大抽油杆柱负荷 ,有效缓解抽油机下行时的软卡现象 ,提高冲次 ,增加产量。在工业性应用试验的基础上 ,该技术进一步完善 ,采用能实现空心杆电加热、泵上掺热污水、泵下掺热污水、泵下热水循环泵上掺入、泵下配置加重灌铅杆、井筒化学降粘等多功能的综合管柱 ,结构简单功能强 ,能适应各种不同生产要求 ,可根据油层条件 ,选取一种或多种组合、配套。按掺入热污水量的多少 ,该技术还可分为污水伴热和污水湿润 2 种方式。污水伴热是指采用大流量 (40 d 以上 ) 掺入热污水 ,其作用主要突出携带热量 ,有效地提高全井筒温度 ,升温降粘 ,有利举升。污水湿润是指采用小流量 (10 d 以下 )掺入热污水 ,其作用主要突出充分发挥原油脱出水中所含表面活性剂的功能 ,或者间断补充少量降粘剂等其它助剂 ,改善油水乳状液形态 ,以利于流动 ,湿润管壁 ,降低油流摩损 ,提高产量。根据油井具体情况 ,在掺热水中也可加入适量降粘剂、降凝剂或其他采油助剂 \[2\],提高掺入水效能。112  地面流程及井下管柱结构空心杆掺污水稠油开采工艺装置由地面流程和井下管柱二大部分组成 。地面流程主要包括供污水管网、污水箱、过滤器、离心泵、加热炉、精滤器、定量阀、流量计、分配阀组、井口管线、高压软管等。井下管柱主要包括有三通悬挂器、光杆密封器、空心光杆、空心抽油杆、电缆回路接头、井下单流阀、喷射管、空心环流抽油泵、泵下加重杆、杆柱导入头等。从原油脱水站输来的含油污水 ,经地面流程加压加热后 ,定量分配到各井口 ,经高压软管 ,从三通第 13 卷第 6 期2006 年 12 月               特 种 油 气 藏il              006© 1994 ,通过电缆回路接头 ,冲开井下单流阀 ,由喷射管将污水喷进空心环流泵的柱塞上部油管内 (泵上掺入 ) ,或穿过空心环流泵及泵下连续管 ,再喷入油管内的稠油里 (泵下掺入 ) 。热污水在流经空心抽油杆柱过程中 ,将热量传给油管中的稠油 ,加热降粘。热污水在井下掺入稠油中搅拌混合后 ,利用活性剂的乳化性能和湿润性能 ,使油包水型乳状液转化成水包油型乳状液 ,并稀释分散 ,将油与油、油与管壁的摩擦 ,转变为与水之间的摩擦 ,污水在举升过程中起到湿润管壁、降低摩阻作用 \[2 \]。泵下热水循环、泵上掺入方式 ,是指热污水从空心抽油杆注入后 ,经泵下的连续管下行 ,流到杆柱底部 ,再从连续管和空心杆的环形空间上返 ,并从泵下空心杆上端的小孔排入油管 ,与抽油泵抽上来的原油混合 ,继续举升到井口。对于那些稠油粘度很高的油井 ,起抽初期 ,可使用该装置单流阀上部的电缆回路接头 ,下入电缆 ,先进行空心杆电加热采油 ,待油井温度场建立起来 ,能正常抽油后 ,再提出电缆 ,转换成掺污水采油 ,不必进行井下二次作业 \[3 \]。113  主要技术参数(1) 污水压力 3 2) 污水温度为 80 ℃ (井口 ) 。(3) 掺污水量为 015、 115、 310 h。114  技术特点(1) 用空心杆掺污水采油 ,同油套管环形空间掺污水相比 ,更充分利用热量 ,减少热损失 ;降低掺入量 ,减少污水耗能 ;取消了油套管环形空间封隔器及其作业费用 \[4 \]。(2) 空心环流泵的凡尔开启和关闭 ,是机械强制性的 ,防止气锁 ,泵效高。检泵作业时 ,柱塞与固定凡尔一同提出 ,油套管空间连通 ,起到自动泄油作用。(3) 对高凝油井 ,用本套装置通过空心杆柱加入降凝剂 (泵上或泵下 ) ,使井下原油解凝 ,比油套环空加药更为直接、有效。115  现场应用示例开展生产试验的 × 104~ 3 × 104 s (50 ℃ ) 。投入开发后 ,曾采用井下电加热及套管掺污水开采工艺。这种工艺出现了原油举升阻力大、抽油机冲次低 (一般为 014~ 110 次 / ,产量低 ;污水掺入量大 (100 d 以上 ) ,污水能耗及运行费较大 ;从套管掺热污水的沿程热损失大等缺点。为此 ,确定采用空心杆过泵设备 ,实施空心抽油杆掺热污水工艺。 