北部扎齊油田稠油冷采工藝優化與實踐

賈俊敏

（中國石油遼河油田分公司鉆采工藝研究院，遼寧盤錦 124010）

北部扎齊油田位于哈薩克境內，是一個大型帶邊底水和氣頂的普通稠油油藏，主要儲層為白堊系、侏羅系疏松砂巖；儲層滲透率200 mD～3 000 mD；地層原油黏度 316 mPa·s～417 mPa·s；地質儲量 2.52×108t，動用地質儲量2.04×108t；目前采用衰竭式和注水開發。區塊埋藏較淺，地層從下至上為古生代（灰巖為主）、中生代（碎屑巖為主）及新生代（泥巖為主）。本區主要目標層為中生代的白堊系和侏羅系，白堊系油藏中深為350 m，侏羅系油藏中深為440 m，侏羅系油藏平均中部埋深420 m，厚度85 m。從上至下劃分為3個砂層：J10、J20、J30，主要為辮狀河沉積，主力油層為J10B、J20，為邊底水砂巖稠油油藏。目前主要開采侏羅系油藏。白堊系油藏平均埋深340 m，為深灰色泥巖夾薄層水下分流河道砂巖，從上至下劃分為4個砂層組。主力油層NeoB、NeoC、NeoD為薄互層狀砂巖稠油油藏。由于開發方式目前以稠油冷采為主，油井較淺，出砂嚴重，檢泵周期短、頻次高，此外，該區塊地層水礦化度高，水型為CaCl2型，采油工藝技術有待提高。

1 影響因素分析及采油方式優選

1.1 舉升工藝影響因素分析

根據北部扎齊油田的作業描述，該區塊沖砂、撈砂及檢泵作業是主要的修井作業項目，且修井頻率較大，檢泵周期較短，區塊平均單井檢泵周期半年，而且撈砂和檢泵作業同時進行占大多數，可見出砂是造成檢泵的重要原因。除此之外，該油田主要作業項目包括更換泵部件、換泵、改變泵深、更換抽油桿、轉換舉升方式等。另外，地層水礦化度高，且為CaCl2水型，存在井下設備腐蝕和結垢問題。前期主要采用稠油冷采方式，無井筒降低黏度措施，舉升方式主要考慮原油黏度、出砂、水平井及腐蝕的影響。

1.2 舉升工藝的優選

根據油藏工程預測產量以及結合目前生產現狀，并采用等級評價和人工舉升方式等級加權法對北部扎齊油田人工舉升方式進行優選[1]（見表1）。

通過對北部扎齊油田人工舉升方式選擇，可知螺桿泵和有桿泵采油是北部扎齊油田最佳舉升方式，（1）已經有一定的應用基礎，（2）其他舉升方式沒有更強的適應性，但在生產過程中，也暴露出許多問題，主要表現為抽油井檢泵周期短，既影響產量，又增加成本；配套防排砂技術尚不完善。因此需要針對性地做相應的配套工藝技術研究。根據配產量的不同，建議配產50 m3/d以上采用電潛泵采油，配產30 m3/d以上采用螺桿泵采油，配產30 m3/d以下采用有桿泵采油。根據生產工況的不同，確定不同油井舉升方式。

（1）高出砂冷采井，充分發揮出砂冷采的優勢，通過出砂冷采，提高地層滲流能力，首選螺桿泵舉升。

（2）出砂較少油井，出砂粒徑在0.1 mm以下采取排砂措施，出砂粒徑在0.1 mm以上采取防排結合方式。若采用螺桿泵，則將泵下入油層位置強制排砂，有桿泵則采用大泵徑、大間隙，低沖次方式，提高生產壓差排砂采油。

（3）對需要加深泵掛的水平井，將泵掛設計到一定的井斜位置，并配套相應的防偏磨措施。

（4）轉換開發方式受效井，熱采井或聚驅井根據監測產出液性質配套舉升工藝。

2 稠油冷采舉升工藝優化

目前，稠油冷采使用較多的舉升方式為螺桿泵舉升[2]，搜集了比較全面的螺桿泵相關參數和工藝設計參數，進行了螺桿泵井舉升設計。以NB4-2井螺桿泵舉升設計計算為例，基礎數據收集表（見表2）。

