幾種分層采油工藝技術在長慶油田的適應性分析

李大建，牛彩云，何 淼，汪峰軍，胡曉威

（1.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院（低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室），陜西西安 710018；2.中國石油長慶油田分公司超低滲透油藏第三項目部；3.中國石油長慶油田分公司第二采油廠）

幾種分層采油工藝技術在長慶油田的適應性分析

李大建1，牛彩云1，何 淼1，汪峰軍2，胡曉威3

（1.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院（低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室），陜西西安 710018；2.中國石油長慶油田分公司超低滲透油藏第三項目部；3.中國石油長慶油田分公司第二采油廠）

在對國內外分層采油工藝技術綜合性分析評價基礎上，確立了適應長慶油田一套井網多層系開采的分層采油工藝技術，即分采泵分層采油工藝技術，該技術2010年在現場開展了16口井的評價試驗，先后有11口井顯示出一定的分采效果，為下步長慶油田配套分層采油工藝研究和應用推廣奠定了基礎。

長慶油田；采油評價；分層采油；采油工藝

目前國內外油田先后出現了分抽泵、單管、單井雙管、比例泵、定壓配產器、分采泵分層采油工藝技術，主要應用在滲透高、層間距層間壓差大、產量高、層間矛盾突出的油井。長慶油田疊合區油藏滲透率低，層間距層間壓差小，單井產量低，還沒有一套完善的采油工藝，因此對現有的分層采油工藝技術進行綜合性評價，進而進行優選、改進、創新，最終確立適應長慶油田一套井網多層開采相配套的分層采油工藝技術顯得非常重要。

1 分層采油工藝技術現狀

1.1 國外油田

國外油田多層系開采技術研究最早在20世紀30年代已經開展，60-70年代在現場投入試驗應用，具有代表性的是俄羅斯韃靼石油公司、POCHEφTb石油公司、ЬAШHEφTb石油公司研發的不同類型分層采油工藝技術。韃靼石油公司先后研發了單管式、雙管式、分抽泵分層采油工藝，截至2008年9月1日已經在西西伯利亞大型多層系油田現場應用322口。

1.1.1 單管分層采油工藝

該工藝主要為直徑146 mm、168 mm的油層套管研制，其分采原理為：上、下產層用封隔器分開，當上產層井底壓力明顯大于下產層井底壓力時，柱塞向上運動經過側向閥時，上產層供液從泵側向固定閥進入泵腔，下產層進液從花管、油管、泵下端固定閥進入泵腔；當下產層井底壓力明顯高于上產層井底壓力時，則側閥與下部地層連通，上部地層與泵下端固定閥連通，隨柱塞向上運動，由泵抽出地面（圖1）。這種分采工藝根據地層壓力的不同，選擇不同的泵結構類型，主要優點體現在可以適應不同尺寸的泵，同時可以根據上下產層產量情況調節柱塞相對于側閥的位置實現各層產量比例的調整；缺點是對油井分采前需要錄取油井上下油層地層壓力、產量等數據，前期工作量大。

圖1 單管分采工藝管柱

1.1.2 單井雙管分層采油工藝

雙管分層采油工藝主要為直徑168 mm的油層套管研制，其分采原理是在同一口油井套管內下入兩套相互平行油管柱（60 mm油管），利用封隔器將上下油層分開，每套油管柱單獨開采一層，兩層產液單獨舉升，從而避免了層間干擾與流體不配伍性（圖2）。該工藝技術可以實現同時單獨開采一層，單獨對另外一層進行注水，同時便于對各層進行產量計量，從根本上消除層間干擾矛盾；主要缺點：分采管柱比較復雜，對井口尺寸要求高，不適合定向油井進行分層采油。

圖2 雙管分采工藝管柱

1.1.3 分抽泵分層采油工藝

分抽泵由兩個泵筒、兩個柱塞構成，采用空心抽油桿與下柱塞組合抽取下產層供液；通過空心抽油桿舉升到地面，上柱塞與上泵筒舉升上產層供液，通過油管舉升到地面，可以通過井口進行分開計量實現上下油層日產量數據的及時錄取（圖3）。

