超稠油電潛泵尾管懸掛裝置的優(yōu)化及應用

王磊磊，梁志艷，邱振軍，蔣 磊，趙忠文

（中國石化西北油田分公司，新疆烏魯木齊830011）

塔河油田稠油油藏具有超深、超稠、高密度、高黏度、高含膠質(zhì)瀝青質(zhì)、高含硫化氫、高礦化度的“兩超五高”特點[1-8]。50 ℃地層條件下，原油黏度為（0.15～210）×104mPa·s。原油在高溫下具有一定的流動性，但在沿井筒向上流動過程中，隨著溫度的下降，在井筒向上的2 500～4 000 m 處失去流動性[9]。采用摻入稀油降黏技術讓機械舉升方式達到下泵深滿足稠油入泵，排量大滿足摻稀占產(chǎn)對泵排量的要求。相較于普通電泵，抗稠油電泵具有下泵深、排量大、耐溫、耐壓等級高、流道大、合理工況區(qū)間大的特點，成為了稠油區(qū)塊主要的機械舉升方式[10-16]。

超稠油區(qū)油稠、井深、地層溫度高，摻稀生產(chǎn)時注入稀油量不穩(wěn)定，生產(chǎn)中稀稠油混配效果差，且受含水及原油乳化的影響，開采難度極大。同時，抗稠油電泵管柱結構在生產(chǎn)中存在頻繁停機、絕緣下降快、管理難度大、運行壽命短的問題[17]。為提高超稠油電泵在塔河油田的適應性，2012年從管柱結構入手，研制了尾管懸掛裝置（圖1），有效改善了稀稠油混配效果，提升了電泵系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，減少了電泵井停躺[18-21]。

深抽抗稠油電泵及配合尾管懸掛裝置已經(jīng)成為塔河超稠油區(qū)的主力開采工藝，但由于套管尺寸的限制，目前依然有56口電泵井未安裝尾管懸掛裝置，停機、躺井風險高，嚴重影響了開采效益。

圖1 電泵加裝尾管懸掛裝置Fig.1 structure of tail pipe installed on electric pump

1 研究背景

采油二廠加裝尾管懸掛裝置的電泵井有68 口，平均稀稠比為1.8，平均運行壽命為697 d；未安裝尾管懸掛裝置的電泵井有56 口，平均稀稠比為2.2，平均運行壽命為341 d。數(shù)據(jù)表明：加裝尾管懸掛裝置可以降低電機散熱、提高稀稠油混配效果、降低稀油用量、減少電泵停躺。

以TH12412井為例，電泵生產(chǎn)未加尾管前，下深3 217 m 運行130 d 后躺井，期間停機7 次；應用電泵加裝尾管裝置后，混配點加深至5 121 m，穩(wěn)定生產(chǎn)467 d未停機（圖2）。

超稠油區(qū)塊采用深抽抗稠油電泵配套尾管懸掛裝置取得了良好的應用效果。要擴大尾管懸掛裝置應用，主要面臨3個問題：一是常用的139.7 mm尾管懸掛裝置所用的套管接箍外徑為153.7 mm，而177.8 mm 套管回接井內(nèi)徑較小，無法安裝；二是193.675 mm 套管回接油井，受限于139.7 mm 尾管懸掛裝置所用套管內(nèi)徑121.4 mm，需配套114 系列電機，而該電機穩(wěn)定性較差；三是所用的斯倫貝謝116 mm 電機投影尺寸為121 mm，原139.7 mm 尾管懸掛裝置所用套管尺寸無法滿足。

圖2 TH12412井應用尾管前后電流曲線Fig.2 Current curve before and after application of tail pipe in well-TH12412

2 技術研究

為降低電泵異常率，延長運行壽命，提高超稠油開采效益，需對現(xiàn)有管柱結構進行優(yōu)化改進。由于套管尺寸固定，電機外徑縮小后適用范圍減小，因此，可從配合套管進行改造。通過研究，對現(xiàn)有139.7 mm 尾管的配套套管方面進行改進，使其外徑可滿足下入177.8 mm 套管回接油井，內(nèi)徑可滿足配套116 mm電機。經(jīng)過多次論證，優(yōu)選鋁鎂合金套管與139.7 mm套管進行改造。

改造后的裝置將177.8 mm套管接箍改為139.7 mm套管接箍，主體結構采用139.7 mm套管制作，下部通過變徑導向頭（圖3a）連接139.7 mm 套管與88.9 mm油管，上部通過139.7 mm套管接箍及護罩接頭（圖3b）將139.7 mm 套管與139.7 mm 油管連接，其護罩接頭一側采用中空裝置接入通過小扁電纜，上部密封采用耐高溫抗硫化氫的AFLAS（氟橡膠）材質(zhì)制作的唇形密封，下部密封采用壓緊螺釘、4 組墊圈及3 組AFLAS材質(zhì)密封墊圈。

圖3 139.7 mm尾管裝置下部導向頭（a）和上部護罩接頭（b）Fig.3 Lower guide head（a）and upper shield join（tb）of 139.7 mm tail pipe

