低滲透油藏水平井采油舉升方式優選及配套工藝應用

周冰欣，鄭玉倩，王登蓮，王少亭，海金龍，劉 叢

（中國石油長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川 750006）

水平井開采技術是20 世紀90 年代世界油氣田開發迅速發展的一項新技術，并且應用于各種類型油田開發。隨著水平井鉆井技術的提高及鉆井成本的大幅度下降，水平井開采已成為低滲透油藏提高單井產量，保障油田持續穩產、高效開發的重要技術。根據采油三廠油田特點，從水平井舉升方式優選、在用舉升方式評價及井筒配套工藝技術方面進行研究分析，為后期水平井開發提供借鑒。

1 水平井采油舉升工藝現狀

1.1 常規有桿泵

目前大多數水平井采取有桿泵—抽油機方式在直井段生產。小排量深井采油是有桿泵采油的顯著優點。由于井深較大，在采油過程中沖程損失較大，此外，受到井身結構及原油物性影響，容易造成抽油桿斷脫及偏磨。在大斜度井中，由于井身斜度較大，使用有桿泵必須采取相應扶正措施，以減輕桿管偏磨。在采油三廠水平井生產中也以有桿泵采油方式為主。

1.2 螺桿泵

螺桿泵是一種高效容積泵，具有結構簡單、體積小、質量輕、耗電少、效率高等諸多優點，在稠油、含砂、含氣井舉升工藝中顯露出自身的優勢，在大慶油田中應用較為普遍。2008 年以來，在采油三廠進行了小規模試驗，但由于維護問題，未得到廣泛應用。

1.3 潛油電泵

早期都是將潛油電泵應用于產量較大的油井，由于潛油電泵排量大，設備結構簡單、使用維護方便，適用于中、高含水期采油。隨著技術發展，小排量潛油電泵也在油田應用越來越普遍。此外，電機變頻技術的應用，進一步提升了潛油電泵的使用效果，提升了系統效率，拓展了使用的范圍。2019 年，采油三廠在水平井生產中進行了初步試驗。

1.4 水力噴射泵

水力噴射泵結構簡單、無運動部件、適應性較強、使用維修較為方便，在一些特殊工況的油井中，使用效果較好。水力噴射泵的缺點是泵效較低，對油井的沉沒度有一定要求，且回壓會對泵效產生影響。

1.5 水力活塞泵

水力活塞泵采油技術廣泛應用于水平井、叢式井及稠油或高凝油伴熱開采井中，其具有泵效高、排量適應范圍大、泵掛深、調參方便等優點。水力活塞泵的缺點是地面泵動力端與井下泵的密封難度較大，且泵維護難度較大。

1.6 氣舉采油

氣舉采油技術優點是井口及井下設備較為簡單，使用維護較為方便，在一些斜井、試油井、含砂、含氣、含腐蝕性成分的油井，以及不適合使用其他機械采油方式的油井，使用氣舉采油能夠起到較好的效果。氣舉采油的缺點是地面設備復雜，使用成本高、氣體能量利用率較低。氣舉采油對氣源要求較高，必須建立相應的氣體壓縮機站，在高壓條件下連續氣舉，容易出現安全事故，井距較大的井網中不宜采用氣舉采油。氣舉采油在我國起步較晚，現階段在部分油田逐步開展應用。

1.7 低滲透油藏水平井采油舉升方式研究的重要性

隨著我國國民經濟的快速發展，對石油的需求量越來越大。長慶油田作為中國第二大陸上油田，持續穩產是發展的要求。水平井開發應用越來越普遍，這類井型井身結構不同于常規直井，有桿泵下入深度有限，不能發揮油井最大開發潛力。此外，從現場應用情況看，水平井生產時間短，含水上升速度快，投入產出比低，未能充分發揮水平井開發優勢，因此需要加強人工舉升技術研究，優選采油方式，優化配套的工藝技術，從而合理控制生產壓差，延長水平井生產壽命，達到降低投資、提升泵效目的，最終實現水平井開發效果的提升。

