稠油井注采一次管柱及配套工藝技術

郭玉山

摘 要：本文詳細闡述了注采一次管柱及配套技術在稠油注蒸汽井中的應用，該技術使用桿式泵配合一次管柱生產，并開創性地使用普通油管代替隔熱管，應用氮氣隔熱注汽，從而實現不動管柱進行注汽、采油、檢泵、沖砂等作業。減少了因頻繁注汽造成生產成本的增高，經濟效益變差的狀況。該技術的應用節約了作業費用，縮短了作業時間，節省了隔熱管費用，有效降低稠油生產成本。

關鍵詞：稠油；一次管柱；應用；桿式泵；隔熱；錦州油田

1注采一次管柱的研究

通過實踐，合理選用注采一次管柱用泵，完成配套工具以及工藝系統使注采一次管柱工藝配套技術更趨于完善，使之大面積推廣應用，并取得較好的應用效果。

1.1 注采一次管柱基本原理

稠油井注采一次管柱的管柱結構（見圖1）主要由3寸油管、油管扶正器、桿式泵懸掛器、桿式泵以及井口懸掛器等組成。熱采井直接下入一次管柱，在油管注蒸汽的同時，從套管注入定量的氮氣，并采取定時補氮的方法，確保氮氣的隔熱效果。注汽結束后再下桿柱生產。該工藝也可以在油井周期末檢泵時下入一次管柱生產，待油井能量不足需要注汽時，上提抽油桿，用懸掛器將桿式泵懸掛在泵上4寸管內（以形成注汽通道）；注汽后，下放抽油桿轉抽生產。

圖1注采一次管柱基本原理

1.2 注采一次泵的選用

稠油井注采一次管柱及配套工藝技術主要使用普通油管、注采一次泵和氮氣隔熱來完成。稠油井注采一次管柱的管柱結構（見圖1）主要由3寸油管、油管扶正器、懸掛器、泵以及井口懸掛器等組成。該技術應用成功的關鍵是注采一次泵的選用。初期，我們先后使用了浮球式注采一次泵；空心環流泵以及桿式泵三種泵進行了實驗，這三種泵的對比如下：

1.2.1 浮球式注采一次泵

將原普通管式泵固定凡爾換成浮球式固定凡爾總成及完成泵的轉換，不僅簡便易行，而且可以大大降低成本。浮球式注采一次泵具有以下幾個特點：

（1）成本低廉，固定凡爾總成1500元/臺，配套泄油器1000元/臺。

（2）配合普通管式泵使用，結構簡單，易于作業施工。

（3）固定凡爾總成檢修后可以重復利用。

缺點是注汽后，泵筒內壁及柱塞表面結垢，致使該泵在注汽轉抽時難度很大。

1.2.2 空心環流泵

空心環流泵與浮球式注采一次泵相比，應用效果雖然有所改善，但是，因其結構復雜，經過注汽的高溫高壓以后，破壞了常溫下的配合精度，表現在以下兩方面：

（1）泵的各部件產生熱應力有可能出現微量變形。

（2）柱塞表面，泵筒內壁結垢。

注汽后下放柱塞，按其設計壓力（5KN）卡簧不能順利通過導油擋塊，至使底閥不能坐封。導致該泵注汽轉抽成功率低，不適宜大面積推廣。

1.2.3 桿式泵

普通桿式泵內外工作筒之間采用橡膠圈密封，耐溫能力差（≤60℃），不能滿足注汽要求，因此，我們改進了密封材料及方式，解決了密封件耐溫問題（主要技術指標見附表），能夠滿足注汽后下泵生產。且桿式泵內工作筒可以互換，對一些不需動管柱的油井，可以實現反復多次注汽-轉抽，而且檢泵時可以將管內的原油泄出，不需安裝泄油器。

