大港灘淺海稠油熱采一體化工藝技術研究

＊劉勇 彭勇 黎朋軍 劉崇 李娜

（1.中國石油集團海洋工程有限公司天津分公司 天津 300457 2.中國石油集團海洋工程有限公司 北京 100010）

對于大港油田來說，雖然借助多元熱流體吞吐和蒸汽吞吐熱采工藝實施開采得到了顯著的成效，但是由于海上稠油熱采都是應用的電潛離心泵舉升技術，而此技術無法用于8000MPa·s黏度以上的稠油，同時其電潛泵的耐溫也低于200℃，這就造成其必須應用注采兩趟管柱才可完成熱采作業，并且當注熱、放噴等流程完成之后還要更換管柱，將其換成電泵舉升管柱，這樣就使熱采的成本很大，如果頻繁的更換管柱還會引發危險，這便給海上稠油熱采實施帶來了很大的阻礙，為有效解決該阻礙，人們便研發出了海上稠油熱采一體化的工藝技術，此技術既能夠有效節約成本，又能夠提高稠油熱采的效率，所以許多專家學者都對稠油熱采一體化工藝技術進行了大量的實驗，尤其是地上稠油熱采，已得到了良好的成效，但海上稠油熱采一體化工藝技術還不是很成熟，因為海上油田的屬性比較特殊，所以根本無法直接把陸地稠油熱采技術用在海上稠油熱采，必須對其工藝技術進行調整，并使用對應的熱采工具以及設備，以實現海上稠油熱采工作。

1.海上稠油熱采一體化工藝技術研究

依據海上油田的特性，從工藝技術、泵排量、平臺適應程度以及維護狀況出發，詳細的對比了電潛泵、液壓抽油機以及水力射流泵的使用情況。首先，電潛泵。其在海上油田的應用最為廣泛，因為它的排量很大，高達80-700m3/d。不過，其不耐溫，所以沒法在高溫中使用，并且它舉升的原油黏度不可超過2000MPa·s，由此沒發用在出砂以及高氣油比的狀況下，其投資成本為90-120萬元，主要用于開始投資以及未來維護。對于桿驅螺桿泵來說，其構成部分主要就是地面驅動裝置和井下金屬螺桿泵。其中，地面驅動裝置主要是用來提供動力的，經抽油桿旋轉來帶動井下螺桿泵運行，而井下螺桿泵又由兩部分構成，即金屬轉子與定子。由于定轉子都是金屬材料，所以在出砂較多的井中就很容易發生問題。另外，定轉子會有縫隙，如果熱采的原油黏度較小，則流失情況會特別嚴重。對于金屬螺桿泵來說，其不僅耐溫，而且舉升的稠油黏度很高，可達8000MPa·s，其泵排量為200m3/d，投資成本為30-40萬元。其次，液壓抽油機。其構成主要是地面驅動設備與井下有桿泵，它的運行機制是由地面液壓站所提供液壓來帶動光桿和抽油桿運動，從而促使抽油泵進、排液。一般井下有桿泵的構成部分是泵筒與柱塞，它的耐溫性能、承受黏度以及投資成本都和金屬螺桿泵差不多，不過因為海上生產井基本都是水平井和大斜度井，抽油桿會和油管發生摩擦，所以液壓抽油機的產量無法達到要求。最后，射流泵。其運行機理是把井中的動能傳遞給采油設備，能源主要來自于動力液，它不僅耐溫，溫度可為400℃，而且還對原油黏度沒有要求，泵排量為10-500m3/d，同時還可用在出砂及高油氣比情況下，不過成本較大，一般為75-90萬元，但后期維護費用小，非常適合用在海上油田稠油熱采一體化當中。

2.海上稠油熱采一體化的管柱研究

受管柱結構影響，射流泵可分成兩種形式，即普通管式與同心管式。其中，普通管式對井斜要求為70°以下，耐溫在180℃以下，沒有套管防護。同心管式對井斜的要求為90°以下、耐溫在400℃以下，有套管保護。由此可見，同心管式射流泵更適用于稠油熱采一體化中，所以便研制出了同心雙管射流泵一體化的管柱，詳見圖1。此管柱由外管管柱與內管管柱構成，需先下外管管柱，然后再下內管管柱，當管柱全部下完，會起出一根內管，把其掛在井口的樹上，隨后注入蒸汽，這樣外管與內管因產生熱就會變長。在采油過程中，受高壓影響，動力液會從井口進入到內管，然后到達射流泵的泵心，以帶動同心管噴射泵運行，最后形成的混合液經過外內管之間的空隙排出。在內管選擇的時候，必須確保內徑在40-42mm，這樣有利于泵心起出。

