無阻型高效洗井防污管柱的應用與評價

闞長賓 楊進 于曉聰 方新強 喬宏石 蘇建

1.中國地質大學（武漢）資源學院；2.中國石油大學（北京）海洋工程研究院； 3.中國石油遼河油田分公司；4.中國石油渤海鉆探定向井公司

定期熱力清蠟技術與化學清防蠟、電磁清防蠟、涂層防蠟相比，具有經濟性、高效性、易操作性等諸多技術優勢，經過20余年的現場實踐已逐漸發展成為遼河高含蠟油田區塊的最主要防蠟方法［1-2］。

油田開發轉入中后期，油層出砂、油藏欠注、竄層等原因造成的油藏壓力系數低直接導致常規熱洗洗井效果差［3-4］，主要表現為：漏失嚴重或不返現象、洗后產能恢復慢、洗后產量下降、洗井液用量大、洗井效率低、周期短等［5-6］。國內外工程技術人員針對此類技術難題開展了一系列高效洗井、油層防污染研究及現場試驗，取得一些技術效果，但這些防污染洗井技術通常增加了油氣舉升過程的流動阻力或吸入阻力，從而一定程度影響了油井產能，而文獻中針對無阻型高效洗井防污管柱的研究相對較少［7-8］。

為了在舉升過程中降低流動阻力、洗井過程中高效防污，研制了無阻型防污染管柱，通過無阻型泵下漏失控制裝置的設計與應用，可有效控制熱洗過程中洗井液的漏失量，從而保護儲層不受傷害、提高了洗井液攜蠟的返排效率；同時，生產舉升過程中無附加流動阻力、不影響舉升效率。現場試驗和先導性應用結果表明，該管柱技術可大幅提高洗井效率、保護油氣儲層。

1 管柱結構

1.1 防污管柱結構

新型防污染高效洗井管柱，主要是將雙向卡瓦油管錨定器、無阻型洗井漏失控制裝置、油管扶正器、自封封隔器和篩管等井下工具，與常規抽油泵舉升管柱進行配合。如圖1所示，為典型井的新型防污染高效洗井管柱結構示意圖。

1.2 防污染高效洗井原理

常規抽油井熱洗反洗井過程為：首先將抽油泵活塞上提至泵筒一定距離，將高溫洗井液從井口套管泵入，經油套環空、抽油泵進入油管管柱，對井內管柱和抽油泵進行高溫融蠟，并將融化蠟從油管井口返出地面［9-10］。洗井過程中，若熱的洗井液攜帶融化的蠟晶漏失進入油藏，則當重新開井生產舉升時，蠟晶體又將在管壁結蠟，導致頻繁洗井［11-12］。

圖1 典型井的無阻型防污染高效洗井管柱Fig. 1 Unimpeded anti-fouling efficient flushing string of typical well

無阻型防污染高效洗井管柱的防污染原理為：洗井管柱通過無阻型洗井漏失控制裝置與自封封隔器的配合應用，使得抽油井在熱洗洗井過程中，當洗井液自井口套管經套管環空泵入井筒，受自封封隔器的封隔作用，洗井液將經篩管短節流入無阻型洗井漏失控制裝置，這時洗井流體將流經由控制裝置本體、六輔限位扶正肋和近懸浮狀態的筒型浮動閥側壁所構成的圓環形流體通道，筒型浮動閥側壁由于受流體黏附力作用及壓差壓持作用將自動關閉并保持關閉狀態，從而阻止了洗井液經控制裝置漏失進入油層；而在油氣井舉升過程中，流經控制裝置的產出液將反方向流經流動通道，流體所產生的黏附力及壓差壓持作用將筒型浮動閥壓持在六輔限位扶正肋的上部端面，從而將漏失控制裝置的流通通道開啟?？刂蒲b置的流道與上下管柱為等通徑流動過程，其次，筒形浮動閥的近懸浮式設計，并可根據不同油井的產液等效密度進行等效密度調整，故舉升過程流經泵下管柱的流動阻力很小，可視為吸入過程為無阻流動過程。