通過實踐，現在的注采一次管柱工藝，我們已全部使用桿式泵作為注采一次管柱用泵且取得了較理想的使用效果和較好的經濟效益。

1.3 配套工具

1.3.1 懸掛器

注汽時柱塞必須懸掛在泵筒之上，以形成注汽通道，用懸掛器懸掛抽油桿柱，旋緊懸掛器上蓋后，即可連接注汽管線注汽。該作業可以通過使用吊車完成，不需作業隊，可節省一次作業費用。

1.3.2 扶正器

油管柱加設扶正器，在注汽時，油管與套管同心，減少熱損失，確保環空氮氣的隔熱效果。

1.3.3 井口單流閥

注汽時注汽壓力、溫度升高，環空氮氣膨脹，井口單流閥可以避免氮氣回返，以減少熱損失以及對地面設備的損壞，尤其在多井同時注汽的情況下，可以避免由于各井環空壓力的不同而產生氣竄現象。

1.3.4 壓力平衡閥

壓力平衡閥能夠保證在注氮氣時，環空氮氣具有良好的隔熱效果，節省氮氣用量，同時它還可以保護地面設施和注氮設備。由于套管內壓力受注汽的溫度、排量、干度及井深的影響，必須保證壓力平衡閥在一定的井深并在其調定的壓差下開始工作。使用可調節式的壓力平衡閥，確保環空氮氣在一定壓力下，保證隔熱效果，為注氮氣提供可靠的技術參數。

2 配套工藝改進

2.1 隔熱管柱

實際我們采用普通的油管代替隔熱管作為隔熱管柱，熱采時，將泵座與光油管一起下到設計位置，油套環空注氮隔熱，然后從油管中間注入蒸汽，全井不使用隔熱管，大大節省了隔熱管的周轉材料費。

2.2 氮氣隔熱

由于氮氣的導熱系數為0.0228N/m.k，具有很強的絕熱性。故在稠油熱采中，油管注蒸汽、套管注氮氣，使注入蒸汽熱量損失很小；另外，該工藝還會大大改善套管的力學性能，保護套管，延長其使用壽命。

為確定隔熱效果，我們進行了油套環空注氮隔熱溫度測試。分別選擇了普通注汽管柱井與光油管環空注氮井，在注蒸汽時進行套管溫度監測。

對比結果表明，該措施采用氮氣隔熱與普通蒸汽吞吐井的套管溫度基本相同（均為240℃左右）。

2.3 注氮設備

稠油井注采一次管柱技術能否推廣，注氮設備是一重要環節。移動注氮車可以在各區塊靈活使用，需要時可隨時搬遷、隨時補氮，同時又可以不用專門的注氮調剖管線，使用方便，又節省了投資。

3 結論及建議：

稠油井注抽一次管柱工藝技術在錦州油田的應用成功，使其在配套工具、工藝上已完全成熟，這標志著我國稠油井開采又多了一新的有效途徑。

然而，該工藝技術在實施過程中還存在著一定的不足，主要有以下幾個方面：

（1）工藝配套的防砂措施還不完善，出砂井易卡泵。在所實施的油井中砂卡有14井次，影響了措施效果和措施的應用范圍。

（2）初期桿式泵的密封材料耐溫不能滿足注汽要求（不能超過240℃），不能滿足管、桿一次性下入井內。注汽后需作業隊重復搬家立井架，經過改進后，情況已經改變。因此，該項技術在實施的過程中，應注意選用合適的桿式泵。

（3）初期由于泵型與油井產能不匹配，激勵油層出砂卡泵。

（4）在注氮、注汽過程中，個別熱采井口出現漏汽現象。影響措施效果，造成不必要的浪費。

參考文獻：

[1]廖廣志.注氮氣提高稠油油藏熱采采收率研究[D].中國石油天然氣總公司石油勘探開發科學研究院博士研究生論文，1996

[2]陳榮燦，霍進等.稠油注蒸汽加氮氣吞吐實驗研究.特種油氣藏，1999，6（3）59～64，70