雙空心桿閉式循環技術在稠油井的應用

楊俊科，張榮甫

（中石化華北分公司第三采油廠，陜西咸陽712000）

雙空心桿閉式循環技術在稠油井的應用

楊俊科，張榮甫

（中石化華北分公司第三采油廠，陜西咸陽712000）

涇河油田的原油具有高密度、高黏度、高含蠟、高凝點的特點，且各井不同。部分高產井的稠油特征顯著，導致油井結蠟嚴重，抽油機不平衡。進行常規熱洗作業，熱洗周期短，清蠟劑應用效果差，無法保證油井連續正常生產。雙空心桿閉式熱循環技術是在空心抽油桿和隔熱內管之間建立熱載體循環通道，不斷循環加熱，使稠油井防蠟降黏、改善原油的流動性。在涇河油田稠油井開展先導試驗，效果明顯，不僅保障了油井的正常生產，而且達到了降低成本、增加效益的目的。

稠油；雙空心抽油桿；閉式循環

涇河油田的原油具有“四高”特征，即高密度、高黏度、高含蠟、高凝點。油井在生產過程中易出現光桿下行阻力增加，下沖程時驢頭與光桿不同步現象。抽油機的平衡度差（平衡率為63.5%），嚴重時造成軟卡躺井。現場采用環空加清蠟劑的措施，對于日產液量大、動液面高的油井，效果并不理想。稠油井需要定期進行熱洗［1-3］，但部分高產井存在熱洗周期短（最短10d）、洗井頻繁的問題，造成含水率升高，產油量下降，易對儲層造成二次傷害。采取其他措施，例如調整機采參數、增大泵徑、降低抽油桿速度等，但是收效甚微。已試用多家公司的清蠟劑、降黏劑，亦無明顯效果。

為了保證油井正常生產，在涇河油田JH2P2井開展雙空心桿閉式循環防蠟降黏工藝，通過優化雙空心桿下深、進出口溫度等參數，原油流動性得到改善，避免了熱洗作業，油井檢泵周期得到大幅增長，取得很好的效果，達到了稠油開采降本增效的目的。

1　雙空心桿閉式循環防蠟降黏工藝

1.1技術原理

該技術利用地面熱交換器把熱載體（水、油等）加熱，經循環泵加壓后，通過特制四通接頭注入到同軸式雙空心抽油桿的內空心通道。熱載體在循環泵的高壓驅動下，高速流至雙空心桿的加熱尾端，熱載體從隔熱內管內注入，由隔熱內管和抽油桿間環空流出，返至地面加熱爐內再次加熱。雙空心桿工藝流程如圖1。

圖1　雙空心桿工藝流程示意

1.2技術特點

1） 該技術應用于常規稠油、特超稠油、高含蠟油井，清防蠟及降黏效果突出，能夠有效降低生產成本。

2） 熱載體采用閉式循環加熱的方式，不與原油和空氣接觸，避免了熱載體的消耗和對環境的污染。

3） 熱載體不進入井筒液體，不會對原油產量、含水計量造成影響。

4） 隔熱內管采用雙密封，導熱系數小于0.02，熱載體用量少（千米容積約400 L），且消耗低。

1.3選井條件

1） 直井或斜井800 m井段以下造斜。

2） 含蠟高（≥12%）或黏度大（≥150 m Pa· s）、維護費用高、開采難度大的油井。

3） 盡可能選擇地面有方便熱源的油井。例如：伴熱水溫度高、有充足的套管氣等。

2　現場試驗方案

2.1選井原則

根據選井條件，結合涇河油田稠油分布情況，首先在2井區的JH2P2高產井開展先導技術試驗。JH2P2井位于單斜局部鼻隆斜坡之上，處于河道砂體有利部位，裂隙、微裂隙發育。該井2012-12-28投產，截止2014-01-18，累計產液6 776.49 t，累計產油4 998.92 t，綜合含水率26.2%。分析得到原油的特性參數，在30℃條件下，黏度10 600 mPa·s，密度0.921 9 g／cm3，凝固點26℃，含蠟量15.06%。由于原油黏度高、含蠟高、密度高、凝固點高，造成該井頻繁軟卡，抽油機不平衡嚴重。采用清蠟劑、降黏劑，效果不明顯。只能進行熱洗井作業，雖然能夠減少不同步現象，但熱洗存在周期短，熱洗后含水增加，產量恢復慢、生產維護成本較大等問題。經研究決定，選擇該井試驗雙空心抽油桿熱載體循環防蠟降黏工藝，驗證該工藝技術對涇河油田稠油開采的可行性及有效性。

