北部扎齊油田稠油冷采工藝優(yōu)化與實踐

賈俊敏

（中國石油遼河油田分公司鉆采工藝研究院，遼寧盤錦 124010）

北部扎齊油田位于哈薩克境內(nèi)，是一個大型帶邊底水和氣頂?shù)钠胀ǔ碛陀筒?，主要儲層為白堊系、侏羅系疏松砂巖；儲層滲透率200 mD～3 000 mD；地層原油黏度 316 mPa·s～417 mPa·s；地質(zhì)儲量 2.52×108t，動用地質(zhì)儲量2.04×108t；目前采用衰竭式和注水開發(fā)。區(qū)塊埋藏較淺，地層從下至上為古生代（灰?guī)r為主）、中生代（碎屑巖為主）及新生代（泥巖為主）。本區(qū)主要目標層為中生代的白堊系和侏羅系，白堊系油藏中深為350 m，侏羅系油藏中深為440 m，侏羅系油藏平均中部埋深420 m，厚度85 m。從上至下劃分為3個砂層：J10、J20、J30，主要為辮狀河沉積，主力油層為J10B、J20，為邊底水砂巖稠油油藏。目前主要開采侏羅系油藏。白堊系油藏平均埋深340 m，為深灰色泥巖夾薄層水下分流河道砂巖，從上至下劃分為4個砂層組。主力油層NeoB、NeoC、NeoD為薄互層狀砂巖稠油油藏。由于開發(fā)方式目前以稠油冷采為主，油井較淺，出砂嚴重，檢泵周期短、頻次高，此外，該區(qū)塊地層水礦化度高，水型為CaCl2型，采油工藝技術(shù)有待提高。

1 影響因素分析及采油方式優(yōu)選

1.1 舉升工藝影響因素分析

根據(jù)北部扎齊油田的作業(yè)描述，該區(qū)塊沖砂、撈砂及檢泵作業(yè)是主要的修井作業(yè)項目，且修井頻率較大，檢泵周期較短，區(qū)塊平均單井檢泵周期半年，而且撈砂和檢泵作業(yè)同時進行占大多數(shù)，可見出砂是造成檢泵的重要原因。除此之外，該油田主要作業(yè)項目包括更換泵部件、換泵、改變泵深、更換抽油桿、轉(zhuǎn)換舉升方式等。另外，地層水礦化度高，且為CaCl2水型，存在井下設(shè)備腐蝕和結(jié)垢問題。前期主要采用稠油冷采方式，無井筒降低黏度措施，舉升方式主要考慮原油黏度、出砂、水平井及腐蝕的影響。

1.2 舉升工藝的優(yōu)選

根據(jù)油藏工程預(yù)測產(chǎn)量以及結(jié)合目前生產(chǎn)現(xiàn)狀，并采用等級評價和人工舉升方式等級加權(quán)法對北部扎齊油田人工舉升方式進行優(yōu)選[1]（見表1）。

通過對北部扎齊油田人工舉升方式選擇，可知螺桿泵和有桿泵采油是北部扎齊油田最佳舉升方式，（1）已經(jīng)有一定的應(yīng)用基礎(chǔ)，（2）其他舉升方式?jīng)]有更強的適應(yīng)性，但在生產(chǎn)過程中，也暴露出許多問題，主要表現(xiàn)為抽油井檢泵周期短，既影響產(chǎn)量，又增加成本；配套防排砂技術(shù)尚不完善。因此需要針對性地做相應(yīng)的配套工藝技術(shù)研究。根據(jù)配產(chǎn)量的不同，建議配產(chǎn)50 m3/d以上采用電潛泵采油，配產(chǎn)30 m3/d以上采用螺桿泵采油，配產(chǎn)30 m3/d以下采用有桿泵采油。根據(jù)生產(chǎn)工況的不同，確定不同油井舉升方式。

（1）高出砂冷采井，充分發(fā)揮出砂冷采的優(yōu)勢，通過出砂冷采，提高地層滲流能力，首選螺桿泵舉升。

（2）出砂較少油井，出砂粒徑在0.1 mm以下采取排砂措施，出砂粒徑在0.1 mm以上采取防排結(jié)合方式。若采用螺桿泵，則將泵下入油層位置強制排砂，有桿泵則采用大泵徑、大間隙，低沖次方式，提高生產(chǎn)壓差排砂采油。

（3）對需要加深泵掛的水平井，將泵掛設(shè)計到一定的井斜位置，并配套相應(yīng)的防偏磨措施。

（4）轉(zhuǎn)換開發(fā)方式受效井，熱采井或聚驅(qū)井根據(jù)監(jiān)測產(chǎn)出液性質(zhì)配套舉升工藝。

2 稠油冷采舉升工藝優(yōu)化

目前，稠油冷采使用較多的舉升方式為螺桿泵舉升[2]，搜集了比較全面的螺桿泵相關(guān)參數(shù)和工藝設(shè)計參數(shù)，進行了螺桿泵井舉升設(shè)計。以NB4-2井螺桿泵舉升設(shè)計計算為例，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集表（見表2）。