2 水平井采油舉升方式選擇研究

水平井采油舉升方式的選擇是解決石油生產過程中生產要素配置的技術經濟問題。需要結合油藏及油井特點，確定用什么樣的方式及設備將石油從數千米深的油井中經濟有效地舉升到地面。這不僅關系到油田建設的基本投資和生產費用，還直接影響到原油產量和采收率。因此，在當前市場經濟的條件下，選擇合理的采油方式不能單純從技術角度考慮，還需要從經濟觀點考察。

2.1 采油舉升方式綜合評價基本模式

采油舉升方式綜合評價是采油工程方案的子系統，其組成（見圖1）[2]。

圖1 采油方式綜合評價基本模式

圖2 低滲透油藏水平井舉升方式層次分析因素

2.2 采油舉升方式綜合評價因素及模型

由于采油方式的選擇要綜合考慮經濟、技術等方面的各種因素，評價過程中涉及到眾多不同層次的模糊因素。因此，采用模糊綜合評判法及AHP 層次分析法。

2.2.1 模糊綜合評價指標的構建 模糊綜合評價指標體系是進行綜合評價的基礎，評價指標的選取是否適宜，將直接影響綜合評價的準確性。根據《采油工程方案設計》，并結合油田生產實際，確定影響因素有兩大類，其中技術類9 項：檢泵周期、檢泵作業時間、機械效率、產液量適應能力、抗腐蝕性能、工藝配套程度、參數調節難易、檢泵工作量和維修難易；經濟類4 項：檢泵成本、動力費用、人力成本和價格。

2.2.2 通過AHP 層次分析法構建權重向量 層次分析法是一種將定性與定量相結合的權重決策分析方法，將問題決策中繁多、復雜的因素按性質特征分為若干層，對層內因素兩兩進行比較，通過主觀權重賦值描述其重要性，其權重應根據實際經濟形勢和技術狀況而定。該方法將決策者的主觀判斷與客觀推理緊密結合起來，適用于解決決策準則多但不易量化的復雜決策問題，在各個領域決策方案制定中發揮著重要作用。

2.2.2.1 建立層次結構模型 根據前面確定的影響因素，構建出結構模型（見圖2）。

為了便于比較判斷定量化，引入1～9 比率標度方法（見表1）。

表1 比率標度方法表

2.2.2.2 構建成對比較矩陣

（1）成對比較技術指標（檢泵周期、檢泵作業時間、機械效率、產液量適應能力、抗腐蝕性能、工藝配套程度、參數調節難易、檢泵工作量和維修難易）影響因素，得到成對比較矩陣B1（見圖3）。

圖3 技術指標比較矩陣圖

（2）成對比較經濟指標（價格、檢泵成本、動力費用、人力成本）影響因素，得到成對比較矩陣B2（見圖4）。

圖4 經濟指標比較矩陣圖

2.2.2.3 計算各判斷矩陣的特征值、特征向量及一致性檢驗指標 通過計算，技術指標矩陣得到特征向量：W=（0.25，0.03，0.25，0.20，0.06，0.07，0.09，0.04，0.02）

經濟指標矩陣得到特征向量：

利用式（1）、（2）、（3）計算技術指標矩陣與經濟指標矩陣的最大特征根λmax，一致性指標CI，CR。

表2 平均隨機一致性指標RI 取值參考表

其中，根據表2，查得平均隨機一致性指標RI＝1.46。

通過計算得出技術指標矩陣CR＝0.08<0.1，經濟指標矩陣CR＝0.09<0.1。因此，判斷技術指標矩陣與經濟指標矩陣具有清單的一致性。

2.2.2.4 層次總排序 因層級二準則層只有兩個因素，根據經驗，將技術指標權重設為0.6，經濟指標權重設為0.4，通過對指標層與準則層權重相乘最終得出各技術指標權重，其中檢泵周期、檢泵作業時間、機械效率、產液量適應能力、抗腐蝕性能、工藝配套程度、參數調節難易、檢泵工作量和維修難易分別為0.15，0.02，0.15，0.12，0.03，0.04，0.05，0.02 和0.01；各經濟指標權重，其中價格、檢泵成本、動力費用、人力成本分別為0.24，0.10，0.04 和0.02。

