海上高导流分层防砂分层控聚技术

2024-01-01张雪梅王昕车传睿任从坤石琼聂文龙姜静

石油矿场机械 2024年5期

关键词：电泵

摘要：针对胜利海上化学驱区块？准177.8 mm电泵井见聚后容易出现砂堵、聚堵，检泵周期缩短，影响化学驱开发效果的难题，研发了一种高导流分层防砂分层采油技术。该技术包含大通径低吸附分层防砂疏聚、小直径大推力管内分层控聚及电泵快速破聚三级控制，可实现长效采油。防砂采用低吸附技术可减少聚合物吸附量48.3%；管内小直径分采技术设计加强装置可实现泵下悬挂分采管柱，液控多级配产器可实现多开度大推力控制；管柱最大外径80 mm，比常规管柱缩小10%。电泵机组优化导叶轮结构及材质并增加剪切装置破碎老化聚合物，剪切率≥30%，提高聚驱导液能力。目前该技术已在胜利海上成功应用37口井，分采层数2～3层，平均单井日增油21.3 t，最大见聚质量浓度650 mg/L，仍能正常生产。满足了化学驱电泵井“低吸附、防堵、控聚”的生产需求，实现了海上电泵井的长效举升，具有广阔的推广应用前景。

关键词：海上油田；分层防砂；分层控聚；电泵

中图分类号：TE934.2" " " " "文献标志码：B" " " "doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2024.05.009

Offshore High Conductivity Layered Sand Prevention and Layered Polymerization Control Technology

ZHANG Xuemei，WNAG Xin，CHE Chuanrui，REN Congkun， SHI Qiong， NIE Wenlong， JIANG Jing

（Petroleum Engineering Research Institute，Sinopec Shengli Oilfield Company，Dongying" 257000，China）

Abstract： To address the issue of electric pump wells with a diameter of 177.8 mm in the Shengli offshore chemical drive block， which are prone to sand blockage and accumulation， and the subsequent reduction in pump inspection periods， which in turn affects the chemical drive development effect， a high conductivity stratified sand control and stratified oil recovery technology has been developed. The technology comprises three control techniques， namely large-diameter low adsorption layer sand control and agglomeration， small-diameter and large-thrust tube layer control and electric pump rapid agglomeration， which are designed to facilitate long-term oil recovery. In the area of sand control， the use of low adsorption technology resulted in a reduction of the adsorption amount of polymer by 48.3%. The small diameter of the pipe separation technology was designed to reinforce the device， thereby enabling the suspension of the separation string beneath the pump. The hydraulic multistage production distributor facilitates multi-opening and large thrust control， with a maximum outside diameter of 80mm. The electric pump unit optimizes the structure and material of the guide impeller and increases the shear device to break down aged polymer and improve the conductivity of the polymer flooding. At present， this technology has been successfully applied in 37 wells in the Shengli Sea， producing two to three layers. The average daily oil increase per well is 21.3 t， with a maximum concentration of 650 mg/L， which is sufficient to maintain normal production. This technology is capable of meeting the production demands of \"low adsorption， blockage prevention， and accumulation control\" in chemical flooding pump wells， enabling the long-term lifting of offshore electric pump wells， and has considerable potential for further application.

Key words：" offshore oil fields; layer sand control; stratified polymerization control; electric pump

