超稠油放喷装置改进与实践

2020-03-16刘如杰

石油管材与仪器 2020年1期

刘如杰

(中国石油辽河油田公司辽宁盘锦 124010)

0 引言

X作业区管辖超稠油井272口,开发方式为蒸汽吞吐，处于曙一区兴隆台超稠油区块边部区域，油层平均有效厚度23.6 m，平均单层厚度4.4 m，属于互层状超稠油油藏[1]。非均质性强，油层发育差，单井吞吐周期短，平均单井年吞吐周期2～4个。截止2017年底，焖井后，具有放喷能力的油井有116口，占总井数42.7%。油井放喷生产是地层能量释放的过程，液量控制不平稳，造成瞬间生产压差增大，易诱导近井地带的岩石结构发生变化，造成油井出砂。因此，在保证产液温度高于原油拐点温度的基础上，要合理的控制油井液量，保持平稳放喷[2]。日常管理中通常采用更换油嘴和调节生产闸门控制放喷量，存在危害油井生产、增损减效、耗费人力问题，通过对传统放喷方法进行改进，应用恒定流量控制装置，实现放喷油嘴的无极调节，保证放喷液量平稳，对提高放喷井管理水平有一定意义。

1 改进前情况

放喷过程中，地层能量逐渐下降，通过分离器计量产量数值来指导放喷井控制产液量，放喷产液量无法实时反馈，存在后效应现象，并且与放喷产液量制度要求控制量偏离较大，控制难度大。传统放喷方式采用更换油嘴尺寸和调节生产闸门控制液量，存在诸多问题。目前现场普遍采用更换油嘴调整液量，嘴流有临界和亚临界两种状态[3-4]，在放喷液量低时通过更换油嘴尺寸控制液量效果好，在高放喷液量状态下，油嘴对液量控制作用有限[5]。通过更换油嘴尺寸方式控制液量，需要多次更换油嘴，放喷周期内平均单井更换频次为5～7次，更换油嘴费工耗时，工人劳动强度大，进入放喷后期，含水下降，更换油嘴操作耗时会成倍增加。

通过调节生产闸门控制液量，闸门开合度不好控制，导致放喷液量突增突降，引起生产压差激变，引发地层出砂，严重会造成套管变形损坏[6]。2011～2016年中，因放喷液量控制不合理，造成套损42井次，占总套坏井次的38%，其中2012年2015年套损数均为9口。此外利用生产闸门替代油嘴放喷，增加闸门内漏损坏机率，操作不当易造成安全环保事故发生。

2 改进内容

2.1 装置设计思路

装置核心部件主要为驱动器(手轮、端盖)、调节阀(恒定调节阀套、恒定调节阀芯)、丝杠(主筒、直线轴承、轴套、推力轴承、护套)、密封(密封圈)及显示(流量计前管、流量计后管、涡街流量计)五大部分，如图1所示。

驱动装置有电动控制和手动控制，通过现场分析对比，手动控制外部无操控元件，安全性高，适应性强，便于实施，所以装置驱动方式优选为手动。

图1 装置结构三维实体结构设计图

调节装置主要包括调节方式、阀芯冲蚀角、流量特性截面优选。调节方式采用直线偏角型调节，流道转向角度小于90°，无过流死角；不同开度都可实现微调节，开启行程长；流体对阀芯无直接冲击，受流体冲击力小；阀芯可360°旋转，无卡阻。调节阀芯冲蚀角技术方案为梯型，梯型与圆角型和倒角型相比，阶梯缓冲，耐冲蚀。调节阀流量特性截面采用压降型流量特性截面，通过变压力下流量特征曲线可以看出，压降型能够实现特定压降速率下的线性关系，在变压力下行程与流量呈直线关系，如图2所示。