2.3 現場驗證情況

以A1 井為例，該井完鉆井深3 914 m，完鉆層位長81，入窗點2 668.5 m，造斜點350 m，無最大狗腿度、最大井斜角、最大方位角數據。原始地層壓力19.7 MPa，氣油比100.4 m3/t；試油未抽汲，日配產液量18 m3。

利用層次分析法進行優選，先對其原始評價數據（見表3）進行歸一化處理（見表4），將層次分析后的權重體系結果與歸一化后的舉升方式評價指標數據相乘，得到有桿泵、電潛泵、螺桿泵各舉升方式適用性總權重分別為0.775、0.487、0.737。排除價格影響因素，有桿泵、電潛泵、螺桿泵各舉升方式適用性總權重分別為0.518、0.453、0.416。

層次分析結果表明，對于A1 井，有桿泵是其最佳舉升方式，其次為螺桿泵舉升；在不考慮價格的影響因素下，第二方案為潛油電泵。故該井投產初期選擇有桿泵舉升方式。該井投入生產后，由于動液面長期未抽下去，于2019 年9 月7 日改用潛油電泵生產試驗。從運行情況看，潛油電泵排液能力較強。

3 在用水平井舉升方式適應性評價

2019 年10 月底前，采油三廠累計投產水平井36口，其中舉升方式為：有桿泵32 口（其中：2 口初期為有桿泵，后改為潛油電泵，再改為有桿泵），螺桿泵4 口。

3.1 有桿泵

有桿泵是水平井采油的主要舉升方式。2019 年長慶油田鉆采方案對水平井的采油方式推薦為有桿泵采油，基本上適應于采油三廠水平井生產。但從現場生產情況看，單井設計還需進行采油方式優選擬合以及生產參數的優化。特別是對于C1 區塊，A2、A3、A4、A5、A6 等5 口井沉沒度高（>1 000 m），抽油泵效在70 %以上，且動液面長期保持較高水平。泵徑38 mm、沖程2.0～2.5、沖次1.5～5 次/分鐘的生產參數不能很好地適應該區塊。此外，有桿泵舉升方式目前只能下到直井段，泵效較低，且桿管偏磨問題較為突出。需要加強相應的配套工藝應用。

表3 A1 井舉升方式原始評價數據

表4 A1 井舉升方式原始評價數據歸一化處理結果

3.2 潛油電泵

潛油電泵采油技術由于其特殊的構造和工作方式，在水平井技術的應用中的優勢有：

（1）可以降低井底流壓，減小層間干擾，而且可以在一定程度上改善近井地帶的滲流條件，有效提高采液速度，達到提液增油的目的[3]。

（2）有效提升油井的產液速度，提高油井的產油量。

（3）由于沒有桿柱入井，可有效減少桿管偏磨的影響。根據前期的調研，目前潛油電泵的安全運行時間為500 d，有的潛油電泵的檢泵周期達到700 d，避免了頻繁的修井檢泵，減少了油井的停產次數保證了油井的產液量。

不足之處在于潛油電泵價格較高，對采油三廠各區塊的適應性還需進行試驗驗證。

3.3 螺桿泵

目前，采油三廠螺桿泵主要用于試油排液。對探井而言，由于配套不是很完善，對井下流體性質及儲層產能情況都不是十分清楚，產量波動較大的情況普遍存在。因此，對試油排液工藝的適應性有一定要求，螺桿泵在試油井中具有泵效高，對出砂井適應性更強的特點[4]。但螺桿泵由于受其最大下深和最大井斜度的限制，難以準確求取儲層產能，只能減低排量來適應儲層的供液能力，否則可能出現燒泵，最終需要更換舉升方式。