胜利油田海上主体馆陶组油井主要采用？准177.8 mm电泵生产及砾石充填防砂。根据油藏工程规划，主体馆陶组已经陆续开展化学驱开发。由于注入介质改变和平台环境限制，为实现化学驱高效开发，有必要对现有采油工艺在聚驱中的适应性进行分析。从中海油和大庆油田的开发情况看［1-8］，由于聚合物吸附、地层微粒运移加剧，堵塞近井地带及防砂层。产出油重质成分增大、见聚浓度上升，造成井液黏度增大、电泵排量效率下降、腐蚀加剧、吸入口堵塞；造成油井见聚后易出现砂堵、聚堵现象、检泵周期变短。电泵的检泵周期只有3 a左右，这和胜利海上水驱电泵生产检泵周期7 a左右的时间相差甚远，必将大幅增加海上油井的作业成本。对于聚驱防砂电泵井的优化措施，各个油田主要在电泵方面采取了变频和宽流道措施，优化效果有限［9-15］，不能满足胜利油田化学驱长效举升的要求。为此，创新研发了海上高导流分层防砂分层控聚技术，以？准177.8 mm井筒为研究对象，从地层、井筒、电泵三个重要环节进行全面系统优化，防砂采用低吸附技术可减少聚合物吸附量实现地层高导流疏聚，可减少聚合物吸附量48.3%，小直径分采技术设计泵下加强装置和液控多级配产器实现大推力管内分层采油控聚，宽流道电泵及剪切装置实现破聚等三级控制，防砂管柱最小内径？准98 mm，比常规放大12%，分采管柱最大外径？准80 mm，比常规管柱缩小10%，攻克了长久以来困扰业界的海上？准177.8 mm套管井无法实现分层开采的重大技术难题，分采≤4层，最大限度延长化学驱电泵井生产周期。

1 技术概况

1.1 采油管柱

采油管柱主要由大通径分层防砂管柱和分层采油管柱组成，如图1。配套井下工具主要包括：液压控制分采装置、化学驱电泵机组、电泵加强装置、双疏滤砂管、井下安全阀、过电缆封隔器、密插等。

1.2 技术特点

1）分层。多通道封隔器实现分层。

2）分采。化学驱电泵机组、地面控制盘、液压控制分采装置实现远程分控，控制见聚层生产。

3）防砂。管柱采用聚合物防吸附处理，实现高导流长效防砂。

4）安全控制。井下安全阀和过电缆封隔器实现海上安全控制。

1.3 主要技术参数

分采能力≤4层

防砂留井通径？准98 mm

换层采油装置直径？准80 mm

2 配套工具设计

2.1 液控式配产器

液控式配产器是液控式分层采油技术的核心，它放置在每个油层部位，通过单独的液控管线控制开关活动，实现大推力、多开度精细调节。当需要换层调节时，不需要停井，直接通过地面控制柜调整压力，实现井下流量的调节控制，最终实现控水稳油，提升产量的目的。

2.1.1 结构组成

液控式配产器主要由液控总成、活塞控制机构、弹簧复位机构、油嘴调节机构、上下接头等组成，如图2。

2.1.2 工作原理

液控管线连接至上接头的转接头处，连接地面液压控制柜，通过地面打压，活塞控制机构下移，压缩弹簧，油嘴调节机构会沿着采液套发生上下移动。根据地面压力的不同，内部油嘴大小也会发生相应的变化，油嘴套与采液套之间采用全金属密封方式；根据油嘴套位置的不同，实现多个开度的精细调节。同时，油嘴套上端设计有回位弹簧，泄压后，在回位机构辅助下，实现该层液控配产器的自动复位。

2.1.3 技术特点

1）配产器在满足最大下深的前提下，将最大外径限制在？准80 mm，满足？准177.8 mm井筒大通径防砂后的分采需求。

2）一层仅需要一根液控管线控制，降低井筒内管线数量。

3）液压具备推力大、承压高特点，其产生的最大推力是电控的4～7倍，全部采用不锈钢材质，满足海上特殊井况的分采需求。

4）油嘴套上端设有弹簧支撑，回位迅速彻底。

5）配产器泄压开启，打压关闭，避免液控失效后该井躺井的风险。

2.1.4 主要技术参数

下深1 800 m

耐压60 MPa

外径？准80 mm

内径？准30 mm

2.2 电泵加强悬挂装置

设计同轴式电泵罐装系统及电缆密封保护装置，如图3，实现电泵尾管悬挂承重230 kN，为泵下分层采油奠定基础。采用多级防脱硫化环+弹性套定位，形成电泵井下振动环境下高压（20 MPa）密封。