7 井实施空心抽油杆掺热污水采油工艺后 ,抽油机冲次由原来的 015 次 / 高到 115 次/ 掺热污水量由 100 d 降为 70 d ,产油量达到 10 t/ d ,提高 5~ 7 t/ d ,调整工艺后 ,2004 年 6月 26 日投产至 7 月 27 日测试产量 ,累计产油超过300 t。2  热力计算分析试验初期 ,曾经出现过提高井下掺入水温度 ,但采出液温度并不提高的现象。后经过计算分析 ,发现是因为掺入污水的热量沿井筒已经损失 ,不能达到所期望的加热深度。从而得知 ,采用井下掺热污水采油工艺 ,应当进行热力计算分析。根据热量守恒原理 ,得出如下的热力计算公式。211  热力计算大致分以下步骤(1) 计算产出液温度。产出液温度计算公式为 : e- ( Lc)w + ( (1)式中 : 井深 L c 处的产出液温度 , ℃ ; 产出液的水当量 ,即质量流量与比热的乘积 ; 产出液与地层间的总传热系数 ,当以油管产出时 ,实测在 21~ 25 (h·℃ ) 左右 ; D 为套管直径 ,m ; ℃ ;e 为数学常数 ,e = 21718 ; 按平均计算取 m = 01033 ℃ / m ; L c 为从井口算起的深度 ,m ;油层深度 ,m。(2) 计算掺入液温度。掺入液温度计算公式为 : 2π 2)式中 : 井深 L t 处的掺入液温度 , ℃ ; 井口处的掺入液温度 , ℃ ; 井深 L t 处的环境温度 , ℃ ; 掺入液与其管外介质的传热系数 ,当以抽油杆注入 ,在油管产出时 ,实测为 1713 (h·℃ ) ; 空心抽油杆外径 ,m ; L t 为从井口算起的深度 ,m ; 产出液的水当量 ,即质量流量86             特 种 油 气 藏                    第 13 卷© 1994 。(3) 计算有效加热深度。掺入液的温度随着井深而降低 ,产出液的温度随着井深而升高。当掺入液的温度与产出液的温度相同时的井深 ,就是有效加热深度。在这个井深以下 ,掺入液的温度低于产出液 ,不能起到加热作用。当有效加热深度在抽油泵下部一定深度时 ,允许采用泵下掺热水工艺 ;当有效加热深度在抽油泵之上时 ,只能采用泵上掺热水工艺。(4) 确定井口处的产出液温度。在满足生产集输要求的条件下 ,比凝固点略提高 3~ 5 ℃。(5) 确定掺入液的流量和井口温度。根据井筒温度变化的计算结果确定。(6) 确定合理的加热方案。根据计算结果 ,进行综合对比 ,在满足油井生产集输情况下 ,选取合理的掺入液流量和加热温度 ,以及掺入方式等等 ,确定技术可行经济合理的加热方案。根据选定的加热方案 ,提出最佳的采油工艺参数。(7) 选定合理的井下管柱结构 ,同时根据最佳采油工艺参数确定合理的工作制度。(8) 选定地面工艺设备和流程。212  热力计算示例某油田 - 12 井 ,产液 1013 t/ d ,产油718 t/ d ,产水 215 t/ d ,含水 2413 % ,平均地表温度13 ℃ ,油层深度 1 100 m ,对其热力工作状态进行了计算。(1) 计算产出液温度。计算的产出液温度见表 1。表 1   E - 12 井掺入热污水后产出液温度计算数据 of - 12井深/ ℃油井自产液温度 / ℃掺入热污水的流量 / (t/ d)30 50 70 90井口 1310 1518 2515 3010 3215 341510010 1613 1814 2911 3217 3414 361720010 1916 2210 3215 3511 3616 381330010 2216 2511 3518 3717 3816 401350010 2915 3210 4110 4115 4213 431070010 3616 3815 4410 4411 4413 441980010 3914 4115 4510 4511 4512 451390010 4215 4415 4610 4610 4610 4610100010 4611 4611 4611 4611 4611 4611(2) 计算掺入液温度。