4 水平井采油工藝配套技術

4.1 防偏磨工藝

水平井由于井眼軌跡的特殊性，需加強對防磨工藝的應用，目前主要采用泵上應用內襯油管500 m；在狗腿度較大位置設計抽油桿扶正器和油管尼龍扶正防磨器，具體如下。

抽油桿扶正器：采用高強度尼龍旋轉扶正器或多功能扶正器（材質及工藝要求見SY/T5832-2009《抽油桿扶正器》），在全角變化率≥3°/25m 的井段前后抽油桿上各安裝2 個，在造斜點處接2 個以上，在拉桿以上的抽油桿上依次安裝2 個，在距井口25 m 和45 m 附近抽油桿上各安裝1 個，全井共計安裝10 個以上。抽油桿桿體扶正采用熱塑成型固定式，每根扶正抽油桿體至少有3 個扶正塊，（扶正塊間距見圖5），要求距造斜點前50 m 的下部桿柱全部使用。

圖5 9.14 m 扶正桿（一桿四扶）注塑間距示意圖

油管扶正器：對于長2 及以上配套內涂層防腐套管的采油井，要求配套非金屬堵頭和油管扶正器，非金屬堵頭至內涂層防腐套管上端之間井段的油管必須每根配套一個油管扶正器。對于長3 及以下的采油井，在全角變化率≥3°/25m 的井段前后各安裝1 個油管扶正器。

內襯油管：在鋼制普通油管內襯一層高密度聚乙烯管，采用專用技術使襯管與油管緊貼在一起，形成“管中管”結構。這種內襯油管不僅可以解決油管偏磨與腐蝕難題。通過2015-2018 年不斷試驗與改進，已在采油三廠定向中推廣應用。針對水平井，在泵上0 m～500 m 配套應用。

4.2 防落井工藝

水平井采油管柱斷脫后會沿井筒滑入水平段，打撈作業難度大、風險高。因此需要配套水平井采油管柱防落物工具，該工具在采油管柱斷脫后短距離制動防止落入水平段。2019 年，在水平井全部應用KFL-114-III 型管柱防落裝置（見圖6）。

圖6 水平井防落井裝置圖

4.3 防蠟工藝

2019 年，在水平井中試驗內涂層防蠟技術，該工藝在油管內壁使用納米改性特種高分子涂層，該涂層將最薄納米片層材料（石墨烯）及金屬氧化物與特種高分子材料結合，使涂層油管具有抗滲透能力強、附著力高、雙疏性（疏水性和疏油性）、耐磨耗性能好的特點。在C1 區塊水平井應用9 口。目前由于入井時間短，效果還需要時間驗證。

5 結論

（1）關于對水平井采油舉升方式的選擇，要以減少采油成本以及提升采油效率作為前提，建議利用模型對水平井采油方式進行優選，從模型中看，設備價格對舉升方式優選影響較重；在不考慮價格因素的前提下，僅從采油運行成本及技術角度進行模擬，可較好地選擇出適當的舉升方式。

（2）對于C1 區塊的水平井，泵徑38 mm、沖程2.0～2.5、沖次1.5～5 次/分鐘的生產參數不能很好地適應該區塊。建議下步在鉆采工程方案中進行更進一步優化設計。

（3）從模型分析，潛油電泵在水平井舉升中具有一定的可選性，還需要進行進一步的試驗驗證；同時，在物資采購方面需進一步降低價格。

（4）目前采油三廠水平井舉升方式改變以經驗為主，缺乏科學的計算及研究，建議下步在改變舉升方式前，對必要性、可行性、經濟效益等方面進行深入分析研究。