防排砂泵在曙光油田稠油区块的应用

任宝成

摘要：曙光油田稠油油藏本身胶结程度较差、岩性较疏松，高强度频繁注汽吞吐后，又加速了地层胶结物的破坏，从而造成油井出砂严重。传统防砂技术，在一定程度上会损害油层渗透率，影响油井产能。针对这一突出矛盾，改变思路，由单纯防砂生产变为防排砂生产，研究应用了新型防排砂泵，有效改善了稠油老区出砂井生产效果，降低了措施投入，取得了良好的经济及社会效益。

关键词：曙光油田;稠油;出砂;防排砂泵

曙三区位于辽河断陷盆地西部凹陷西斜坡中段杜犯断层上升盘，开发目的层为下第三系沙河街组四段杜家台油层，油层埋深为950-1700m，总体形态是在斜坡背景上发育起来的断鼻构造。曙三区是曙光油田主力区块之一，从开发至今，出砂一直是制约油藏高效开发的一个关键因素。地层出砂是由井底附近岩层结构破坏引起的。油井受出砂影响后，砂埋泵、砂卡泵、泵漏检泵周期短等问题突出，甚至有些油井因出砂严重而无法开采，严重制约曙光普通稠油的开发。曙光油田通过几十年的防砂、治砂经验的积累，防砂工艺日趋成熟。

1出砂原因分析

首先是油藏埋深较浅，压实作用差，储层岩石颗粒以点式接触为主，胶结类型以孔隙式胶结为主，因此胶结程度较差、岩性较疏松。其次多年来的高强度频繁注汽吞叶，使得储层表面受到强烈的洗刷，储架结构受到严重破坏。最后经过锅炉加温后流出的液体PH值为12.5左右。这种碱性介质在高温高压下注入地层，在吞吐过程中，不但改变岩石的润湿性，而且对地层岩石产生渐进的溶蚀作用。随着PH值不断升高，地下深处孔隙水PH值增高，使Na，K等造岩元素转入溶液，导致石英，长石，岩屑和粘土矿物大量溶解，使得井底附近地层的骨架结构遭到严重破坏，从而造成注汽及采油过程中的颗粒运移。

2传统防砂技术不适应性分析

随着防砂技术不断地趋于完善和成熟，逐步形成了机械防砂、化学防砂砾石充填防砂几种类型。

2.1机械防砂：

常见的机械防砂主要有滤砂管防砂和砾石充填防砂。该类型防砂具有施工简单，作业成本低，易于操作等优点。但是对于曙光稠油老区出砂较为严重，长时间防砂生产后，易造成砂埋管柱或防砂工具被堵塞，需要大修作业处理井筒，使得措施成本增加。

2.2化学防砂：

主要是使用化学药剂把疏松的岩石颗粒或充填到地层的砾石胶结起来，从而形成具有一定强度和渗透率的人工井壁，达到缓解油层出砂的目的。但是化学防砂形成的“人工滤网”在一定程度上会降低油层渗透率。稠油老区油井普遍存在低压力、高周期、低产能等问题，以杜84块为例：原始地层压力10.8MPa目前压力2.6MPa，总压降8.2MPa。在实施化学防砂后，地层渗透率的进一步损失，严重影响了油井产能正常发挥。

2.3砾石充填防砂

砾石充填防砂工艺利用一体化管柱首先在管外油层进行挤压充填，在井筒周围形成一定厚度的充填砂体，然后在管内进行循环充填，形成筛套环空砾石层。由于管外充填砾石提高了井筒附近地层的渗透性，管外、管内砾石层又是很好的挡砂屏障，因此高压砾石充填防砂的挡砂效果较好，并且可以提高井筒周围地层的渗流能力。砾石充填防砂是一种有效的防砂手段，但是其施工工序复杂，施工费用高，不能普遍应用。

3新型防排砂泵

3.1新型防排砂泵结构组成

新型防排砂泵主要山三部分组成：双筒搅动式沉砂泵、金属割缝筛管、沉砂尾管，如附图1。

3.2新型防排砂泵工作原理

双筒搅动式沉砂泵将传统的柱塞往复运动变成了泵筒上下往复运动，把柱塞总成变成了固定装置。在泵的抽吸过程中泵筒山抽油杆带动上下搅动泵外液体使泵外砂粒不沉淀，入泵流体及砂粒被泵上凡尔挡住不能进入泵筒及柱塞的摩擦副中，柱塞上开有螺旋旋转槽可把流体的直向运动变成旋转运动，可阻比砂粒进入柱塞和泵筒间，从而有效防比砂卡的发生。泵下连接的金属割缝筛管能阻挡较大砂砾进入泵内。沉砂尾管可储存将来自泵上的沉积砂，避免砂埋泵，造成泵工作失效。

3.3新型防排砂泵在稠油区块应用可行性分析

曙光普通稠油老区出砂井的特点是油稠、低产。油稠致使原油在地层渗流中对砂粒的携砂能力强。低产致使流体在油管内垂向流速低，液流携砂能力差，粒径相对较大的砂粒会逐渐下沉至泵管底部，最后在泵上堆积卡泵。

新型防排砂泵针对稠油老区出砂特点，进行了以下儿方面结构设计优化使其适合老区低产稠油出砂油井应用：

（1）工作时是泵筒上下往复运动，因此在泵的抽吸过程中泵筒在抽油杆带动下搅动泵外液体使泵外砂粒不沉淀，解决低产稠油井液流携砂能力差的问题。

（2）入泵流体及砂粒被泵上凡尔挡住不能进入泵筒及柱塞的摩擦副中，有效缓解砂卡问题，同时也避免了砂粒对柱塞和泵筒磨损而引起的泵效降低。

（3）沉砂尾管对于液流中因自身重力存在而从液流中分离出来的较大砂粒进行储存，防比砂粒在泵上的沉积，解决了生产过程中或临时停井造成砂埋泵问题。

（4）新型环封式柱塞密集的环形沟槽结构，改变溶液在常规泵的缝隙中只受剪切力作用为三相流动，同时使柱塞与泵筒的接触面积减小，降低它们之间的摩阻，适合稠油粘度高、摩阻大特点。

4现场应用情况及效果分析

截至2020年底，新型防排砂泵技术累计在曙光油田稠油区块应用实施206井次，投入资金250万元。应用防排砂泵技术后，平均延长油井检泵周期85d，生产效果得到明显改善，与实施化学防砂技术的前一周期对比，措施增产达到800t。防排砂泵平均单井措施费仅为1.2万元，而高温固砂等化学防砂单井费用平均3万元，单井即可节约措施费用1.8万元，取得了显著经济和社会效益。

5结论及建议

新型防排砂泵结构设计合理，能有效地解决砂卡、砂磨、砂埋的危害，防砂的时候达到保护油层的目的，适合低产、低压的曙光稠油老区块应用。

新型防排砂泵施工简单、成本低、安全可靠，给稠油老区防砂开辟了新的思路。

摸索不同区块出砂井的出砂规律，根据区块出砂粒径大小不同，粘度、综合含水的差异，设计不同直径的金属割缝筛管，达到既能过滤地层砂，又不影响深井泵供液能力的目的。

参考文献：

[1] 闫元.稠油开采防砂技术及相关影响因素[J].当代化工研究.2021（01）.21-22

[2] 魏勇舟.稠油吞吐井防砂技術应用及效果分析[J].内蒙古石油化工.2015（04）.109-110