圖3 分抽泵分采工藝管柱

POCHEφTb石油公司開發了一種“電動離心泵＋桿式深井泵”分層采油工藝，2009年試驗應用了12口井，平均單井日增原油9.0 t，工藝管柱見圖4。分采工藝原理：利用封隔器將上下產層分開，利用“離心泵＋桿式泵”組合進行分層采油，離心泵對下高產層進行生產，桿式深井泵對上產層進行生產。該工藝主要應用于146 mm套管尺寸的多層系油井進行分層采油，但是該分采工藝管柱結構復雜，工藝成熟度低，適應于高產油井分層采油。

ЬAШHEφTb石油公司開發了一種雙泵分層采油工藝，2009年現場試驗井單井日增液2.2 m3，主要適應直徑為168 mm井口的油井進行分層采油。工藝原理：上下油層利用封隔器進行分開，由兩個上下順次排列的桿式泵分別對上下產層生產，可以實現分采混出、分采合出兩種方式。該分采工藝主要適應地層配伍性比較好的高產油井進行分層采油，工藝管柱結構復雜，對井筒尺寸、井眼軌跡要求較高（圖5）。

圖4 電動離心泵＋深井桿式泵

圖5 雙泵分采混出、分采分出工藝管柱

1.2 國內油田

國內分層采油工藝技術研究時間相對較短，只是在近10年才開展了現場應用研究，主要應用于大慶、勝利、吉林、中原等油田［1-4］。

1.2.1 單泵定壓配產器分采工藝

分采管柱由管式抽油泵、封隔器、定壓配產器、單流閥組成（圖6），利用封隔器分隔上下產層，下產層產液通過花管、單流閥進入油管，上產層產液在環空液柱壓力作用下打開定壓配產器，進入油管，上下層產液在油管內匯合，由管式泵舉升到地面，其中單流閥主要為防止上產層井底壓力較大時對下產層發生倒灌。該工藝管柱可以采用丟手管柱方式，用插接的方法實現生產管柱與丟手管柱合二為一，便于后期檢泵作業。該工藝在勝利油田現場試驗41井次，最長檢泵周期達到了517天。

該工藝簡單，便于實施，可滿足分層采油要求，主要應用于垢、蠟、氣等影響小的直井、定向井分層采油；該工藝技術的應用前提是準確掌握油井各層壓力資料，合理設計配產器的壓力，所以現場應用前期工作量大，實際操作難度高。

1.2.2 比例泵分采工藝

分采原理：上層產液經側向單流凡爾進入抽油桿與油管的環形空間，利用空心抽油泵兩差級活塞將產液抽出空心泵；下油層產液采用普通抽油泵經空心抽油桿抽出，兩層流體在三通處匯合舉升到地面，或者在井口通過不同流程進入輸油管線。

比例泵由兩臺泵組成，分別抽汲各自目的層，泵徑組合可以根據分層產量進行調整。該工藝由于泵結構復雜，井下容易出現故障，如空心泵側凡爾失靈、易漏失、檢泵頻繁等問題，適用于井筒狀況較為單一、井深小、垢、蠟氣體影響小的直井進行分層采油（圖7）。由于該工藝泵結構復雜，工藝尚不成熟，故障多，且對于深井泵掛深，抽油桿斷脫現象嚴重。

圖6 單泵定壓配產器分采工藝管柱

圖7 比例泵分采 工藝管柱

1.2.3 單泵雙管分采工藝

工藝原理：分采管柱主要由 27／8″、4″、23／8″油管、大通徑Y211-117卡瓦式封隔器及抽油泵等組成，其中大通徑Y211-117卡瓦式封隔器與4″油管連接在一起卡在上油層下部。上油層液體越過4″油管與下油層井液匯合，當泵工作時，環空內液體通過油管由抽油泵舉升到地面（圖8）。

該工藝管柱結構簡單，但分采時上油層合理流壓需要依靠幾百米4″油管控制，對于51／2″尺寸套管的定向井來說，對井眼軌跡要求比較高，起下鉆時容易卡鉆，同時受到油井產層流體配伍性影響較大。

1.2.4分采泵分采工藝

分采泵分層采油工藝（圖9）利用封隔器分開上下兩層，分采泵分別通過側向進液通道、下層花管分采上下油層產液，上下油層產液在泵頂端油動凡爾閥匯合，防止在分采泵內混合，避免了層間干擾問題，最終通過油管由泵舉升到地面；或者上層產液通過油管由泵舉升到地面，下層產液通過花管、油管進入泵筒，然后同通過泵側向排出閥進入油管、套管環形空間，并通過油套環形空間由泵舉升到地面。分采泵可以開發出 φ44／32、φ38／28、φ44／38、φ57／38等泵徑組合，根據產層的供液能力選擇合理的泵徑組合，實現分層采油分采分出、分采混出生產方式，適應直井、定向井、低產井開展分層采油。存在的主要缺點是分采泵結構復雜，加工難度大，容易受到氣體影響。

