海上高導流分層防砂分層控聚技術

摘要：針對勝利海上化學驅區塊 ？準177.8 mm電泵井見聚后容易出現砂堵、聚堵，檢泵周期縮短，影響化學驅開發效果的難題，研發了一種高導流分層防砂分層采油技術。該技術包含大通徑低吸附分層防砂疏聚、小直徑大推力管內分層控聚及電泵快速破聚三級控制，可實現長效采油。防砂采用低吸附技術可減少聚合物吸附量48.3%；管內小直徑分采技術設計加強裝置可實現泵下懸掛分采管柱，液控多級配產器可實現多開度大推力控制；管柱最大外徑80 mm，比常規管柱縮小10%。電泵機組優化導葉輪結構及材質并增加剪切裝置破碎老化聚合物，剪切率≥30%，提高聚驅導液能力。目前該技術已在勝利海上成功應用37口井，分采層數2～3層，平均單井日增油21.3 t，最大見聚質量濃度650 mg/L，仍能正常生產。滿足了化學驅電泵井“低吸附、防堵、控聚”的生產需求，實現了海上電泵井的長效舉升，具有廣闊的推廣應用前景。

關鍵詞： 海上油田；分層防砂；分層控聚；電泵

中圖分類號：TE934.2" " " " "文獻標志碼：B" " " "doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2024.05.009

Offshore High Conductivity Layered Sand Prevention and Layered Polymerization Control Technology

ZHANG Xuemei，WNAG Xin，CHE Chuanrui，REN Congkun， SHI Qiong， NIE Wenlong， JIANG Jing

（Petroleum Engineering Research Institute，Sinopec Shengli Oilfield Company，Dongying" 257000，China）

Abstract： To address the issue of electric pump wells with a diameter of 177.8 mm in the Shengli offshore chemical drive block， which are prone to sand blockage and accumulation， and the subsequent reduction in pump inspection periods， which in turn affects the chemical drive development effect， a high conductivity stratified sand control and stratified oil recovery technology has been developed. The technology comprises three control techniques， namely large-diameter low adsorption layer sand control and agglomeration， small-diameter and large-thrust tube layer control and electric pump rapid agglomeration， which are designed to facilitate long-term oil recovery. In the area of sand control， the use of low adsorption technology resulted in a reduction of the adsorption amount of polymer by 48.3%. The small diameter of the pipe separation technology was designed to reinforce the device， thereby enabling the suspension of the separation string beneath the pump. The hydraulic multistage production distributor facilitates multi-opening and large thrust control， with a maximum outside diameter of 80mm. The electric pump unit optimizes the structure and material of the guide impeller and increases the shear device to break down aged polymer and improve the conductivity of the polymer flooding. At present， this technology has been successfully applied in 37 wells in the Shengli Sea， producing two to three layers. The average daily oil increase per well is 21.3 t， with a maximum concentration of 650 mg/L， which is sufficient to maintain normal production. This technology is capable of meeting the production demands of \"low adsorption， blockage prevention， and accumulation control\" in chemical flooding pump wells， enabling the long-term lifting of offshore electric pump wells， and has considerable potential for further application.

Key words：" offshore oil fields; layer sand control; stratified polymerization control; electric pump

勝利油田海上主體館陶組油井主要采用？準177.8 mm電泵生產及礫石充填防砂。根據油藏工程規劃，主體館陶組已經陸續開展化學驅開發。由于注入介質改變和平臺環境限制，為實現化學驅高效開發，有必要對現有采油工藝在聚驅中的適應性進行分析。從中海油和大慶油田的開發情況看［1-8］，由于聚合物吸附、地層微粒運移加劇，堵塞近井地帶及防砂層。產出油重質成分增大、見聚濃度上升，造成井液黏度增大、電泵排量效率下降、腐蝕加劇、吸入口堵塞；造成油井見聚后易出現砂堵、聚堵現象、檢泵周期變短。電泵的檢泵周期只有3 a左右，這和勝利海上水驅電泵生產檢泵周期7 a左右的時間相差甚遠，必將大幅增加海上油井的作業成本。對于聚驅防砂電泵井的優化措施，各個油田主要在電泵方面采取了變頻和寬流道措施，優化效果有限［9-15］，不能滿足勝利油田化學驅長效舉升的要求。為此，創新研發了海上高導流分層防砂分層控聚技術，以？準177.8 mm井筒為研究對象，從地層、井筒、電泵三個重要環節進行全面系統優化，防砂采用低吸附技術可減少聚合物吸附量實現地層高導流疏聚，可減少聚合物吸附量48.3%，小直徑分采技術設計泵下加強裝置和液控多級配產器實現大推力管內分層采油控聚，寬流道電泵及剪切裝置實現破聚等三級控制，防砂管柱最小內徑？準98 mm，比常規放大12%，分采管柱最大外徑？準80 mm，比常規管柱縮小10%，攻克了長久以來困擾業界的海上？準177.8 mm套管井無法實現分層開采的重大技術難題，分采≤4層，最大限度延長化學驅電泵井生產周期。