计算的掺入液温度见表 2。表 2   E - 12 井掺入热污水的井筒温度计算数据 - 12井深 / m 掺入不同流量热污水后的井筒温度 / ℃70t/ d 70t/ d 70t/ d 90t/ 510 7510 8510 851010010 5619 6410 7018 741020010 5017 5617 6017 651730010 4618 5118 5416 591550010 4113 4610 4615 511970010 4018 4315 4317 571690010 4017 4117 4119 4418100010 4015 4115 4210 4410(3) 计算有效加热深度。本油井计算的有效加热深度分别为 :在掺入液的井口温度是 65 ℃ ,掺入流量是 70 t/ d 时 ,有效加热深度为 470 m ;在掺入液的井口温度是 85 ℃ ,掺入流量是 70 t/ d 时 ,有效加热深度为 640 m ;在掺入液的井口温度是 85 ℃ ,掺入流量是 90 t/ d 时 ,有效加热深度为 800 m。(4) 确定井口处产出液温度。依据原油的物理性质 ,确定产出液到达井口时的温度为 30 ℃。(5) 确定掺入液的流量和在井口温度。根据计算得知 ,在有效加热深度为 640 m 时 ,掺入液的井口温度是 85 ℃ ,掺入流量是 70 t/ d。(6) 确定合理的加热方案。示例油井的井深为 852 m ,泵挂深度 650 m ,要求有效加热深度 640m ,因此 ,应该采用泵上掺热水方式。(7) 选定合理的井下管柱结构。高压软管规格 §22 × 16 空心抽油杆规格 §36 × 515 ,空心环流抽油泵规格 33 - 5 ,泵下加重杆规格§32 × 5 ,灌铅 ,加重杆长度 130 m。(8) 选定地面工艺设备和流程。根据示例井的具体情况 ,掺入水由附近的集油大站供给 ,能够满足流量和压力以及达到井口的温度要求。因此 ,该油井地面工艺流程大部分取消 ,只保留掺入管线和产出管线以及必要阀组。对掺热污水采油工艺 ,在热力计算之后 ,还应进行必要的水力计算。3  适用条件和生产现场操作311  适用条件(1) 掺水温度不低于该井原油粘温曲线的拐点值 ,防止由于温度太低 ,粘度突变 ,可在井口设置加热炉 ,按照要求对掺入污水加热。 (下转第 76 页 )96第 6 期             刘天江等 :空心抽油杆掺热污水稠油开采工艺技术© 1994  结  论(1) 通过试验表明 ,双筒式小直径抽油泵在深抽工艺中能够维持低产深井的正常生产。与普通泵对比 ,可大幅度提高泵效 ,增加原油产量。(2) 应用双筒式小直径抽油泵使机 - 杆 - 泵的参数匹配进一步合理 ,提高了系统效率 ,节约了电能 ,延长了油井维护性检泵周期。(3) 继续研究深抽配套工艺 ,如杆柱偏磨、管杆优化设计等工艺技术 ,争取进一步延长油井生产周期。参考文献 :\[1 \]刘斌 1 低渗透储层成岩作用及其对物性的影响 \[J \]1 特种油气藏 ,2005 ,12(3) :18~ 191\[2 \]万仁溥 ,罗英俊 1 采油技术手册 \[M\]1 北京 :石油工业出版社 ,1994 :120~ 1221\[3 \]沈迪成 ,等 1 有杆抽油设备与技术 \[M\]1 北京 :石油工业出版社 ,1994 :138~ 1511\[4 \]王知行 ,刘廷荣 1 机械原理 \[M\]1 北京 :高等教育出版社 ,2000 :168~ 1711\[5 \]刘俊荣 ,等 1 辽河油田开发技术座谈会文集 \[ C\]1 北京 :石油工业出版社 ,2002 :300~ 3021编辑   方   斌贝(上接第 69 页 )(2) 原油粘度一般在 2 000~ 50 000 s ,对常规稠油井低含水阶段也可应用。(3) 稠油油藏开采早、中期 ,油井供液条件较好。(4) 油井正常生产时 ,抽油机冲次小于 310次 / 而且有抽油杆缓下现象的井 ,效果更明显。(5) 附近有可利用的热污水高压水源 ,对于压力温度不足时 ,可在井场设置增温增压装置。