2.2工藝優化

2.2.1確定下深

涇河油田2井區長811小層平均油層中深1 350 m，平均油層溫度53℃，地溫梯度2.69℃／100 m。當溫度小于35℃時黏度升高，流動性變差。當溫度小于25℃后黏度急劇上升。結合現場經驗，油井在300～600 m處易結蠟的特征，考慮到雙空心桿費用較高，優化雙空心桿下深700 m位置便可滿足生產要求，下部采用常規實心桿替代。下泵深度800 m（井斜角0.67°、狗腿度0.077（°）／30 m，水平位移1.6 m）。

2.2.2管桿泵優化

1） 油管設計。

由于雙空心桿本體外管直徑為42 mm，接箍外徑59 mm，現場普遍應用的73.0 mm（2英寸）油管內徑為62 mm，為了加大井液的過流面積，將雙空心桿下井井段對應油管設計為88.9 mm（3英寸）油管（內徑76 mm）。

2） 抽油桿柱設計。

雙空心桿外徑較大（每米桿質量為5.75 kg），考慮載荷要求，下部采用25 mm D級抽油桿，桿柱結構為25 mm D級抽油桿（100 m）+42 mm D級雙空心抽油桿（700 m）。雙空心抽油桿基本數據如表1。

3） 抽油泵設計。

根據前期試驗情況，抽稠泵對稠油井抽油桿下行具有一定作用，對該井采用57 mm／38 mm液壓反饋式抽稠泵。

4） 抽汲參數選擇（理論排量24.6 m3／d，57／38 mm抽稠泵泵常數2.05）。

沖程s=3 m，沖次n=4 min-1（正常生產視實際情況調整）。

表1　雙空心抽油桿基本數據

JH2P2井采用8型抽油機，在抽油桿設計過程中考慮校核懸點最大載荷，確定能否滿足抽油機生產要求。理論計算過程如下：

抽油機上沖程時，懸點最大載荷為：

式中：Pmax為懸點最大載荷；Wr為上沖程中作用在懸點上的抽油桿柱載荷；W1為作用在柱塞上的液柱載荷；Iu為上沖程中作用在懸點上的慣性載荷；Phu為上沖程中井口回壓造成的懸點載荷；Fu為上沖程中的最大摩擦載荷；Pv為振動載荷；Pi為上沖程中吸入壓力作用在活塞上產生的載荷。

但是，抽油桿在井下工作時，受力情況相當復雜。所以，用來計算懸點最大載荷的公式只能得到近似的結果。在考慮慣性載荷的情況下將以上公式簡化為：

式中：s為沖程，m；n為沖次，min-1。

式中：q為每米抽油桿的質量，kg／m；g為重力加速，m／s2；L為抽油桿柱長度。

式中：fp為柱塞截面積，m2；fr為抽油桿截面積，m2；ρ1為液體密度，kg／m3。

考慮雙空心桿內循環水的質量：每米雙空心桿內循環水的質量為0.8 kg。每米抽油桿質量如表2。

表2　每米抽油桿質量（含接箍質量）

設計結果如表3。因此，目前所使用的8型抽油機可以滿足生產的需要。

表3　設計結果

2.2.3地面工藝設計針對該工藝可利用多種熱源的特點，根據

JH2P2井的實際情況，選擇利用套管氣配合燃煤，

通過地面換熱器對雙空心桿內循環的熱載體進行加熱的地面工藝。

3　試驗效果分析

1） 試驗后功圖恢復正常，油井結蠟現象明顯改善，由試驗前的熱洗周期10 d延長至今未再進行熱洗作業。在201401-21功圖出現稠油特征，且最大載荷增大，最小載荷下降，分析認為進水溫度45℃，回水溫度42℃，產出液相當于地層溫度，熱交換不明顯，功圖顯示不正常。通過調整進水溫度至85℃，回水溫度達到64℃后，功圖明顯改善，生產恢復正常。試驗前后功圖變化界面如圖2～3，溫度優化功圖變化界面如圖4～5。

