弱堿三元復合驅機采井防垢工藝優化

汪麗萍（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

圖1 某油田弱堿三元復合驅某區塊（2012—2016年）不同階段結垢卡泵情況

1 結垢規律分析

1.1 垢質成分

從各區塊機采井垢樣分析情況看，不同階段垢質成分及含量會略有變化，但主要以碳酸鹽垢為主，占比達到80%以上，垢質酥松呈薄片狀附著在管柱上，不同區塊不同階段垢樣化驗結果見表1。

表1 不同區塊不同階段垢樣化驗結果 單位：%

1.2 結垢程度

從不同區塊、不同階段結垢卡泵情況看，弱堿三元復合驅機采井進入主段塞后開始出現結垢卡泵問題，副段塞達到結垢卡泵高峰期[2]，聚驅保護段塞結垢形勢減緩，進入結垢末期，各區塊各開發階段結垢卡泵統計情況見表2。

表2 各區塊各開發階段結垢卡泵統計情況

1.3 結垢卡泵發生部位

從不同區塊結垢卡泵檢泵情況看，泵筒柱塞垢卡占比達到71.4%，柱塞上端脫接器垢卡占比19%，即機采井發生卡泵的主要部位是泵端的柱塞和脫接器，往上的桿管結垢卡泵較少，各區塊結垢檢泵井不同卡泵部位統計情況分析見表3。

表3 各區塊結垢檢泵井不同卡泵部位統計情況分析

2 防垢措施優化

弱堿三元復合驅機采井進入三元主段塞后，應該及時優化實施井筒清防垢措施[3]，減少結垢卡泵問題，延長卡泵周期。

2.1 物理防垢工藝

根據上述分析，結垢卡泵主要發生在泵柱塞端部位，主要原因是垢質在柱塞與泵筒間隙壓實堆積卡泵。目前主要在泵結構上進行了防垢優化，以減少結垢卡泵問題。

2.1.1 長柱塞短泵筒防垢抽油泵

工作原理：該防垢泵泵筒短（1.2～1.5 m），柱塞長（7.2～9.0 m），與常規整筒式抽油泵結構相反[4]，即將泵筒和柱塞規格倒置，柱塞與泵筒往復運動的摩擦副固定不動，減少卡泵節點[5]。同時，該泵外管承受尾管、液柱重量產生的拉力，改善泵筒受力狀況，防止抽油泵受力變形及其引起的卡泵現象。另外，泵筒內外壓差為零，泵間隙變化小，砂垢不易進入泵筒與柱塞之間；頂端裝有外倒角的扶正壓帽，使垢片進入泵筒與外管的環形空間，有效防止垢堆積在泵筒上端造成卡泵，不同類型抽油泵結構見圖2。前期試驗應用6 口井，平均卡泵周期由72天延長至167天，有效解決機采井頻繁結垢卡泵問題。但由于其柱塞較長，下行過程中，柱塞上部桿柱易產生彎曲變形而偏磨，造成柱塞表面容易磨損拉傷，磨損拉傷后垢質容易附著，制約其卡泵周期的進一步延長。適用于中低排量直井，斜井需要加密柱塞上端桿柱扶正，以及增加尾管安裝數量，減少彎曲偏磨問題。

2.1.2 敞口式防垢抽油泵

案例教學法能夠有機地使理論與實踐相結合，因而在教學法體系中具有不可替代的重要地位。而藥理學教學中運用案例教學法的優勢主要有：它是突顯醫藥學專業實踐能力培養的最佳選擇；它是提高執業醫師、藥師資格考試通過率的有效途徑；案例教學與高級技能型人才培養的目標一致，能夠有效加強醫藥人才的執業能力[17-19]。

工作原理：該防垢泵中間由變徑接頭進行連接，柱塞與下泵筒為配合副。上死點時，柱塞體脫離下泵筒，垢與砂則通過放大空間下降，防止落垢卡在柱塞和泵筒間隙[6]。柱塞上部有刮垢結構，可有效刮除泵筒內表面存垢，下沖程時射流清除柱塞和泵筒表面垢，減少垢的沉積，從而降低卡泵概率（圖2）。前期試驗應用18 口井，平均卡泵周期由109 天延長至154 天，卡泵周期得到有效延長。但由于上行過程中柱塞脫出泵筒，存在泵效下降問題[7]。