油管錨的主要作用是錨定油管，有效防止油管管柱的蠕動，改善抽油泵工作工況，提高泵效并延長檢泵周期［13］，防止油管在抽油泵交變載荷作用下的油管蠕動現象發生，從而造成自封封隔器早期失效而影響管柱的洗井效果。油管扶正器的作用是改善油管的下入狀況，從而提高無阻型洗井漏失控制裝置的工況環境并提高抽油泵泵效，保障其順利的打開與關閉，同時也改善了自封封隔器的工況。

2 無阻型洗井漏失泵下控制裝置

2.1 結構設計與工作原理

無阻型洗井漏失泵下控制裝置結構如圖2所示，主要由裝置本體、六輻限位扶正肋、筒形浮動閥、安裝環、浮動閥密封蓋、浮動閥密封座、下接頭、O型橡膠密封圈、油管接頭等構件構成。

圖2 無阻型洗井泵下控制裝置柱結構Fig. 2 Structure of pump control device for open-flow well flushing

其中，六輻限位扶正肋、筒形浮動閥、密封座是無阻型洗井漏失泵下控制裝置的功能性構件，在流體黏附力作用及壓差壓持聯合作用下可實現控制裝置的開啟與關閉。筒形浮動閥通過筒形密閉浮筒的地面等效密度標定，根據油層產液等效密度以實現井下的近懸浮狀態的開啟與關閉控制，從而降低井底流體入泵的流動阻力。

油井洗井工況條件下，流體自控制裝置上部沿筒形閥周圍的環形空間流經漏失控制裝置，浮動閥的圓筒壁在流體黏附力作用下向下拖曳運動并坐落于密封閥座上，在裝置密封面上、下壓差的作用下，浮動閥將在壓差壓持作用下保持關閉狀態，從而阻止了洗井液漏失進入油層。油井舉升工況條件下，流體反向流經筒形閥周圍的環形流體通道，浮動閥的圓筒壁將受到向上的流體拖曳力作用，從而離開密封閥座，并在壓差壓持作用下將近懸浮浮動閥壓持在六輻限位扶正肋的上部端面，保持開啟狀態。筒形浮動閥的開啟與關閉由六輻限位扶正肋限定在有限的活動空間內，即保證開啟過程的流動無阻，又能通過扶正筒形閥坐落在密封座的坐落姿態，以確保密封有效性。

2.2 主要技術指標

總長：0.8 m； 外徑：144 mm；適用流體等效密度范圍：0.80～1.30 g/cm3；最大允許使用工作壓力：35 MPa；最大允許漏失量：0.5 m3/h；最大允許壓差阻力：0.2 MPa；最小過流面積：4500 mm2；連接方式：?73 mm；耐溫：150 ℃；耐酸洗、堿洗。

3 性能實驗與測試

3.1 室內實驗

（1）實驗裝置。室內實驗裝置主要由密封套管實驗筒、試壓泵、自封封隔器、無阻型漏失控制裝置、壓力表、數據采集及控制系統和實驗架等構成。實驗系統示意圖如圖3所示。

圖3 室內模擬實驗系統Fig. 3 Laboratory simulation experiment system

（2）實驗過程。無阻高效洗井管柱主要對其舉升過程附加阻力、洗井過程管柱漏失率、管柱承壓特性等參數進行實驗模擬。實驗過程為：實驗裝置連接完畢后，通過中心打壓管線和上腔室液控管線同時打入壓力液，當上、下腔壓差從0逐漸增加到5 MPa，穩壓3 min，記錄漏失量；而后逐漸提高上、下腔壓差至10 MPa，每增加1 MPa，穩壓3 min并記錄管柱漏失量。上述過程結束后，關閉上腔室液控管線閥門，從下腔室液控管線向實驗系統內打壓，打壓方式為定排量打壓，排量范圍為0.3～3 m3/h，每組排量增量為0.2 m3/h，并記錄定排量穩定條件下的下腔壓力值與中心管壓力值。

（3）實驗結果。室內實驗表明，無阻高效洗井管柱承壓特性及自封封隔器密封性能良好，當上、下腔壓差為10 MPa并在穩壓過程中，各項參數均達到設計指標；打壓至10 MPa，穩壓10 min，壓力不下降；10 MPa穩壓條件下的折算漏失量小于0.6 m3/h，滿足熱洗洗井工況的漏失量控制要求。

