自噴末期地面生產(chǎn)工藝研究

李 軍

(中國石化河南油田分公司采油二廠，河南唐河 473400)

0.引言

自噴井初期地層壓力高，隨著開采時(shí)間的增加，地層能量不斷釋放，油層壓力不斷下降，當(dāng)?shù)陀谕廨斝枰膲毫r(shí)，自噴井就會(huì)停噴。停噴后需要轉(zhuǎn)變開采方式，通過安裝抽油機(jī)、電潛泵等設(shè)備生產(chǎn)，必然帶來生產(chǎn)成本的上升，因此延長油井的自噴期就能實(shí)現(xiàn)效益最大化。延長油井自噴期一般有兩種方法，一種是通過補(bǔ)充地層能量，比如注水注氣等方法；另一種則是通過改進(jìn)地面生產(chǎn)工藝來實(shí)現(xiàn)。本文主要結(jié)合河南油田自噴井的生產(chǎn)特點(diǎn)，從地面生產(chǎn)工藝方面來探討延長油井自噴期的方法。

隨著開采時(shí)間的增加，油層壓力從高壓轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪?，自噴能力不斷減弱，緩慢進(jìn)入自噴末期，直到低的無法將原油舉升至處理站（聯(lián)合站），油井就會(huì)停噴，這類井統(tǒng)一般稱為低壓井，即面臨停噴的油井。

1.低壓井的管理思路

如果保證自噴井的生產(chǎn)，就必須保證油井靠自身能量將原油舉升到地面，分為兩種情況，第一種為利用自噴井自身能量將油氣舉升至集輸系統(tǒng)，這是最節(jié)約成本的生產(chǎn)方式；另一種是靠自身能量已不能進(jìn)系統(tǒng)生產(chǎn)，則考慮將在井口建設(shè)配套設(shè)施進(jìn)行生產(chǎn)，降低原油輸送的阻力，也能延長油井自噴期?？傮w思路就是讓集輸系統(tǒng)的壓力低于自噴井壓力，也就是降壓生產(chǎn)。

1.1 低壓井的生產(chǎn)參數(shù)管理

為防止低壓井停噴，要及時(shí)關(guān)注低壓井的壓力參數(shù)變化，主要為油壓和回壓，因?yàn)轫槺庇?jì)量閥組的回壓一般在2.5MPa 左右，當(dāng)?shù)蛪壕蛪旱陀?MPa 時(shí)，受回壓影響，油井就會(huì)面臨減產(chǎn)或停噴的風(fēng)險(xiǎn)，就必須要采取措施實(shí)行降壓生產(chǎn)，因此要隨時(shí)觀察低壓井的油壓，回壓，溫度等的參數(shù)。這里規(guī)定統(tǒng)一比較適用的標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)回壓為油壓的1/2 時(shí)，就要采取降回壓措施。

1.2 降低集輸系統(tǒng)的回壓

為降低低壓井的輸油阻力，最簡單和最有效的方式就是降低集輸系統(tǒng)的回壓。要想讓集輸系統(tǒng)的壓力處于較低的水平，就要尋找和分析影響集輸系統(tǒng)壓力的瓶頸，對(duì)整個(gè)集輸管網(wǎng)分段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，找出影響壓力的瓶頸點(diǎn)。一般從集輸系統(tǒng)末端著手分析效果最好，集輸系統(tǒng)的末端一般為聯(lián)合站，處理站，集油站等，要首先從這些站點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化和改造，就能降低整個(gè)集輸系統(tǒng)的壓力。

1.2.1 對(duì)整個(gè)集輸工藝流程分析

以河南油田的生產(chǎn)流程為例，從單井井口到聯(lián)合站整個(gè)集輸系統(tǒng)進(jìn)行分析，分段排查：單井產(chǎn)油氣（2.5MPa）→計(jì)量閥組（2.3MPa）→進(jìn)站閥組（1.4MPa）→加熱爐(1.3MPa)→一級(jí)三相分離器（1.1MPa）分離出的伴生氣→高壓伴生氣分離器外輸（0.9MPa）→天然氣處理廠（0.5MPa）。

一級(jí)三相分離器（1.1MPa）分離出的原油→二級(jí)加熱爐→二級(jí)三相分離器（0.4MPa）→原油穩(wěn)定塔（-20KPa）→塔底泵→分離后原油去原油儲(chǔ)罐（常壓）。

從以上工藝流程的壓力參數(shù)可以看出，共有兩個(gè)節(jié)流較大的點(diǎn)（1）計(jì)量閥組至進(jìn)站閥組節(jié)流0.9MPa；（2）高壓伴生氣分離器至天然氣處理廠節(jié)流0.4MPa。如果要降低油井回壓就必須要解決以上兩個(gè)節(jié)流點(diǎn)的壓差問題。