總體來看，長柱塞短泵筒及敞口式防垢泵屬于結垢后的防垢卡措施，沒有從根本上減少結垢的問題，雖然卡泵周期均有所延長，可有效解決頻繁垢卡問題，但卡泵周期仍然偏短，進一步延長卡泵周期難度較大，應加大物理防結垢技術研究力度。

圖2 不同類型抽油泵結構

2.2 化學防垢工藝

化學防垢工藝，以減緩和抑制井液結垢為出發點，屬于結垢前的防垢措施，即將化學防結垢藥劑注入到井筒進行防垢[8]。

2.2.1 井口周期加藥

利用車載移動加藥設備，將防垢藥劑一次性泵入油套環空進行防垢，不同類型加藥防垢工藝見圖3。該措施操作簡單，但藥劑在井筒內作用時間短，藥劑作用有效期僅2～4天，無用消耗大。且為了保證加藥效果，需要頻繁進行加藥，加藥周期僅4 天，工人勞動強度大，不能滿足三元工業化推廣需求。該工藝僅在三元試驗初期應用，目前很少應用，僅用于停機期間加藥防垢。

2.2.2 井口點滴加藥

該工藝需要在機采井井口安裝固定加藥箱，利用加壓箱中電動加藥泵，將加藥箱中藥劑間歇性泵入井內[9]，藥劑在井筒中作用時間長且連續，藥劑有效利用率顯著提高，卡泵周期達到176 天。同時，往加藥箱裝藥周期長（53 天），大幅減少了人工加藥工作量及用工。另外，單井設備投資僅3萬元，使用年限可達5年以上，經濟性較好，成為目前油田三元復合驅機采井主要加藥防垢方式。

2.2.3 高壓長管加藥

該工藝是在井口點滴加藥的基礎上，在油套環形空間加裝高壓細長管，將地面加藥箱與泵筒連通，通過井口點滴加藥箱加藥泵，將防垢藥劑由高壓長管把藥劑直接加入井底泵吸入口，減少藥劑在環形空間的流動損耗，實現藥劑直達泵筒進行防垢，提高防垢效果[10]。試驗3 口井，卡泵周期達到268 天，明顯好于井口點滴加藥效果。但設備投入費用高，單井達到13 萬元以上，且作業后再利用難度大，目前來看，經濟適用性較低。

2.3 物理和化學清防垢防垢組合措施

為了進一步提高弱堿三元復合驅機采井防垢工藝效果，延長卡泵周期，2018年底，開始采取防垢泵與化學加藥防垢組合的物化結合措施，從機采井結垢前到結垢后進行全過程防垢。

以井A為例，井A物理防垢措施與化學防垢措施結合效果示例見圖4：該井2018年底處于副段塞階段，2018 年11 月碳酸根濃度上升至489.7 mg/L，鈣鎂濃度41.92 mg/L，處于結垢高峰期，卡泵頻繁。2018年底至2019年初期共卡泵5次，卡泵周期不到30 天。2019 年1 月20 日，將原整筒泵更換成長柱塞短泵筒防垢泵，配合井口點滴加藥化學防垢措施進行組合防垢，實施后頻繁卡泵問題得到解決，正常運行525天，未再發生一次卡泵問題。

3 現場應用效果

2019年以來已全面實施防垢泵與井口點滴加藥組合措施，累計應用387口井，平均單井卡泵周期達到269 天，檢泵周期達到560 天以上，卡泵周期和檢泵周期較純物理或純化學防垢措施均延長100天以上。通過對比，物理和化學組合防垢措施，單井年成本最低僅11.1 萬元/a，單井因卡泵停井影響油最低僅6.9 t。

與純物理防垢措施對比，組合防垢措施，單井年節省成本3.9 萬元，單井多產油4.2 t，單井年創效5.1 萬元；與純化學防垢措施對比，組合防垢措施，單井年節省成本3.3 萬元，單井多產油3.7 t，單井年創效4.3 萬元，不同防垢工藝效果及成本對比見表4。

4 認識及結論

1）弱堿三元復合驅進入主段塞后，開始出現結垢卡泵問題，并在副段塞期間達到高峰期，應在主段塞初期實施防垢措施。

2）物理防垢措施主要以防垢泵為主，化學防垢措施中井口點滴加藥最為經濟有效，但單純的物理防垢措施或化學防垢措施效果甚微，物理和化學防垢組合措施效果顯著，可大幅減少三元卡泵問題，降低三元維護成本。

圖3 不同類型加藥防垢工藝

圖4 井A物理防垢措施與化學防垢措施結合效果示例

表4 不同防垢工藝效果及成本對比