首先進行了NB4-2井產能計算及泵型初選，為了計算產液速度和井底流壓、動液面及沉沒度的關系，首先計算了該井流入動態，產能計算與有桿泵設計類似。為了放大生產壓差，同時為了保持較高的沉沒壓力，挖掘生產潛能，同時為了有較好的攜砂效果，將泵下到射孔段頂部，選擇下泵深度425 m，根據產能情況，初步選擇泵型（見表3）。

表1 舉升方式適應性分析

表2 NB4-2井基礎數據

表3 螺桿泵基本參數設計

根據泵型參數，設計轉速100 r/min時，理論排量40.32 m3/d。綜合考慮井況特點、開發要求以及泵參數最終確定了工藝參數，并進行了相關優化設計和校核，結果（見表4）。

根據計算結果，該井螺桿泵舉升時需要調整合理的轉速，與油井產能匹配，同時可提高系統效率，另外，需要根據受力分析配套仿偏磨扶正器，具體扶正器位置根據側向力曲線確定，計算結果（見圖1），在190 m～270 m位置安裝扶正器。

3 配套措施優化及設計

3.1 鉆井、完井工藝技術

國外稠油出砂冷采井普遍采用24.8 cm套管完井，出砂冷采需要采用大孔徑、高孔密射孔，采用大套管完井，便于射孔作業，提供較大的有效泄油面積、提高油井產量[3-5]，北部扎齊油田具體根據各油區產能情況等進行了鉆、完井工藝設計。

3.2 射孔工藝技術

稠油出砂冷采井采用大直徑、深穿透、高孔密射孔技術，以便油井有更多機會出砂，進而提高原油產量。調研表明，射孔孔徑大于25 mm，出砂冷采時不能形成砂橋，有利于形成蚯蚓洞。同一種孔密，孔徑大的效果好，相同孔徑，射孔孔密越高，效果越好。設計20 mm～25 mm 孔徑，20 孔/米～32 孔/米的孔密。

3.3 螺桿泵舉升管柱設計

3.3.1 舉升工藝配套 螺桿泵因其運動部件少、砂粒不易沉積、不易結蠟、不會產生氣鎖、結構簡單、適應性強等優點，而廣泛應用于稠油出砂井中。稠油出砂冷采過程中，如果下泵深度較淺（如油層頂部）則油層可能會在短時間內被砂埋，抑制砂子和流體的進一步產出，嚴重降低開采效果；而且下泵深度淺時，生產壓差也小，不利于提高產能。如果下泵深度過深（如油層底部），則在泵排砂不及時的情況下，泵可能被砂子埋住而使油井被迫停產作業。因此設計將管柱下入出砂冷采井油層底部（即泵吸入口位于油層底部，泵體位于油層中部）。

表4 NB4-2井螺桿泵舉升系統設計結果表

圖1 NB4-2井桿柱受力及工況分析

對于北部扎齊出砂冷采井，含砂增高時對扭矩的影響很大。國外出砂冷采普遍采用φ88.9 mm油管和φ25 mm抽油桿[6]，其優點是，便于把轉子提出進行正沖砂。φ73 mm油管與φ25 mm抽油桿配合時，管桿接箍處環空面積小（6.4 cm2），現場正沖砂壓力達到15 MPa仍不能洗通，而φ88.9 mm油管和φ25 mm抽油桿配合時，管桿接箍處環空面積為21.6 cm2，5 MPa壓力時即可完成洗井施工。因此，設計采用φ88.9 mm油管。

3.3.2 防砂工藝配套 北部扎齊油田目前主要采用稠油冷采激勵出砂的方式進行開發，井底沉砂現象嚴重，但是隨著轉換開發方式的實施，需要進一步認清出砂規律，同時需要進一步認清高含水情況下出砂冷采的優缺點，完井時需采取一定的防砂措施，可采取的地層防砂方式包括射孔防砂方式或壓裂防砂方式，人工舉升方面，采用氣砂錨或者刮砂沉砂抽油泵，降低入泵流體的含砂量，同時可以延長砂埋儲層的周期，以延長有桿泵舉升檢泵周期。