1.2.2 首先降低集輸系統(tǒng)的回壓

解決處理站內(nèi)高壓伴生氣分離器至天然氣處理廠的節(jié)流問題。從壓力數(shù)據(jù)可以看出，處理站分離器氣相回壓較高，從而造成整個(gè)集輸系統(tǒng)的壓力居高不下。處理站高壓伴生氣分離器外輸壓力高的原因是：原設(shè)計(jì)外輸管線為DN150，輸氣能力為40 萬方/a，長度200m，實(shí)際的天然氣產(chǎn)量已達(dá)到90 萬方/a，已處于超負(fù)荷運(yùn)行，處理站外輸氣屬于次高壓燃?xì)夤艿繟 級(jí)。由于現(xiàn)有的外輸管線管徑為DN150，不能滿足輸氣需要，造成瓶頸，因此需要進(jìn)行改造，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，本次利用工程余料（φ133×5 無縫鋼管）從處理站高壓分離器出口至站外配氣閥組新建高壓伴生氣外輸復(fù)線一條200m。由于高壓伴生氣分離器外輸氣出口至天然氣外輸閥組增加一條DN125 復(fù)線，復(fù)線建成后，降低了管阻，分離器回壓隨之降低。改造后整個(gè)集輸系統(tǒng)的壓力明顯下降，取得了明顯的效果。

1.2.3 集輸系統(tǒng)內(nèi)其他節(jié)流點(diǎn)的優(yōu)化和調(diào)整

由于集輸系統(tǒng)工藝較復(fù)雜，有些節(jié)流點(diǎn)往往被忽視，一些可能產(chǎn)生節(jié)流的重要部位，可根據(jù)前后壓差來判定。重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)部位。

流量計(jì)節(jié)流：一般的流量計(jì)設(shè)計(jì)都比管徑小，可考慮更換大通徑流量計(jì)或打開旁通，能降低回壓0.1MPa左右。

截止閥造成節(jié)流：由于截止閥特殊的設(shè)計(jì)，造成介質(zhì)通過截止閥阻力較大，因此節(jié)流較為明顯，有些截止閥節(jié)流在2MPa 左右，這種情況可考慮打開旁通或更換截止閥。

其他部分的節(jié)流：比如大小頭，不同管徑的閥門等，都會(huì)造成節(jié)流，可根據(jù)情況進(jìn)行更換。

2.建設(shè)油氣分輸流程，降低閥組的回壓

從集輸工藝流程分析可以看出計(jì)量閥組至進(jìn)站閥組壓差在0.9MPa，是影響油井回壓的重要因素，根據(jù)該區(qū)井、站生產(chǎn)運(yùn)行現(xiàn)狀，并結(jié)合未來幾年開發(fā)預(yù)測，隨著各井油壓逐步降低，井區(qū)內(nèi)自噴井難以實(shí)現(xiàn)低壓狀況下的密閉集輸、處理，需要地面集輸工程配套解決。油氣在混輸過程中由于分子間碰撞、段塞流等因素造成外輸阻力大，因此采用油氣分輸可以實(shí)現(xiàn)降低油井回壓。

流程描述：各閥組站管轄的單井，經(jīng)進(jìn)站選井計(jì)量閥組輪換選井計(jì)量后，進(jìn)入新建的三相分離器進(jìn)行油氣分離。分離后的原油經(jīng)過加熱后外輸。伴生氣經(jīng)計(jì)量、調(diào)壓后外輸。

采用油氣分輸后油井的降回壓效果顯著。

該方案的優(yōu)點(diǎn)是：①降回壓效果好，平均降低閥組回壓1/2 左右；②適用范圍廣，閥組內(nèi)所有的油井均能降壓。缺點(diǎn)是：投資較大。

由于低壓井生產(chǎn)數(shù)據(jù)各不相同，有些可以進(jìn)系統(tǒng)生產(chǎn)，有些已經(jīng)不能進(jìn)系統(tǒng)生產(chǎn)，對(duì)于難以進(jìn)系統(tǒng)生產(chǎn)的油井，可以采用建設(shè)簡易單井拉油流程進(jìn)行生產(chǎn)，降壓效果更好，通過統(tǒng)計(jì)的各低壓井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，即回壓高于油壓的1/2 的低壓井，隨時(shí)會(huì)面臨停噴，就要考慮建設(shè)單井拉油流程。同時(shí)還要考慮自噴井末期生產(chǎn)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，防止油井壓力突然升高，從安全性考慮，設(shè)計(jì)出了一套拉油流程。

流程描述：在井場內(nèi)安裝拉油流程一套（簡易組裝式），單井產(chǎn)油氣首先進(jìn)入高壓分離器進(jìn)行閃蒸分離，分離出的天然氣放空或安裝壓縮機(jī)回收，分離出的原油通過外輸泵外輸進(jìn)系統(tǒng)或者采用罐車?yán)\(yùn)。該方案的特點(diǎn)一是采用一級(jí)高壓分離器3.0MPa，安全性有保證，可以防止油壓突然上升，有不少井采用單井流程，油壓大幅度上升，比如1-11 井切入單井流程油壓從3.2MPa 升到6MPa，產(chǎn)量隨之也大幅度上升，說明地層能量被激活，后又轉(zhuǎn)入系統(tǒng)生產(chǎn)。二是適用性好，只要壓力＞0.1MPa就可正常生產(chǎn)，能最大程度延長油井的自噴期，三是這種單井流程采用的是模塊化的組裝方式，安裝拆卸簡便，靈活，可重復(fù)利用，建設(shè)成本低。

