火驱井高效举升技术研究与应用

2020-12-17黄小钊

商品与质量 2020年50期

黄小钊

辽河油田钻采工艺研究院辽宁盘锦 124010

66-48 区块位于油田西南部，构造上位于辽河断陷和西部凹陷西斜坡断裂带，目的层为下第三系第四段。该区块已进入吞吐开发后期，存在生产周期长、地层压力低、利用率高、产量低、能耗低等问题，按原开发模式，可采储量已达87.1%。因此，改造开发模式已成为提高油藏最终采收率的重要途径。由于火驱采油的生产机理不同于注水、蒸汽吞吐等常规开发方式，油井生产中存在的问题必然不同，随着火驱的进行，各种生产矛盾逐渐暴露出来[1]。一是部分油井尾气明显增加，据统计，目前已有320 多口火驱区域油井，其中25% 左右的油井高产，达到了1000m3/D 以上的天然气产量，有的甚至超过了3000m3/D，一定程度影响了泵的正常工作。二是部分油井出砂、产天然气，66 块部分油井在顶替前出砂严重，随着油井排量的增加，出砂与产气的复杂矛盾日益突出，砂卡、气锁现象频繁发生，腐蚀性介质更是加速了举升设备的腐蚀损坏，严重缩短了设备的使用寿命，降低了火驱油井的检泵周期。因此，研究火驱采油井的防砂、防气、防腐蚀，对火驱井的高效正常生产具有重要意义。

1 主要研究内容

1.1 技术思路

防砂防气防腐蚀采油技术是在传统油井泵的基础上，结合砂泵和防腐耐磨泵的优点，再加装防气装置，达到防腐、防气、防砂的目的。主要技术路线如下：一是在材料方面，结合火驱腐蚀特点，优化防腐材料和特殊表面处理工艺，解决泵体腐蚀问题；二是改进柱塞长度大于泵筒的长柱塞短泵筒设计，同时在泵筒外增加一个外筒，形成防排砂及沉砂通道，以缓解油井的砂卡砂埋等问题；最后在泵下安装防气装置，通过离心分离原理实现高效气液分离，有效缓解火驱井气大泵效低的问题。

1.2 . 高效火驱井举升技术

防砂沉砂结构的改进。泵的设计采用长柱塞短泵筒结构，柱塞比泵筒长，柱塞的结构与普通柱塞相似，但柱塞长度比普通柱塞长得多，泵筒通常为1.5m，根据冲程不同，柱塞可为4.8m 或7.3m，有效防止地层砂进入柱塞与泵筒间隙。泵筒外侧设计有沉砂外管，与泵筒体之间形成沉砂通道，泵的底部为双通进油结构，侧向进油、轴向沉砂。改进型沉砂结构泵主要由短泵筒及加长管、长柱塞、固定阀、外管六部分组成。长柱塞总成包括上出油接头、阀球、阀座、下游动阀座接头、长柱塞、下游动阀罩等，固定阀总成由固定阀罩、阀球、阀座、阀座阀座接头等部件组成。

图1 柱塞总成结构图

开发有效的油气分离器。由于火驱尾气为非溶解气, 为提高石油和天然气的最佳分离效果，降低气体进泵量，防止气体造成的泵效降低、阀球阀座密封滞后、气锁等问题，对新型泵下油气分离气锚进行了研究。分离装置设计了沉砂结构，实现了气锚与泵吸液、沉砂通道的双向对接，在不影响泵抽汲的情况下，将下行程沉落的砂通过沉砂通道储存在气锚下部尾管中，气锚总成包括内管、进液外管、螺旋体、中间管、双通接头等。

优化表面处理，对泵的整体材料和表面处理进行了改进，并进行了综合防腐处理。替换原碳钢为镍铬钨合金材质，大大提高了材料的耐腐蚀性能，对泵筒内表面进行了自蔓延刚玉层处理，柱塞进行喷焊Ni60 处理，大幅提高了泵筒柱塞的硬度、耐磨性、防腐性，为延长检泵周期提供了强有力的支撑[2]。

耐腐蚀实验：进行常温常压下的H2SO4耐腐蚀性试验，选择无防腐层的碳钢材料、镀铬层和钨合金电镀材料进行H2SO4耐蚀性对比试验。将样品浸入H2SO4（体积分数为5%）溶液中并浸泡不同时间。外观如图2 所示：图2a 为普通碳钢，图2b 为浸泡100h 后的5 次浸泡，图2C 为镀铬材料的形貌，图2d 为浸泡100h 后的形貌，图2E 为电镀钨基合金材料的形貌，图2F 为浸泡230h 后的形貌，图2 材料在H2SO4溶液中浸泡一定时间后的性能图像2H2SO44/CO2高温高压耐腐蚀试验：将普通碳钢和钨基合金分别置于高温和高压反应器，H2SO4溶液浓度5%，充满CO2气体，静态反应96h，左侧为普通碳钢，右侧为钨基合金材料。实验结论：电镀钨基合金材料能适应高温高压腐蚀环境，能有效抵抗油井中硫化氢的腐蚀[3]。