鑒于北部扎齊油田出砂較嚴重，且流體性質復雜，容易引起井下泵卡堵，采取儲層防砂和管內防砂兩級防砂措施結合，管內防砂工藝示意圖（見圖2）。

圖2 防砂沉砂裝置原理示意圖

4 應用實踐及效果分析

4.1 采油工藝

北部扎齊油田目前采油工藝以螺桿泵舉升工藝為主，抽油機井為輔，少數井使用ESPCP和ESP，舉升油井較淺，無井筒降黏措施。截至目前，北部扎齊油田總井數1 500口井，其中，采油井1 125口，注水井355口，水源井16口，壓力監測井46口，觀察井23口，報廢井4口。開井油井平均日產液39 m3，日產油5 m3，產出液不含砂，以螺桿泵舉升為主，其中螺桿泵925口，有桿泵81口，電潛泵28口，ESPCP井31口，其他59口。有桿泵采取短沖程、高沖次的方式，沖程1 m～3 m，沖次4次/分～12次/分。目前油田綜合含水率89.81%，地質儲量采油速度0.53%，可采儲量采油速度1.87%。油田累積產液量10 524.8×104m3，累積注水量8 746.5×104m3，累積注采比0.83。

4.2 鉆完井方式

北部扎齊油田油井以直井為主，水平井、斜井、定向井為輔，直井占總井數的96.4%，完井井段根據整體開發部署分別位于侏羅紀和白堊紀層位，初始射孔以射開單層為主，部分井同時射孔合采。形成了適合淺層松散砂巖稠油油藏的水平井、側鉆水平井配套鉆采工藝技術，采用中半徑鉆井軌跡和大斜度井段尾管懸掛篩管完井，已在油田上規模應用；直井采用套管完井或采用封隔器+尾管完井。

4.3 新工藝措施

實施增產措施包括調層上返、堵水、酸化、換層、穩油控氣。2016年度實施增產措施41井次，總有效率95.1%，其中優化工作制度28井次，年累積增油量8 133.6 t，換層上返13井次，年累積增油量7 981.9 t，全油田措施合計年累積增油16 115.5 t。

針對油田的特點，開展了注熱水開發、注聚合物開發、注蒸汽熱采、火燒油層試驗。目前EOR運行井組平均單井組日產油19.7 t，含水率90.1%。

水平井也是北部扎齊油田三大工程之一的技術，目前油田共有水平井173口，開井152口，水平井月產油量 1.75×104t。

4.4 效果分析

通過北部扎齊油田螺桿泵排砂稠油冷采技術及配套技術的優化和實踐，包括水平井、熱采試驗等一系列措施的應用，形成了疏松砂巖稠油油藏螺桿泵攜砂采油工藝技術，并形成系列鉆完井配套技術，解決了北部扎齊油田開采技術難題，實現了國外油田規模開采，取得了良好的經濟效益。

5 結論及認識

（1）稠油出砂冷采井建議采用大直徑、深穿透、高孔密射孔技術，以便油井有更多機會出砂，進而提高原油產量，射孔孔徑大于25 mm，出砂冷采時不能形成砂橋，有利于形成蚯蚓洞。

（2）螺桿泵因其運動部件少、砂粒不易沉積、不易結蠟、不會產生氣鎖、結構簡單、適應性強等優點，而廣泛應用于稠油出砂冷采井中。

（3）出砂較少油井，出砂粒徑在0.1 mm以下采取排砂措施，出砂粒徑在0.1 mm以上采取防排結合方式。若采用螺桿泵則將泵下入油層位置強制排砂，若采用有桿泵則采用大泵徑、大間隙，低沖次方式，提高生產壓差排砂采油。

（4）水平井根據產能分析，對需要加深泵掛的水平井，將泵掛設計到一定的井斜位置，并配套相應的防偏磨措施；結合現場實際情況，采取相適應的地層或井筒防砂工藝。

參考文獻：

[1]張琪.采油工程原理與設計[M].東營：石油大學出版社，2000：103-110.

[2]王惠清，謝建勇，等.螺桿泵舉升技術在深層稠油冷采中的應用[J].新疆石油天然氣，2015，11（4）：48-49.

[3]劉新福，宋鵬瑞，等.稠油出砂冷采特征及技術對策[J].河南石油，1997，11（3）：17-22.

[4]胡常忠，楊曉蓓，等.河南油田稠油出砂冷采可行性分析及礦場試驗[J].石油勘探與開發，2000，27（5）：87-89.

[5]劉立平，任戰利.薄淺層稠油冷采開采工藝技術研究[J].西北大學學報（自然科學版），2008，32（2）：293-294.

[6]武兆俊，董本京，等.蘇丹L區F油田稠油冷采實踐與認識[J].石油鉆采工藝，2007，29（5）：77-78.