分层采油工艺管柱的研究与应用

宿立科

（辽河油田浅海开发公司，辽宁 盘锦 124010）

随着探明储量的进一步落实,油田部分区块逐步发现了多个含油层系局部叠合的现象,为了降低采油成本,油田采用了井网开采两个含油层系,并在部分井试验了分层采油工艺技术。在开发试验过程中发现,油田所使用抽油机功力不高,需严格控制封隔器坐封载荷,以防止因坐封载荷过大,造成管柱或分采泵弯曲,致使抽油机无法带动现象。为了简化施工程序,需要严格控制坐封载荷,提高坐封成功率,因此研究设计了新型分层合采工艺管柱。

1 工艺管住结构的设计

1.1 管住结构：工艺采用的管柱系统主要有以下三个部分组成，分采泵、花管和补偿自锁封封隔器。

1.2 工艺原理：在采油时，通过油管将分采泵和补偿自锁封隔器等井下设备放到工作位置，之后将封隔器通过上提旋转下放的方法坐封，使伸缩补偿器在工作状态，将下入柱塞、抽油杆完井，启动调防冲距开始抽油。这时，上下层原油经过分采泵将对应通室送入泵筒，通过上柱塞上端进行混合，沿着油管上升到达地面后，即可实现分抽退出的升举工作方式。

2 关键部件设计

2.1 补偿自锁封隔器

封隔器是属于自封式封隔器,由于油田油井出砂量很大,所以对封隔器特别增加了防砂功能。将胶皮置于卡瓦的上部,这样就可以防止砂埋和砂卡。因为封隔器主要依靠的是皮碗与套管之间的过盈接触，以此达到封隔油套环空的工艺目的,采用补偿器消除油管蠕动的措施，对皮碗的摩擦以及解决油管和泵筒弯曲，造成载荷增加致使分采泵无法正常工作开抽现象。

2.2 泵的选型

考虑到油田油井开采的工艺需求,因为油田气油比过高(115m3/m3),为了防止气锁可能造成分采泵下泵的问题，导致不能正常工作,进而影响油井产量,所以调研国内许多种型号分采泵,最后选用了两腔室防气式分采泵。

3 载荷计算

当封隔器坐封后,如果不考虑影响因素,那么管柱轴向任一点受力。如图所示：

管柱轴向任一点x受力为:FX=G-F载荷=qg(L-Lx)-F载荷,以下为正方向。

q-空气中每米管柱的质量,kg/m。

Lx-管柱上任一点到管柱顶部的距离,m;

F载荷-封隔器对油管的作用力 (封隔器坐封载荷);

在中和点处,管柱轴向受力为零,即Fx=0,即F载荷=q(L-Lx)。以中和点为界管柱受力可分为两个部分,中和点以上部分管柱受拉,处于自重伸长状态;中和点以下部分管柱处于自重压缩状态。为防止分采泵受压发生弯曲变形,必须确保分采泵处于悬伸状态,因此需严格控制坐封载荷,确保分采泵位于中和点或中和点以上位置。即:

在实际生产过程中,随着泵的往复运动,油管内液柱重量将相互作用在油管和抽油杆上,使得油管受到拉伸和压缩。封隔器坐封后,管柱两端被锚定,随着泵的往复运动,油管所受载荷将作用至封隔器上,由上式可知,封隔器所受压力增大,中和点将上移,为解决此问题,特对封隔器进行改进,在其上部增加油管伸缩短节。

4 现场应用

油井位油田分采井,地面抽油机型号为CYJW7-2.5-18HF,油井动液面1400m采用2濖8英寸平式油管生产,设计44/32分采泵泵挂位置1500m,Y221封隔器位置2100m,所产原油密度为0.85g/cm3。为保证管柱中和点位于分采泵下部,封隔器坐封载荷:F载荷≤qg(L-L中)，在我国《采油技术手册》可知,28英寸油管,管柱外径,Dw=73.02mm,Dn=62.0mm,q1=9.52kg/m将其代入上式可得F载荷≤55977N考虑到现场实际工况,将补偿自锁封隔器自锁销钉剪切力设置为50KN。则中和点位置为L中=1564m>1500m,中和点位置位于泵下方。封隔器坐封后,泵正常生产时,作用在油管上的液柱重量为:

油管弹性模量E=2.1×1011Pa经计算,作用在油管上的液柱引起的油管伸缩量△L=0.0992m=9.92cm，对油井进行下分采泵作业,封隔器坐封压力50KN,完井上抽,生产正常。油井下分采泵前,每天产油2.43m3;下入分采泵后,每天产油3.08m3,措施明显。

5 结论

5.1 通过现场试验,验证了该分层合采工艺管柱的可行性,并为以后进一步研究和现场应用打下了坚实的技术基础。

5.2 该工艺管柱能够控制坐封载荷,消除泵筒和油管弯曲,减缓油井生产过程中封隔器向下蠕动现象,还可利用井口原有设备 (抽油机、井口),减少投资;但是该工艺管柱所用封隔器无法重复利用,在解封后必须更换,否则无法重新坐封。

5.3 由于采用工艺管柱，所以解决了封隔器坐封之后,使封隔器的下部环空密闭,这样下部油层气体就容易导致分采泵气锁的问题。因此工艺技术满足油田的多层系开发实际需要(油田气油高),所以有利于发挥出各层的潜力,提高单井的产量。因此，分层采油工艺得到了广泛的应用。

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