首先進行了NB4-2井產(chǎn)能計算及泵型初選，為了計算產(chǎn)液速度和井底流壓、動液面及沉沒度的關(guān)系，首先計算了該井流入動態(tài)，產(chǎn)能計算與有桿泵設(shè)計類似。為了放大生產(chǎn)壓差，同時為了保持較高的沉沒壓力，挖掘生產(chǎn)潛能，同時為了有較好的攜砂效果，將泵下到射孔段頂部，選擇下泵深度425 m，根據(jù)產(chǎn)能情況，初步選擇泵型（見表3）。

表1 舉升方式適應(yīng)性分析

表2 NB4-2井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

表3 螺桿泵基本參數(shù)設(shè)計

根據(jù)泵型參數(shù)，設(shè)計轉(zhuǎn)速100 r/min時，理論排量40.32 m3/d。綜合考慮井況特點、開發(fā)要求以及泵參數(shù)最終確定了工藝參數(shù)，并進行了相關(guān)優(yōu)化設(shè)計和校核，結(jié)果（見表4）。

根據(jù)計算結(jié)果，該井螺桿泵舉升時需要調(diào)整合理的轉(zhuǎn)速，與油井產(chǎn)能匹配，同時可提高系統(tǒng)效率，另外，需要根據(jù)受力分析配套仿偏磨扶正器，具體扶正器位置根據(jù)側(cè)向力曲線確定，計算結(jié)果（見圖1），在190 m～270 m位置安裝扶正器。

3 配套措施優(yōu)化及設(shè)計

3.1 鉆井、完井工藝技術(shù)

國外稠油出砂冷采井普遍采用24.8 cm套管完井，出砂冷采需要采用大孔徑、高孔密射孔，采用大套管完井，便于射孔作業(yè)，提供較大的有效泄油面積、提高油井產(chǎn)量[3-5]，北部扎齊油田具體根據(jù)各油區(qū)產(chǎn)能情況等進行了鉆、完井工藝設(shè)計。

3.2 射孔工藝技術(shù)

稠油出砂冷采井采用大直徑、深穿透、高孔密射孔技術(shù)，以便油井有更多機會出砂，進而提高原油產(chǎn)量。調(diào)研表明，射孔孔徑大于25 mm，出砂冷采時不能形成砂橋，有利于形成蚯蚓洞。同一種孔密，孔徑大的效果好，相同孔徑，射孔孔密越高，效果越好。設(shè)計20 mm～25 mm 孔徑，20 孔/米～32 孔/米的孔密。

3.3 螺桿泵舉升管柱設(shè)計

3.3.1 舉升工藝配套 螺桿泵因其運動部件少、砂粒不易沉積、不易結(jié)蠟、不會產(chǎn)生氣鎖、結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強等優(yōu)點，而廣泛應(yīng)用于稠油出砂井中。稠油出砂冷采過程中，如果下泵深度較淺（如油層頂部）則油層可能會在短時間內(nèi)被砂埋，抑制砂子和流體的進一步產(chǎn)出，嚴重降低開采效果；而且下泵深度淺時，生產(chǎn)壓差也小，不利于提高產(chǎn)能。如果下泵深度過深（如油層底部），則在泵排砂不及時的情況下，泵可能被砂子埋住而使油井被迫停產(chǎn)作業(yè)。因此設(shè)計將管柱下入出砂冷采井油層底部（即泵吸入口位于油層底部，泵體位于油層中部）。

表4 NB4-2井螺桿泵舉升系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果表

圖1 NB4-2井桿柱受力及工況分析

對于北部扎齊出砂冷采井，含砂增高時對扭矩的影響很大。國外出砂冷采普遍采用φ88.9 mm油管和φ25 mm抽油桿[6]，其優(yōu)點是，便于把轉(zhuǎn)子提出進行正沖砂。φ73 mm油管與φ25 mm抽油桿配合時，管桿接箍處環(huán)空面積?。?.4 cm2），現(xiàn)場正沖砂壓力達到15 MPa仍不能洗通，而φ88.9 mm油管和φ25 mm抽油桿配合時，管桿接箍處環(huán)空面積為21.6 cm2，5 MPa壓力時即可完成洗井施工。因此，設(shè)計采用φ88.9 mm油管。

3.3.2 防砂工藝配套 北部扎齊油田目前主要采用稠油冷采激勵出砂的方式進行開發(fā)，井底沉砂現(xiàn)象嚴重，但是隨著轉(zhuǎn)換開發(fā)方式的實施，需要進一步認清出砂規(guī)律，同時需要進一步認清高含水情況下出砂冷采的優(yōu)缺點，完井時需采取一定的防砂措施，可采取的地層防砂方式包括射孔防砂方式或壓裂防砂方式，人工舉升方面，采用氣砂錨或者刮砂沉砂抽油泵，降低入泵流體的含砂量，同時可以延長砂埋儲層的周期，以延長有桿泵舉升檢泵周期。