圖2　試驗前生產功圖界面

2） 泵效得到提高。試驗后產出液穩定，泵效從試驗驗前的61%提高至75%。

3） 抽油機平衡，上下行電流大幅下降，從20 A下降到10 A左右，降低了輸入功率，平均每日可節約用電143 k W·h，節能降耗明顯。試驗前后抽油機電流變化曲線如圖6。

圖3　試驗當天測取后功圖界面

圖4　加熱溫度降低后功圖界面

圖5　入口溫度優化后功圖界面

圖6　試驗前后抽油機電流變化曲線

4） 動液面數據真實，為動態分析提供數據支撐。試驗后動液面從411 m下降至623 m，分析為試驗前井筒液體氣泡或死油帽影響，采用該工藝后能真實錄取動液面變化情況。

5） 原油脫水加熱時間縮短，井上人員勞動強度降低。試驗后產出液溫度在60℃左右，由于產出液溫度高，現在原油脫水打循環前已不用加熱，較試驗前縮短加熱時間12～16 h。

6） 熱源穩定，循環利用，節能降耗明顯。空心桿加熱技術是利用套管氣作為燃料，在井筒提前給產出液加熱，沒有因增加地面加熱設備造成新的能源損耗，而且原有井口分離器能夠滿足現場空心桿加熱需要。

7） 經濟效益良好。該井使用雙空心桿加熱清防蠟工藝，總投入￥31.7萬元，使用雙空心桿后，計算單井每年可節約￥58萬元，半年即可收回雙空心桿總投入成本，實現了降本增效。

從目前情況看，空心桿工藝在JH2P2井運行較好，達到了試驗預期效果，下一步擬對該井結蠟點溫度進行分析化驗，以利于更好地降低能耗；同時開展進水溫度優化及井內阻垢劑研究，避免近井口井段因長期高溫造成管柱結垢，為雙空心桿閉式循環技術在涇河油田稠油井的推廣應用提供完備的技術支撐。

4　結論

1） 空心桿閉式循環工藝技術適合涇河油田稠油井的開采，在稠油防蠟降黏方面效果顯著。

2） 雙空心桿閉式循環工藝技術的應用有助于稠油井的降本增效，目前已在涇河油田2井區三口井推廣應用，建議下一步將針對高產稠油井加大推廣應用范圍。

［1］張子剛.雙空心桿循環伴熱技術在超稠油井上的應用［J］.石油石化節能，2014（2）：17-21.

［2］張勇，李小剛，張德彬，等.雙空心桿閉式循環加熱工藝［J］.注采集輸，2011，30（2）：55-56.

［3］崔蘭，霍立興，張玉鳳.空心抽油桿摩擦焊接頭斷裂失效分析［J］.石油礦場機械，2002，31（6）：49-51.

Application of Double Hollow Rod Closed-cycle Technology in Heavy Oil Wells

YANG Junke，ZHANG Rongfu
（No．3 Oil Production Plant，Sinopec Huabei Company，Xianyang 712000，China）

Jing He Oilfield has a high density，high viscosity，high features of waxcontaining，high pour point，and every well is different.Some high yield Wells of heavy oil well characteristics significantly，which lead to serious paraffin deposit in oil wells and the pumping unit is imbalance. The operation of conventional hot washing，hot washing cycle is short，and the paraffin remover application effect is poor，which can’t guarantee the normal production of oil well.The double hollow rod closedcycle technology build heat carrier circulating passage between the hollow rod and insulated inner pipe，the cycle of heating，to achieve the purpose of preventing wax，reducing the viscosity of heavy oil and changing the oil mobility.In Jing he oilfield heavy oil wells to carry out a pilot test，the effect is obvious，which is not only to protect the normal production of oil wells，but also reach the purposes of costsaving and profitincreasing.

viscous crude oil；double hollow rod；closedcycle

TE934.503

B

10.3969／j.issn.1001.3482.2015.11.024

1001-3482（2015）11-0090-04

2015-05-22

楊俊科（1983），男，陜西西安人，碩士研究生，研究方向為采油、采氣工藝技術，Email：yangjunke1011＠163. com。