1 技術概況

1.1 采油管柱

采油管柱主要由大通徑分層防砂管柱和分層采油管柱組成，如圖1。配套井下工具主要包括：液壓控制分采裝置、化學驅電泵機組、電泵加強裝置、雙疏濾砂管、井下安全閥、過電纜封隔器、密插等。

1.2 技術特點

1） 分層。多通道封隔器實現分層。

2） 分采?；瘜W驅電泵機組、地面控制盤、液壓控制分采裝置實現遠程分控，控制見聚層生產。

3） 防砂。管柱采用聚合物防吸附處理，實現高導流長效防砂。

4） 安全控制。井下安全閥和過電纜封隔器實現海上安全控制。

1.3 主要技術參數

分采能力≤4層

防砂留井通徑？準98 mm

換層采油裝置直徑？準80 mm

2 配套工具設計

2.1 液控式配產器

液控式配產器是液控式分層采油技術的核心，它放置在每個油層部位，通過單獨的液控管線控制開關活動，實現大推力、多開度精細調節。當需要換層調節時，不需要停井，直接通過地面控制柜調整壓力，實現井下流量的調節控制，最終實現控水穩油，提升產量的目的。

2.1.1 結構組成

液控式配產器主要由液控總成、活塞控制機構、彈簧復位機構、油嘴調節機構、上下接頭等組成，如圖2。

2.1.2 工作原理

液控管線連接至上接頭的轉接頭處，連接地面液壓控制柜，通過地面打壓，活塞控制機構下移，壓縮彈簧，油嘴調節機構會沿著采液套發生上下移動。根據地面壓力的不同，內部油嘴大小也會發生相應的變化，油嘴套與采液套之間采用全金屬密封方式；根據油嘴套位置的不同，實現多個開度的精細調節。同時，油嘴套上端設計有回位彈簧，泄壓后，在回位機構輔助下，實現該層液控配產器的自動復位。

2.1.3 技術特點

1） 配產器在滿足最大下深的前提下，將最大外徑限制在？準80 mm，滿足？準177.8 mm井筒大通徑防砂后的分采需求。

2） 一層僅需要一根液控管線控制，降低井筒內管線數量。

3） 液壓具備推力大、承壓高特點，其產生的最大推力是電控的4～7倍，全部采用不銹鋼材質，滿足海上特殊井況的分采需求。

4） 油嘴套上端設有彈簧支撐，回位迅速徹底。

5） 配產器泄壓開啟，打壓關閉，避免液控失效后該井躺井的風險。

2.1.4 主要技術參數

下深1 800 m

耐壓60 MPa

外徑？準80 mm

內徑？準30 mm

2.2 電泵加強懸掛裝置

設計同軸式電泵罐裝系統及電纜密封保護裝置，如圖3，實現電泵尾管懸掛承重230 kN，為泵下分層采油奠定基礎。采用多級防脫硫化環+彈性套定位，形成電泵井下振動環境下高壓（20 MPa）密封。