2.1 鋁鎂合金套管尾管的裝置

通過對國內(nèi)所用套管進行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，相較于鋼，鋁鎂合金材質(zhì)具有強度高、防腐蝕的特點（圖4），可滿足尾管懸掛的需要。首先，對鋁鎂合金套管結構進行改造，將其最大外徑改為147 mm，最小內(nèi)徑改為122 mm，即可滿足在177.8 mm套管中下入尾管懸掛裝置，又可滿足116 mm電機的下入；其次，進行腐蝕監(jiān)測，在混合油、地層水條件下，加熱至88 ℃后放置720 h無腐蝕；最后，進行抗拉、抗壓試驗，在硫化氫環(huán)境下，應用300 MPa 壓力（實際工況壓力為30 MPa）時無塑性變形（圖4a）。該鋁鎂合金套管之間用單梯扣連接，套管本體為雙母扣，連接短接為雙公扣。

圖4 鋁鎂合金和鋼在硫化氫溶液中的拉伸程度Fig.4 Stretch degree of aluminum magnesium alloy and steel in hydrogen sulfide solution

優(yōu)選稀稠油混配差、電泵生產(chǎn)壽命短的TH10319 井進行試驗。電泵下深2 853 m，尾管加深至3 973 m。入井前首先進行通井，然后在井口以下20 m 處模擬入井，最后按照設計下機組及管柱。該井2018年11月9日入井，生產(chǎn)中稀稠比由檢泵前的1.3降至1.0，應用前的兩次電泵生產(chǎn)檢泵周期僅73 d，而應用后至今運行165 d仍生產(chǎn)平穩(wěn)（圖5）。

圖5 TH10319井應用鋁鎂合金套管前后生產(chǎn)曲線Fig.5 Production curve before and after application of aluminum magnesium alloy casing of well-TH10319

2.2 特殊接箍套管尾管的裝置

對現(xiàn)有139.7 mm 套管接箍進行改造，使其接箍外徑降至147 mm，最小內(nèi)徑降至124.3 mm，既可滿足在177.8 mm 套管中下入尾管懸掛裝置，又可滿足116 mm電機的下入。接著進行抗拉、抗壓試驗，在硫化氫環(huán)境下，應用45 MPa壓力、60 t拉力時接箍部位形變量滿足國標的0.25%以內(nèi)的要求（表1）。

表1 拉伸試驗后特殊接箍外觀和尺寸前后變化對比Table 1 Comparison of appearance and size of special coupling before and after tensile test

以TH12388 井為例，前期因受套管內(nèi)徑168 mm限制，未下入尾管懸掛，運行期間3次過載停機，運行163 d后躺井。2018年8月19日，下入116 mm機組，配套139.7 mm特殊接箍尾管，入井前首先進行通井，然后在井口以下20 m 處模擬入井，最后按照設計組下機組及管柱。目前該井運行平穩(wěn)，未出現(xiàn)異常停機，稀稠比由改進前的1.85降至目前的1.54，已平穩(wěn)生產(chǎn)運行232 d（圖6）。

圖6 TH12388井應用特殊接箍尾管前后電流曲線Fig.6 Current curve of well-TH12388 before and after application of special coupling tail pipe

2.3 制定電泵尾管懸掛技術規(guī)范

通過鋁鎂合金尾管及特殊接箍尾管的成功應用，各類型套管均可配套尾管懸掛裝置。依據(jù)套管尺寸，規(guī)范懸掛器尺寸，優(yōu)化電機系列，形成電泵尾管懸掛技術規(guī)范（表2），從而改善稀、稠油混配效果，提升電泵運行的穩(wěn)定性。

表2 電泵尾管懸掛技術配套規(guī)范Table 2 Technical specifications for tail pipe suspension of electric pump

3 效果評價

139.7 mm 尾管裝置的成功試驗，突破了套管尺寸及電機型號的制約，鋁鎂合金尾管懸掛裝置配套套管應用1井次（TH12326井），139.7 mm套管特殊接箍改造已入井2 井次（TH10319 井、TH12324 井），目前均生產(chǎn)穩(wěn)定。

經(jīng)過詳細測算，一套鋁鎂合金套管投入為16.8萬元，產(chǎn)出效益為114.2 萬元，投入產(chǎn)出比為1∶6.8；一套特殊接箍套管投入為4.56 萬元，平均單井產(chǎn)出效益為112.5 萬元，投入產(chǎn)出比為1∶24.7。兩種方式均可有效地改善工況，取得良好的經(jīng)濟效益，但特殊接箍成本更低廉，經(jīng)濟效益更好，更適合全面推廣。

4 結論與認識

1）優(yōu)化后的139.7 mm 尾管裝置作為電泵舉升的重要配套技術，可以滿足入井要求，在所有電泵井中均可應用，對提升電泵系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性及延長檢泵周期具有顯著的效果。

2）鋁鎂合金套管與特殊接箍套管在強度、防腐性能、抗拉、耐壓方面可以滿足尾管懸掛的技術要求，但特殊接箍套管較鋁鎂合金套管投入成本更低，經(jīng)濟效益更高。

3）139.7 mm 特殊接箍尾管突破了套管尺寸及電機型號的制約，形成了完整的電泵尾管懸掛技術，實現(xiàn)了尾管工藝的全覆蓋，對保障稠油電泵井的后期管控、長壽運行至關重要，建議工區(qū)后期電泵井借鑒。