312  生产现场操作31211  油层实际产油量的计算 \[5 \]该类油井在取油样后化验的含水是产出液体及掺入水的混合液体 ,这就要求取样时间、量油时间及计算掺水量时间必须同步操作 ,以保证油水计量和计算结果的准确性。同时用混合液含水和量油值计算出实际产油量 ,用实际产油量和实际产液量 (量油值减去掺水量 )倒算出地层真实含水。31212  判断油层的供液情况。该工艺的掺水量往往较大 ,容易掩盖油层供液状况。所以 ,在选井时必须根据油层动态情况或临近油井生产情况 ,选择油层供液能力较好的油井实施该工艺。并且要每隔 5~ 10 d 录取 1 次示功图 ,通过示功图的连续变化来判断其油层供液情况。31213  掺热污水量的控制应当根据油层供液条件和油井具体生产情况 ,通过井场的调节阀和流量计 ,将掺热污水量作适当调整 ,以满足油井生产要求为准。31214  实施过程注意事项(1) 管柱下井前 ,确保空心抽油杆内、外清洗干净。(2) 开始掺水时应把定量调节阀开至最大 ,进行循环 ,尽快建立地下温度场。(3) 开抽初期 ,应先将冲次调低 ,并注意抽油机是否软卡及掺水量变化。掺水流量稳定后 ,再逐级上调冲次。4  结  论(1) 生产试验证明 ,该稠油开采工艺技术运行可靠 ,降低能耗 ,提高效益。对于有一定供液能力的稠油区块 ,具有很高的推广应用价值。同时也能适用于高凝油田 ,对高凝油井可通过空心杆在热污水中加入降凝剂 ,使井下原油降凝 ,以利于开采。(2) 掺热污水工艺技术有一定的适用范围 ,因此首先应准确选井。在实施之前 ,必须认真计算 ,合理选取工艺参数 (热污水的压力、温度 )和正确配置井下管柱的组合 ,并根据实际油层条件 (井深、原油粘度、泵挂深度、供液能力 ) 确定掺液方式 (泵上或泵下 ) ,以便充分发挥该工艺技术的优越性。参考文献 :\[1 \]宋向华 ,等 1 稠油热 / 化学采油技术概述 \[J \]1 特种油气藏 ,2004 ,11(1) :1~ 41\[2 \]杨德远 1 稠油注蒸汽热采中添加化学剂技术 \[J \]1 特种油气藏 ,1999 ,6(1) :41~ 461\[3 \]夏洪权 ,等 1 井筒集肤效应电热举升工艺方案设计方法 \[J \]1 特种油气藏 ,2005 ,12(1) :77~ 791\[4 \]孙宝福 1空心抽油杆空心泵电加热采油技术及应用 \[J \]1石油机械 ,1997 ,25(7) :32~ 341\[5 \]王文驭 ,等 1 泵上掺水技术在孤东油田稠油开采中的试验和应用 \[J \]1 特种油气藏 ,2000 ,7(4) :39~ 421编辑  方   斌贝67             特 种 油 气 藏                    第 13 卷© 1994 ; of 2 , u - . 10500 , 2. 19000 , 3 41000 , is a be to of in in of of on to of of a a of is of by It is on in by 2 ,. 00083 , 2. 00083 , 3. o. , 63003 , of in to of in 2W as an of of of of of in 00083 , 2. 02249 , a in a an It be as a in of in by 2 ,. 57061 , 2. 57015 , be up It is to to to If is or to it be in be on to in to . 63200 , 2. o. , 24010 , in to be to © 1994 , to is to to of to in . 5 .5 ~ 7 t/ d. is to is of to of in 25300 , of is of to gai
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