圖8 單泵雙管分采工藝管柱

圖9 分采泵分采工藝管柱

1.3 幾種分層采油工藝應用條件分析

國外油田目前幾種主要分采工藝技術主要應用于大尺寸油層套管（φ146 mm、φ168 mm）直井分層開采，且應用油井單層單量高。據不完全統計，分采井中單層最低日產油在4.0 t以上，另外主要應用于儲層性質、層間壓差、層間距差異較大、單獨開發無益的低產層與已開發層合并開發的井。

國內油田如大慶油田、勝利油田典型分采工藝現場應用以直井為主，井口尺寸要求與常規井相同，油藏滲透率高，層間距較大，層間矛盾比較突出，油井單井產量較高，層間流體配伍性普遍性較好，采用分采混出管柱受井筒結垢、結蠟、氣體影響比較小。

2 幾種分采工藝適應性分析與評價

長慶油田疊合油藏主要分布在華慶、姬塬、合水地區，屬于超低滲透注水開發油藏，主要以定向井開發。統計顯示疊合油藏探明儲量豐富，疊合區內油層層間距在30～160 m，油層厚度9.6～20.4 m，單井產量較低，井深在2 000 m以上。由于多數井表現出供液不足，動液面、井底流壓低，油藏原油飽和壓力高，井底脫氣嚴重，油井氣油比高；同時室內實驗結果表明，疊合區內上下油層流體與注入水配伍性較差，導致井筒內結垢嚴重，多數井在井口以下300～500 m內結蠟現象普遍。

長慶油田疊合區油藏特征、開發方式決定了多層系分層采油工藝技術需要考慮管柱扶正防磨、井筒清防垢清防蠟、防氣、泵徑匹配等問題，相對于國內外油田多層系油藏分層采油，對工藝技術要求更高，難度更大。根據長慶油田多層系油藏特征及油井多層開采對分層采油工藝技術要求，對目前國內外具有代表性的幾種分層采油工藝進行評價對比（表1）。依據對比結果，優選確定出單泵定壓配產器、分采泵分采混出分層采油工藝技術。

單泵定壓配產器分采工藝技術應用的核心是準確掌握油井目的層的壓力、產量等資料，確定出主力層位，在此基礎上合理設計定壓配產器開啟壓力，優化分采管柱中定壓配產器的合理位置，滿足配產器所在產層在分層采油時合理流壓，也就意味著單泵定壓配產器分采工藝的應用首先要對應用井開展準確的分層測試工作，在一定程度上增加了分采成本。鑒于以上情況，最終確定分采泵混出分采工藝為長慶油田多層系開采的主要方向。

2009-2010年度，現場開展分采泵分層采油工藝評價試驗16口井，其中有11口井顯示出一定的分采效果。

表1 幾種分采工藝技術在長慶油田適應性評價對比

3 結論

（1）綜合評價了國內外幾種主要分采工藝技術，結合長慶油田多層系油藏特征、油井井況進行了分采工藝技術優選，最終認為單泵定壓配產器、分采泵分采混出工藝技術適應長慶油田多層系油井的分層采油；

（2）在長慶油田開展了分采泵分層采油工藝技術現場評價試驗，試驗效果明顯。

［1］ 周明升，曹建新.雙管注氣技術在稠油水平井開發中的研究應用［J］.石油地質與工程，2008，22（5）：81-82.

［2］ 張福仁，谷開昭.多管采油工藝技術［J］.斷塊油氣田，1995，5（3）：31-33.

［3］ 劉玉文.遼河油田稠油分層采油技術［J］.石油鉆采工藝，2003，22（2）：85-86.

［4］ 高軍.分層采油技術在純梁采油廠的應用［J］.內蒙古石油化工，2008，12（3）：26-29.

TE355

A

1673-8217（2011）06-0124-04

2011-06-20

李大建，1979年生，2006年畢業于中國地質大學（北京），碩士研究生，現從事采油工藝、盆地構造與油氣成藏研究。

李金華