水平井深抽工艺技术探析范文

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《石油化工应用杂志》2014年第五期

1工艺管（杆）柱配套存在的主要问题

1.1水平井采用定向井举升工艺，不能充分发挥长水平段生产潜力近年来，随着水平井钻井及储层改造工艺的进步，通过推行长水平段+体积压裂技术，开辟了低渗透油藏提高单井产量和开发效益的新途径。水平井改造段数越来越多，水平段愈来愈长，但由于水平段越长，压降损失越大，水平井在开采过程中由于水平段的压降和采出程度不均，使油井含水上升速度快，油井产量急剧下降，影响水平井开发效果。实测压力分析：长平1井产液量为11.32m3/d，管径为62mm，水平井段长542.17m，其压力损失为0.1783MPa（见图1）。长平2井产液量为13m3/d，管径为62mm，水平井段长637.31m，其压力损失为0.8379MPa（见图2）。

1.2普通泵在大斜度井段泵阀关闭滞后，漏失量增加常规管式抽油泵受结构及抽油杆偏磨限制，当井斜大于45°时（见表1），有杆泵抽油系统就难以正常工作，不能满足水平井发挥最大生产潜力需求。

2解决对策

长庆油田低渗透油藏水平井基本采用双增剖面结构，曲率半径100m左右。水平井在造斜段平均造斜率小于10°/30m，井斜角80°位置与水平段在垂直深度上，平均差30m以内。只要实现了井斜角80°举升也就基本实现了水平段举升（见图3）。通过开展斜井泵相关技术理论研究，研制新型斜井泵，开展配套抽油杆扶正技术研究，实现斜井段举升需要。

2.1优选泵型，改进泵结构，提高泵效针对初期普通抽油泵在斜井段漏失量超标的缺点，进行了以下调整：（1）抽油泵游动阀球改进为三级半球结构并固定在柱塞中心杆上，在中心杆的带动下，实现强开强闭功能，确保阀球准确复位，密封严密；（2）将柱塞设计为相互独立的三级密封单元，中间由导向滑块连接，将柱塞偏磨变为导向滑块偏磨，确保柱塞与泵筒间隙均匀，提高柱塞泵筒间密封性能。

2.2固定阀球合理密度选择假设柱塞的运动是匀速的，抽汲的液体为不可压缩，阀球只有开启在最高位置和关闭在密封位置2种状态。即在上冲程，阀球在压差的作用下打开，随液流直接升到最高位置，并保持不降，直到下冲程开始；在下冲程，阀球开始回落，密封在阀座上。设阀球的最大跳高为h，阀球有扶正，忽略油流对阀球的作用力，只计算阀球重力和浮力的作用，阀球运动按照匀加速直线运动，设抽油泵与竖直方向倾角为θ，则根据理论计算数据采取阀球密度为14g/cm3，跳高26mm，与普通阀球密度为7.85g/cm3，跳高33mm组合后结果表明，两者回落时间分别为0.17435s，0.20444s，回落时间差值为0.03009s，回落缩短时间占据回落时间比例为15.2%，因此在保证泵效的情况下，应选择低跳高，高密度球组合，有利于缩短回落时间，现场选取阀球密度14g/cm3，跳高26mm参数组合，同时球上设计弹簧，实现阀球及时准确复位。

2．3开展斜井段抽油杆、油管防偏磨技术研究通过分析杆柱附件断是由于井斜角及方位角变化产生的侧向力造成杆管偏磨引起的。解决的途径有两个方面：（1）增加杆管抗偏磨力；（2）减弱侧向力。由于井身轨迹是不能改变的，侧向力的产生是必然的，因此只能通过第一种方法来解决。同时通过杆柱受力分析及建立扶正间距计算数学模型，结合杆管出现偏磨的实际情况，使抽油杆柱上的偏磨点转移到扶正器。

2．3．1扶正工具优化改进，提高耐磨性能针对常规扶正工具在侧向力下容易磨损破裂，自身耐磨性不高，扶正作用有效期短的问题，对常规防偏磨扶正工具的棱状线接触改进为圆弧面接触，摩擦工作面为三个与油管内壁曲率相同的圆弧曲面，提高接触面积，在工作过程中，曲面可沿芯轴自动转向，确保以一个工作曲面与油管壁发生贴合，接触压力较小，将偏磨转变为均匀磨损，减缓磨蚀程度。另外在抽油杆扶正接箍表面镀一层固体润滑剂涂剂（MoS2、镍基合金），与油管摩擦接触过程中，基材表面的固体润滑膜会转移到对油管表面，形成转移膜，使摩擦发生在转移膜和润滑膜之间，避免对油管的磨损。

2.3.2根据单井井身轨迹优化设计扶正接箍布放位置水平井井身轨迹复杂，相比定向井造斜点浅、稳斜段角度大。不合理的扶正器配置间距对杆管偏磨影响也比较大。对此针对长庆油田水平井双增剖面井身结构特征，建立增斜段、稳斜段杆柱受力分析及扶正间距计算数学模型，提高设计精度和符合率，尽量使抽油杆柱上的偏磨点转移到扶正器，管杆隔离不接触。抽油杆柱受力研究是抽油杆柱在狭长、弯曲、充满井液的井筒中处于弯曲变形、运动受力的复杂力学问题。将复杂问题简化，建立三维杆柱微元段模型（见图4），将抽油杆柱置于各“狗腿平面”内进行研究，考虑井斜角、方位角随井深的变化。假设条件：（1）抽油杆柱沿井眼轴线方向离散成若干微元段；（2）每个微元段是“狗腿平面”上的圆弧曲线；（3）“狗腿平面”上的圆弧曲线具有相同的曲率。

3现场应用

截止2013年，现场应用47口井，试验井泵挂处最大井斜角80°，与常规整筒抽油泵相比，平均泵效提高7.1％，平均产液量提高了0.51m3，平均连续生产天数超200d（见图6）。

4结论

（1）在水平井斜井段应用斜井抽油泵举升及配套抽油杆、油管扶正技术，初步可以满足井斜角80°以内举升需要；（2）水平井举升及配套工艺技术适应性还有待于进一步观察。

作者：朱洪征张建魁吕旭单位：中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院低渗透油气田勘探开发国家工程实验室中国石油长庆油田分公司第五采油厂中国石油长庆油田分公司第一采油厂