火驱井高效举升技术研究与应用

黄小钊

辽河油田钻采工艺研究院 辽宁盘锦 124010

66-48 区块位于油田西南部，构造上位于辽河断陷和西部凹陷西斜坡断裂带，目的层为下第三系第四段。该区块已进入吞吐开发后期，存在生产周期长、地层压力低、利用率高、产量低、能耗低等问题，按原开发模式，可采储量已达87.1%。因此，改造开发模式已成为提高油藏最终采收率的重要途径。由于火驱采油的生产机理不同于注水、蒸汽吞吐等常规开发方式，油井生产中存在的问题必然不同，随着火驱的进行，各种生产矛盾逐渐暴露出来[1]。一是部分油井尾气明显增加，据统计，目前已有320 多口火驱区域油井，其中25% 左右的油井高产，达到了1000m3/D 以上的天然气产量，有的甚至超过了3000m3/D，一定程度影响了泵的正常工作。二是部分油井出砂、产天然气，66 块部分油井在顶替前出砂严重，随着油井排量的增加，出砂与产气的复杂矛盾日益突出，砂卡、气锁现象频繁发生，腐蚀性介质更是加速了举升设备的腐蚀损坏，严重缩短了设备的使用寿命，降低了火驱油井的检泵周期。因此，研究火驱采油井的防砂、防气、防腐蚀，对火驱井的高效正常生产具有重要意义。

1 主要研究内容

1.1 技术思路

防砂防气防腐蚀采油技术是在传统油井泵的基础上，结合砂泵和防腐耐磨泵的优点，再加装防气装置，达到防腐、防气、防砂的目的。主要技术路线如下：一是在材料方面，结合火驱腐蚀特点，优化防腐材料和特殊表面处理工艺，解决泵体腐蚀问题；二是改进柱塞长度大于泵筒的长柱塞短泵筒设计，同时在泵筒外增加一个外筒，形成防排砂及沉砂通道，以缓解油井的砂卡砂埋等问题；最后在泵下安装防气装置，通过离心分离原理实现高效气液分离，有效缓解火驱井气大泵效低的问题。

1.2 . 高效火驱井举升技术

防砂沉砂结构的改进。泵的设计采用长柱塞短泵筒结构，柱塞比泵筒长，柱塞的结构与普通柱塞相似，但柱塞长度比普通柱塞长得多，泵筒通常为1.5m，根据冲程不同，柱塞可为4.8m 或7.3m，有效防止地层砂进入柱塞与泵筒间隙。泵筒外侧设计有沉砂外管，与泵筒体之间形成沉砂通道，泵的底部为双通进油结构，侧向进油、轴向沉砂。改进型沉砂结构泵主要由短泵筒及加长管、长柱塞、固定阀、外管六部分组成。长柱塞总成包括上出油接头、阀球、阀座、下游动阀座接头、长柱塞、下游动阀罩等，固定阀总成由固定阀罩、阀球、阀座、阀座阀座接头等部件组成。

图1 柱塞总成结构图

开发有效的油气分离器。由于火驱尾气为非溶解气, 为提高石油和天然气的最佳分离效果，降低气体进泵量，防止气体造成的泵效降低、阀球阀座密封滞后、气锁等问题，对新型泵下油气分离气锚进行了研究。分离装置设计了沉砂结构，实现了气锚与泵吸液、沉砂通道的双向对接，在不影响泵抽汲的情况下，将下行程沉落的砂通过沉砂通道储存在气锚下部尾管中，气锚总成包括内管、进液外管、螺旋体、中间管、双通接头等。

优化表面处理，对泵的整体材料和表面处理进行了改进，并进行了综合防腐处理。替换原碳钢为镍铬钨合金材质，大大提高了材料的耐腐蚀性能，对泵筒内表面进行了自蔓延刚玉层处理，柱塞进行喷焊Ni60 处理，大幅提高了泵筒柱塞的硬度、耐磨性、防腐性，为延长检泵周期提供了强有力的支撑[2]。

耐腐蚀实验：进行常温常压下的H2SO4耐腐蚀性试验，选择无防腐层的碳钢材料、镀铬层和钨合金电镀材料进行H2SO4耐蚀性对比试验。将样品浸入H2SO4（体积分数为5%）溶液中并浸泡不同时间。外观如图2 所示：图2a 为普通碳钢，图2b 为浸泡100h 后的5 次浸泡，图2C 为镀铬材料的形貌，图2d 为浸泡100h 后的形貌，图2E 为电镀钨基合金材料的形貌，图2F 为浸泡230h 后的形貌，图2 材料在H2SO4溶液中浸泡一定时间后的性能图像2H2SO44/CO2高温高压耐腐蚀试验：将普通碳钢和钨基合金分别置于高温和高压反应器，H2SO4溶液浓度5%，充满CO2气体，静态反应96h，左侧为普通碳钢，右侧为钨基合金材料。实验结论：电镀钨基合金材料能适应高温高压腐蚀环境，能有效抵抗油井中硫化氢的腐蚀[3]。

图2 各材料浸入H2SO4 溶液及浸泡

2 技术创新点

（1）改进沉砂结构，大大提高了泵的防沉砂能力，大幅降低了高含砂油井砂卡砂埋、磨损严重问题的产生几率。

（2）泵下高效油气分离装置的研制，提高油气分离能力，降低了气体的进泵量，缓解了气体造成的泵效降低、气锁等现象。

（3）泵筒柱塞特殊表面处理及新型钨基合金材料，能有效适应井底高温高压条件，大幅降低了举升设备的腐蚀速率，延长了火驱井举升设备的使用寿命。

3 结语

试验结果表明，该高效火驱井举升技术能有效适应火驱井高温高压和硫化氢腐蚀的环境。现场试验表明能够有效解决火驱井举升中存在的一系列复杂综合性问题，延长火驱井的检泵周期，为火驱井的高效生产提供了一种新技术。从实施效果来看，火驱井高效举升技术具有投资小、效益高的优点，能取得良好的经济效益。