3.2 現場測試

（1）井場地面測試。HN23-CS1井小修作業過程中，對將要下井的無阻型洗井泵下控制裝置進行了現場測試。試驗結果如圖4所示，試驗過程中壓力最大值為20.8 MPa，滿足采油作業的壓力要求；當壓力值設定維持在20 MPa時，折算漏失量隨壓力的升高而減小，且當壓力值高于11 MPa時漏失量基本保持在一個恒定值0.78 m3/h不變。從井場測試數據看，達到了設計指標的要求，滿足工具下井要求。

（2）洗井測試。HN23-CS1井下入新型防污染高效洗井管柱，開展了洗井測試。該井完鉆井深2355.6 m，人工井底 2 304.3 m，最大井斜角 27.5°，造斜段長350 m，主力油層層位為1 918.7～2 012.8 m（16.2 m/4層）。

完井管柱結構：絲堵（1 583.4 m）+?73.02 mm油管+篩管（8 m）+自封封隔器（1 546.7 m）+油管扶正器（1 544.5 m）+?73.02 mm油管短節+無阻型洗井泵下控制裝置（1 540.9 m）+?73.02 mm油管+篩管（3.5 m）+?73.02 mm 油管 +抽油泵（1 520.1 m）+油管錨（1 495.6 m）+?73.02 mm油管至井口懸掛器。如表1所示，為HN23-CS1井新型防污染高效洗井管柱測試試驗與前幾次常規洗井效果對比情況表。試驗結果表明，洗后平均電流、洗井液用量、洗井用時分別為前4次洗井平均參數值的85.94%、46.22%、40.58%；與此同時，洗井液漏失量與歷次常規洗井相比，僅為平均漏失量的4.57%；新型防污染高效洗井管柱有效控制了洗井過程的洗井液漏失現象、提高了洗井液的熱能利用效率、改善了熱洗效果、提高了洗井時效性。洗井后，油井的平均產能恢復歷時僅為常規熱洗恢復歷時的9.80%，熱洗周期提高至常規洗井周期的2.49倍，大幅提高了熱洗井的生產時效性，且節省了洗井費用。

圖4 洗井泵下控制裝置地面承壓測試時程曲線Fig. 4 Time history curve of ground pressure bearing test of pump control device

表1 HN23-CS1井歷次洗井效果對比Table 1 Well flushing effect comparison of Well HN23-CS1

4 效果評價

在開展先期實驗的基礎上，又開展了先導性試驗，試驗總井次為33口井，成功率為100%，部分井的實驗效果對比分析如圖5、圖6所示。先導性試驗表明，與常規熱洗81.2 m3/井次的平均單井洗井液用量相比，高效防污管柱的平均單井洗井液用量為37.4 m3/井次，而平均單井洗井液漏失量分別為67.5 m3/井次、5.4 m3/井次；單井平均洗井耗時分別為8.8 h、4.1 h，大幅提高了洗井作業效率，并大幅降低了因洗井液漏失給油氣產層造成的傷害。洗井后，與常規熱洗5.3 d的平均產能恢復時間相比，高效防污管柱的產能恢復效率提高8.83倍，大幅提高了油井的生產時效。

圖5 部分井的洗井液用量及洗井耗時對比Fig. 5 Comparison of flushing fluid consumption and flushing time between some wells

圖6 部分井的洗井液漏失量及產能恢復時間對比Fig. 6 Comparison of flushing fluid loss and productivity recovery time between some wells

5 結論

（1）無阻高效防污管柱的技術管柱結構緊湊、工藝簡單、配套工具技術成熟，且經濟性高?？纱蠓澕s洗井液用量、縮短洗井歷時及產能恢復時間，有效避免低壓、易污油藏的油層傷害。

（2）與常規熱洗技術相比，洗井液用量、洗井耗時僅為常規技術的46.1%、46.6%，洗井液漏失量、洗后產能恢復時間為常規技術的8.0%、11.3%，洗井漏失率降低了95.43%，有效防止了洗井液進入油層造成傷害、大幅提高了油井的生產時效。

（3）該管柱結構為易結蠟、低壓力系數、易傷害油藏的產層保護及高效開采提供了一個新思路，可在現有采油工藝技術條件下，借助于油井檢泵、檢管、重配等小修作業措施，完成無阻高效洗井防污管柱的下入作業，經濟性好且具有廣泛的推廣應用價值。