2.3 电泵破聚技术优化

针对油井见聚后电泵举升困难的问题，从潜油电泵系统一体化技术角度进行了全面的技术改进，提高见聚后电泵的举升能力，主要包括：

1）采用全压紧混相流电泵，优化关键参数，比常规径向流电泵叶片开度增大30%，高黏条件下扬程提升15%，提高了电泵对见聚井液的举升能力。

2）电泵机组表面涂镀防黏附材料，高黏流体易于流过导叶轮流道。

3）延长电泵吸入口，增大吸入口过流面积，提高电泵的耐聚能力。

4）吸入口内部设计特殊剪切轮，如图4。采用钝型刀头结构，轴流叶片、轴向多组刀头串联使用，高速旋转剪切聚合物，剪切率≥30%，降低堵塞概率。

5）配套工况传感器，实时测量电泵工控、温度、压力等参数，利用各参数判断电泵是否堵塞，在堵塞发生前采取措施，提前管理。

6）圆电缆和新型扁电缆均增加一层橡胶保护层，增强抗挤能力。

2.4 高导流挡砂屏障技术

针对聚驱油藏吸附堵塞问题，研发了储层-充填层-筛管高效防吸附技术，建立了聚驱油藏高导流产液通道，大幅提升油井稳产时长。

2.4.1 两亲防吸附剂

制备了一种具有良好成膜性的聚合物乳液，在流动及压力作用下，依靠聚合物胶束或胶粒界面吸力及其可变形性，在井壁岩石表面形成致密膜，在水溶性聚合物和岩石之间实现隔离，避免聚丙酰胺吸附在岩石表面。疏水性单体拟采用丙烯酸酯和苯乙烯，这两类单体具有良好的成膜性。亲水性单体采用丙烯酸，含有羧基赋予该聚合物一定的亲水性。因此制备的共聚物具有两亲性。为了提高该两亲性聚合物在地层的吸附能力，在聚合物分子中加入环氧基团，从而提高其在地层岩石的吸附性能。最终设计的成膜性良好的疏水单体丙烯酸酯和苯乙烯与亲水性单体丙烯酸高效聚合，引入环氧基团改善了表面吸附性，合成了两亲乳液防吸附处理剂（如表1），可减少聚合物吸附量48.3%。

2.4.2 高渗防吸附充填层

建立了Saucier公式砾石参数扩充模板，提高充填砂粒径分选一致性，渗透率提高32%；同时采用防吸附剂对砾石表面改性，提高抗堵塞能力。45 mL/min排量下，200 PV后，渗透率恢复到72.87%，如图5～6。

2.4.3 双疏涂层金属筛管

采用硅烷偶联剂与疏水剂端羟基反应，合成含大量硅链聚合物，涂敷在金属表面，涂层中Si元素含量达22.62%，涂敷筛管具备优异的防黏附性能，提高流通量25%～40%，如图7。

3 现场应用

海上高导流分层防砂分层控聚技术已在胜利海上成功应用37口井，分采层数2～3层，平均单井日增油21.3 t，最大见聚质量浓度650 mg/L，仍能正常生产，取得了显著效果。

以埕岛油田化学驱某油井A为例，该井前期生产情况：合采，日液231 m3/d，日油24 m3/d，含水89.6%，2022-02电流落零躺井。为实现油井长效生产，采用三层分防分采，于2022-05-15完井，工艺管柱主要由高导流分层防砂管柱、深井液控调节装置、电泵加强装置、混相流电泵机组总成及井下测试装置组成。单采中层时，比合采时液量上升13 t/d，油量上升11.1 t/d，含水下降3.6%；单采上层时，比合采时液量下降112 t/d，油量上升24.8 t/d，含水下降30%，实现了“降含水、降液量、提产能”的开发效果（界面如图8）。

4 结论

1）防砂工艺采用储层-充填层-筛管高效防吸附技术，建立了聚驱油藏高导流产液通道，大幅提升油井稳产时长。

2）小直径分采技术设计泵下加强装置和液控多级配产器实现大推力管内分层采油控聚，有效地改善了层间矛盾，释放了产能。

3）采用宽流道电泵，延长吸入口，增加剪切轮，可有效地提高见聚后电泵的举升能力。

4）现场试验表明：海上高导流分层防砂分层控聚技术从地层、井筒、电泵三个重要环节进行全面的系统优化，实现了地层疏聚、管内控聚和电泵破聚三级控制，最大限度地延长化学驱电泵井免修期，释放产能，推广前景广阔。

参考文献：

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