鑒于北部扎齊油田出砂較嚴重，且流體性質(zhì)復(fù)雜，容易引起井下泵卡堵，采取儲層防砂和管內(nèi)防砂兩級防砂措施結(jié)合，管內(nèi)防砂工藝示意圖（見圖2）。

圖2 防砂沉砂裝置原理示意圖

4 應(yīng)用實踐及效果分析

4.1 采油工藝

北部扎齊油田目前采油工藝以螺桿泵舉升工藝為主，抽油機井為輔，少數(shù)井使用ESPCP和ESP，舉升油井較淺，無井筒降黏措施。截至目前，北部扎齊油田總井?dāng)?shù)1 500口井，其中，采油井1 125口，注水井355口，水源井16口，壓力監(jiān)測井46口，觀察井23口，報廢井4口。開井油井平均日產(chǎn)液39 m3，日產(chǎn)油5 m3，產(chǎn)出液不含砂，以螺桿泵舉升為主，其中螺桿泵925口，有桿泵81口，電潛泵28口，ESPCP井31口，其他59口。有桿泵采取短沖程、高沖次的方式，沖程1 m～3 m，沖次4次/分～12次/分。目前油田綜合含水率89.81%，地質(zhì)儲量采油速度0.53%，可采儲量采油速度1.87%。油田累積產(chǎn)液量10 524.8×104m3，累積注水量8 746.5×104m3，累積注采比0.83。

4.2 鉆完井方式

北部扎齊油田油井以直井為主，水平井、斜井、定向井為輔，直井占總井?dāng)?shù)的96.4%，完井井段根據(jù)整體開發(fā)部署分別位于侏羅紀和白堊紀層位，初始射孔以射開單層為主，部分井同時射孔合采。形成了適合淺層松散砂巖稠油油藏的水平井、側(cè)鉆水平井配套鉆采工藝技術(shù)，采用中半徑鉆井軌跡和大斜度井段尾管懸掛篩管完井，已在油田上規(guī)模應(yīng)用；直井采用套管完井或采用封隔器+尾管完井。

4.3 新工藝措施

實施增產(chǎn)措施包括調(diào)層上返、堵水、酸化、換層、穩(wěn)油控氣。2016年度實施增產(chǎn)措施41井次，總有效率95.1%，其中優(yōu)化工作制度28井次，年累積增油量8 133.6 t，換層上返13井次，年累積增油量7 981.9 t，全油田措施合計年累積增油16 115.5 t。

針對油田的特點，開展了注熱水開發(fā)、注聚合物開發(fā)、注蒸汽熱采、火燒油層試驗。目前EOR運行井組平均單井組日產(chǎn)油19.7 t，含水率90.1%。

水平井也是北部扎齊油田三大工程之一的技術(shù)，目前油田共有水平井173口，開井152口，水平井月產(chǎn)油量 1.75×104t。

4.4 效果分析

通過北部扎齊油田螺桿泵排砂稠油冷采技術(shù)及配套技術(shù)的優(yōu)化和實踐，包括水平井、熱采試驗等一系列措施的應(yīng)用，形成了疏松砂巖稠油油藏螺桿泵攜砂采油工藝技術(shù)，并形成系列鉆完井配套技術(shù)，解決了北部扎齊油田開采技術(shù)難題，實現(xiàn)了國外油田規(guī)模開采，取得了良好的經(jīng)濟效益。

5 結(jié)論及認識

（1）稠油出砂冷采井建議采用大直徑、深穿透、高孔密射孔技術(shù)，以便油井有更多機會出砂，進而提高原油產(chǎn)量，射孔孔徑大于25 mm，出砂冷采時不能形成砂橋，有利于形成蚯蚓洞。

（2）螺桿泵因其運動部件少、砂粒不易沉積、不易結(jié)蠟、不會產(chǎn)生氣鎖、結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強等優(yōu)點，而廣泛應(yīng)用于稠油出砂冷采井中。

（3）出砂較少油井，出砂粒徑在0.1 mm以下采取排砂措施，出砂粒徑在0.1 mm以上采取防排結(jié)合方式。若采用螺桿泵則將泵下入油層位置強制排砂，若采用有桿泵則采用大泵徑、大間隙，低沖次方式，提高生產(chǎn)壓差排砂采油。

（4）水平井根據(jù)產(chǎn)能分析，對需要加深泵掛的水平井，將泵掛設(shè)計到一定的井斜位置，并配套相應(yīng)的防偏磨措施；結(jié)合現(xiàn)場實際情況，采取相適應(yīng)的地層或井筒防砂工藝。

參考文獻：

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