方案流态图变压力下流量特性曲线分析结论能够实现特定压降速率下的线性关系,在变压力下行程与流量呈直线关系。

图2恒定流量调节阀压降型流量特性截面分析示意图

丝杠装置主要包括丝杠形状、扶正件、推力轴承的优选。丝杠选择为梯形，此种丝杠依靠丝母与丝杠之间的油膜产生相对滑动工作的，经过滑动摩擦从而完成直线运动，位移精度0.1 mm/300 mm。丝杠扶正件为直线轴承，通过径向滚动，对丝杠径向扶正，内部有相应的滚珠，材质为硬质合金钢，耐磨性好，开关恒定流量调节阀阻力小，不会产生径向位移，径向偏移量为0.03～0.05 mm。丝杠推力轴承为滚珠轴承，将球形合金钢珠安装在内钢圈和外钢圈的中间，以滚动方式来降低动力传递过程中的摩擦力和提高机械动力的传递效率，点接触滚动摩擦，摩擦阻力小，承受载荷小。

密封装置为O型密封圈，它的材质为氟橡胶，根据油井放喷温度选择耐温性能-35～+250 ℃，安装数量为2个。

显示装置主要是选择合适流量计，通过对比选择涡街流量计测量，主要是此流量计无运行件，流道简单，抗震性强，显示部分与测量部件可实现分配组装。

2.2 装置参数优选

根据统计的放喷井各项数据最高值，设计装置的相关参数，详见表1。

确定恒定流量调节阀过流部件的相关参数，详见表2。

表1 装置设计参数表

表2 恒定流量调节阀过流部件相关参数设计

进行现场尺寸复测和试压，用水做14 MPa耐压试验，5 min压力不降，试验结果完合符合设计压力标准要求，详见表3。

表3 装置耐压试验表

3 装置现场试验

3.1 装置连接

将装置进口与放喷油井生产闸门进行卡箍连接，出口与井口接力泵进口软管进行卡箍连接，完成装置在放喷油井上的安装，如图3所示。

图3 恒定流量放喷装置安装现场

3.2 装置操作

1)油井放喷初期：此阶段井口温度高、液流速度高，通过手轮控制的恒定流量阀芯在阀套内作直线运动，使侧开的阀口大小在一定范围内无极可调。通过阀口喷出的油流，在流量计上实时显示累计量和瞬时量，使油井放喷产液量在井口完成可视化计量。根据油井出砂情况，此阶段液量控制在30～50 t/d。

2)油井放喷中期：放喷油井井口压力下降，压降值为0.01 MPa时，逆时针缓慢定量调节手轮8°～16°，控制阀口的开度，同时观察流量计瞬时流量是否保正在放喷产液量范围中间值的±0.05～±0.10 m3/h，保证产液量平稳。

3)油井放喷末期：此阶段液流温度低、流速低，无需通过限定流量控制产液量，逆时针旋转手轮到底，实现恒定流量阀芯与套的分离，完成“一步式”拆卸分离。

放喷过程中，需要进行掺液时，将掺液软管两端分别与装置掺液阀和井口流程掺液阀对接，即可实现定量掺液。

3.3 现场效果

在杜813-40-41井安装进行放喷生产，由作业区的安全组、运行组、技术组、地质队四个部门对改进装置进行现场确认，检查装置的产量调节性能、安全性能、耐用性能和适用性。

从图4中可以看出，未使用改装放喷装前，放喷天数36 d，期间3次更换油嘴，1次拆掉油嘴，放喷液量在11～40 t/d之间，波动幅度大；改装后放喷生产23 d，放喷生产过程中产液量在25 t/d左右，变化平缓稳定，没有突增突降现象出现，全过程瞬时产液量都保持在要求范围20～30 t/d之内。第15 d启接力泵进行辅助放喷时，也没有出现产液量突增现象，说明改进后装置的产液量调节性能优良。在放喷过程中，杜813-40-41井的最高放喷压力为7.2 MPa，最高放喷温度为110 ℃，在使用过程中恒定流量放喷装置也没有出现渗漏现象，说明装置安全性能可靠。

图4 杜813-40-41改装放喷装置前后瞬时产液量对比曲线

杜813-40-41井为出砂严重井，含砂粒径在0.10～0.21 mm之间。截止杜813-40-41井放喷结束，恒定流量放喷装置已累计工作时间1 100 h，用于调控产液量累计工作时间530 h。计量显示值与分离器计量结果基本一致，瞬时误差±0.05～±0.08 m3/h之间；手轮调整幅度是根据井口压力下降情况实现定量旋转，井口压力每下降0.01 MPa，逆时针转动手轮约10°～15°，手轮转动自如，丝杠行走均匀，没有出现任何卡阻现象，操作十分灵活。