效果評(píng)價(jià)：在井口安裝單井流程實(shí)施降壓生產(chǎn)后，大部分油井均實(shí)現(xiàn)了增產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)，自噴期得到了延長，個(gè)別井油壓回升，產(chǎn)量大幅度提高，有些井至今仍在自噴，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

3.往復(fù)式混輸泵降壓

該裝置在5#閥組安裝應(yīng)用。工作原理：往復(fù)式泵是一種容積式泵，由多臺(tái)三缸往復(fù)式輸送泵通過并聯(lián)和串聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成，單級(jí)壓縮比控制在4 左右，利用活塞或柱塞在泵缸內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來輸送油氣。即借助工作腔里的容積周期性變化來達(dá)到輸送油氣的目的。

輸送介質(zhì)：油氣水混合物；介質(zhì)溫度：-20-150℃；額定流量：182.5m3/h；額定排出壓力：0.74-3MPa；額定吸入壓力：0.1-0.3MPa；活塞數(shù)量：3。

安裝位置一般在計(jì)量閥組后端，單井來油經(jīng)過計(jì)量后進(jìn)入混輸泵增壓外輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)閥組的整體降壓。

該混輸泵的優(yōu)點(diǎn)：

（1）智能一體化的控制，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，無人值守；

（2）可對(duì)閥組內(nèi)所有的油井進(jìn)行降壓。

缺點(diǎn)：

（1）排量小。如果閥組產(chǎn)量＞182m3/h，則超出其設(shè)計(jì)能力，如果設(shè)計(jì)排量大，則改造的配套系統(tǒng)投入也較大；

（2）建設(shè)成本高。如果建設(shè)配套的電力，控制系統(tǒng)，以及工藝流程的改造，拆卸安裝不方便。

4.管輔混輸裝置降壓

該裝置在5-7 井安裝應(yīng)用，其設(shè)計(jì)參數(shù)為:混輸規(guī)模液量：120m3/d；混輸規(guī)模氣量：36000Nm3/d；設(shè)計(jì)壓力：4.0MPa；裝置進(jìn)口壓力：0.50MPa；裝置出口壓力：1.6MPa；動(dòng)力泵排量：300m3/h；動(dòng)力泵揚(yáng)程：200m；電機(jī)功率：200kW。

裝置采用水活塞工作原理：在動(dòng)力泵進(jìn)出口設(shè)置兩個(gè)儲(chǔ)罐，作為動(dòng)力泵的外置吸入室和排出室，單井來液先進(jìn)入1#罐，達(dá)到一定高度后，單井來液再切入2#罐，增壓泵啟動(dòng)將2#罐底部液體打入1#罐，將1#罐內(nèi)液體和氣體壓走，待2#罐液位升高后，單井來液再切入到1#罐，增壓泵將1#罐液體打入2#罐，將2#罐內(nèi)液體和氣體壓走。如此循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)油氣混輸?shù)哪康摹?/p>

其裝置的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)單井油氣的降壓混輸，缺點(diǎn)是排量小，只適用于單井。

效果評(píng)價(jià)：采用該混輸裝置降壓后，油井回壓大幅度下降，延長了油井的自噴期，截至目前油井仍在生產(chǎn)，穩(wěn)產(chǎn)效果明顯。

5.其他混輸裝置降壓

目前，國內(nèi)的降回壓設(shè)備有很多，比如單螺桿、雙螺桿泵、三螺桿泵降壓，屬于旋轉(zhuǎn)式容積泵，其工作原理是由主從動(dòng)軸上相互嚙合的螺旋套和泵體或襯套間形成一個(gè)容積恒定的密封腔室，介質(zhì)隨螺桿軸的轉(zhuǎn)動(dòng)分別被送到泵體中間，兩者匯合在一起，最終送達(dá)泵的出口，從而實(shí)現(xiàn)泵輸送的目的。

具體采用何種生產(chǎn)工藝，一定要根據(jù)油井的生產(chǎn)狀況，現(xiàn)場的配套設(shè)施以及投入與產(chǎn)出的對(duì)比，選擇最佳的生產(chǎn)工藝。

6.結(jié)語

通過對(duì)自噴井的地面生產(chǎn)工藝的優(yōu)化和改進(jìn)，延長自噴期2 ～10 個(gè)月左右，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)的效果，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。具體生產(chǎn)方式要結(jié)合油井的實(shí)際情況進(jìn)行選擇，首先應(yīng)從集輸系統(tǒng)入手，降低整個(gè)系統(tǒng)的回壓，屬于最簡單最節(jié)約的方式。隨著油井壓力的進(jìn)一步降低可考慮建設(shè)單井拉油流程和混輸泵進(jìn)行井口降壓生產(chǎn)。