圖1 同心雙管射流泵注采一體化管柱

3.井下主要設備的研究

(1)安全控制設備

當海上油田使用同心管射流泵的時候，最為關鍵的內容就是安全控制，安全控制的主要設備有兩個，即機械式井下安全閥和液壓式井下安全閥。首先，機械式井下安全閥。其運行機理是當注入蒸汽時，向上提起一根小油管，設備就會被扭簧關閉，這時蒸汽就可單向進入地層中，如果發生突發狀況，便立即停止注熱，這樣機械式安全閥就會立刻關閉，要想再生產，就重插泵筒，并開啟機械式安全。其次，液壓式井下安全閥。其安全閥帶有液壓孔以促使柱塞向下運動，進而帶動彈簧及中心管運動。如果中心管碰到柱塞的時候，為使壓力平衡，便繼續加壓，使中心管頂開閥板，這樣井下安全閥就是開啟的狀態，要想關閉安全閥，就把接頭的壓力放出即可。

(2)熱采封隔器

熱采封隔器主要是用來封隔油層的，以防熱流體上竄給套管及水泥環造成損傷。一般在注蒸汽的時候，為保障熱能就會使用隔熱油管，并對油套環空注入氮氣，以起到隔熱作用。當注入多元熱流體的時候，熱采封隔器還能發揮錨定管柱、密封油套環空的功能，而且效果良好。

(3)隔熱型補償器

隔熱型補償器主要用來補充熱流體量，同時還有隔熱、傳遞扭矩的作用。其構成部分有四個，分別為：隔熱接頭、補償內管、密封機構與隔熱主體。當補償器進入井下時便開始注熱，隨著溫度不斷升高，井下的管柱會不斷延長，這時補償器的內中心管就會進到隔熱外管中，當注熱停止，溫度不斷下降，內中心管會慢慢伸出。如果上提中心管，則補償內管的凹凸槽就會和密封機的凸凹槽嚙合，這樣內外管就能一起旋轉，以起到傳遞力矩的作用。

4.井口專用設備及配套設施

(1)井口專用設備

對于同心管射流泵一體化設備來說，其井口設備主要為雙級油管頭與雙翼雙閥，通徑是組合閥及平板閘閥。其中，組合閥由平板閘閥與安全閥構成，其可顯著減小井口的壓力，以防止故障發生，同時減少蒸汽的注入時間，以增強效率。在采油的過程中，可先在采油樹一側加入動力液，然后讓油管環空的產出液和動力液相混合，從而達到循環動力液的目的。在注入熱流體的過程中，應開啟采油樹注汽的閥門，關閉其他的閥門，以實施注熱，當注熱完，就立即關閉注汽閥門，以展開燜井，最后打開放噴閥門，實施放噴。在注熱及燜井的時候，需要特別注意套管的升高問題，由此必須在油管上留出一定的空間，以供套管上升。當放噴完成，就可在采油樹一側注入動力液，以起到冷采的作用，最終達到一體化。如果在注熱及采油的時候，出現井噴情況，就必須馬上關閉氣動安全閥，以保障井口的安全。在放噴過程中，可借助地面管的節流閥來調整井口出口處的壓力、流量等。

(2)配套設施

配套設施主要有：產出液初級處理及動力液供給。其中，產出液初級處理是靠油氣水砂分離器完成的；動力液供給是靠地面動力液泵完成的。另外，還包含一些輔助設施，主要有：高低壓過濾器、流量計、變頻柜以及地面管匯等等。一般情況下，動力液為自循環，其壓力和流體會形成閉路循環，動力液使用的是生產污水，這樣不僅能夠很大程度的節省水資源，而且還能有效避免結垢情況發生，減少污水處理壓力，只要借助地層產水就能達到要求，顯著節省了成本。

5.總結

通過上述內容可知：海上油田屬性非常特殊，必須采用良好的技術才能實現。通過對海上稠油熱采一體化工藝技術的深入研究，不僅充分實現了海上油田稠油注采一體化技術，而且運用同心管射流泵一體化工藝技術還顯著節省了成本，給海上稠油熱采工藝技術的提升帶來了很大的幫助，既達到了大規模開采目的，又給開采帶來了安全保障，未來發展非常可觀。