2.3 電泵破聚技術優化

針對油井見聚后電泵舉升困難的問題，從潛油電泵系統一體化技術角度進行了全面的技術改進，提高見聚后電泵的舉升能力，主要包括：

1） 采用全壓緊混相流電泵，優化關鍵參數，比常規徑向流電泵葉片開度增大30%，高黏條件下揚程提升15%，提高了電泵對見聚井液的舉升能力。

2） 電泵機組表面涂鍍防黏附材料，高黏流體易于流過導葉輪流道。

3） 延長電泵吸入口，增大吸入口過流面積，提高電泵的耐聚能力。

4） 吸入口內部設計特殊剪切輪，如圖4。采用鈍型刀頭結構，軸流葉片、軸向多組刀頭串聯使用，高速旋轉剪切聚合物，剪切率≥30%，降低堵塞概率。

5） 配套工況傳感器，實時測量電泵工控、溫度、壓力等參數，利用各參數判斷電泵是否堵塞，在堵塞發生前采取措施，提前管理。

6） 圓電纜和新型扁電纜均增加一層橡膠保護層，增強抗擠能力。

2.4 高導流擋砂屏障技術

針對聚驅油藏吸附堵塞問題，研發了儲層-充填層-篩管高效防吸附技術，建立了聚驅油藏高導流產液通道，大幅提升油井穩產時長。

2.4.1 兩親防吸附劑

制備了一種具有良好成膜性的聚合物乳液，在流動及壓力作用下，依靠聚合物膠束或膠粒界面吸力及其可變形性，在井壁巖石表面形成致密膜，在水溶性聚合物和巖石之間實現隔離，避免聚丙酰胺吸附在巖石表面。疏水性單體擬采用丙烯酸酯和苯乙烯，這兩類單體具有良好的成膜性。親水性單體采用丙烯酸，含有羧基賦予該聚合物一定的親水性。因此制備的共聚物具有兩親性。為了提高該兩親性聚合物在地層的吸附能力，在聚合物分子中加入環氧基團，從而提高其在地層巖石的吸附性能。最終設計的成膜性良好的疏水單體丙烯酸酯和苯乙烯與親水性單體丙烯酸高效聚合，引入環氧基團改善了表面吸附性，合成了兩親乳液防吸附處理劑（如表1），可減少聚合物吸附量48.3%。

2.4.2 高滲防吸附充填層

建立了Saucier公式礫石參數擴充模板，提高充填砂粒徑分選一致性，滲透率提高32%；同時采用防吸附劑對礫石表面改性，提高抗堵塞能力。45 mL/min排量下，200 PV后，滲透率恢復到72.87%，如圖5～6。

2.4.3 雙疏涂層金屬篩管

采用硅烷偶聯劑與疏水劑端羥基反應，合成含大量硅鏈聚合物，涂敷在金屬表面，涂層中Si元素含量達22.62%，涂敷篩管具備優異的防黏附性能，提高流通量25%～40%，如圖7。

3 現場應用

海上高導流分層防砂分層控聚技術已在勝利海上成功應用37口井，分采層數2～3層，平均單井日增油21.3 t，最大見聚質量濃度650 mg/L，仍能正常生產，取得了顯著效果。

以埕島油田化學驅某油井A為例，該井前期生產情況：合采，日液231 m3/d，日油24 m3/d，含水89.6%，2022-02電流落零躺井。為實現油井長效生產，采用三層分防分采，于2022-05-15完井，工藝管柱主要由高導流分層防砂管柱、深井液控調節裝置、電泵加強裝置、混相流電泵機組總成及井下測試裝置組成。單采中層時，比合采時液量上升13 t/d，油量上升11.1 t/d，含水下降3.6%；單采上層時，比合采時液量下降112 t/d，油量上升24.8 t/d，含水下降30%，實現了“降含水、降液量、提產能”的開發效果（界面如圖8）。

4 結論

1） 防砂工藝采用儲層-充填層-篩管高效防吸附技術，建立了聚驅油藏高導流產液通道，大幅提升油井穩產時長。

2） 小直徑分采技術設計泵下加強裝置和液控多級配產器實現大推力管內分層采油控聚，有效地改善了層間矛盾，釋放了產能。

3） 采用寬流道電泵，延長吸入口，增加剪切輪，可有效地提高見聚后電泵的舉升能力。

4） 現場試驗表明：海上高導流分層防砂分層控聚技術從地層、井筒、電泵三個重要環節進行全面的系統優化，實現了地層疏聚、管內控聚和電泵破聚三級控制，最大限度地延長化學驅電泵井免修期，釋放產能，推廣前景廣闊。

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基金項目： 中石化股份公司科技項目“海上油田三次采油注采關鍵工藝技術研究”（P20044-2）；勝利油田分公司科研項目“ 海上油井液壓控制分層采油技術研究”（P23125）。

作者簡介： 張雪梅（1972-），女，四川自貢人，高級工程師，現主要從事海上油田采油工藝技術研究及新技術推廣工作，Email：zhangxuemei823.slyt@sinopec.com。