大港滩浅海稠油热采一体化工艺技术研究

＊刘勇 彭勇 黎朋军 刘崇 李娜

（1.中国石油集团海洋工程有限公司天津分公司 天津 300457 2.中国石油集团海洋工程有限公司 北京 100010）

对于大港油田来说，虽然借助多元热流体吞吐和蒸汽吞吐热采工艺实施开采得到了显著的成效，但是由于海上稠油热采都是应用的电潜离心泵举升技术，而此技术无法用于8000MPa·s黏度以上的稠油，同时其电潜泵的耐温也低于200℃，这就造成其必须应用注采两趟管柱才可完成热采作业，并且当注热、放喷等流程完成之后还要更换管柱，将其换成电泵举升管柱，这样就使热采的成本很大，如果频繁的更换管柱还会引发危险，这便给海上稠油热采实施带来了很大的阻碍，为有效解决该阻碍，人们便研发出了海上稠油热采一体化的工艺技术，此技术既能够有效节约成本，又能够提高稠油热采的效率，所以许多专家学者都对稠油热采一体化工艺技术进行了大量的实验，尤其是地上稠油热采，已得到了良好的成效，但海上稠油热采一体化工艺技术还不是很成熟，因为海上油田的属性比较特殊，所以根本无法直接把陆地稠油热采技术用在海上稠油热采，必须对其工艺技术进行调整，并使用对应的热采工具以及设备，以实现海上稠油热采工作。

1.海上稠油热采一体化工艺技术研究

依据海上油田的特性，从工艺技术、泵排量、平台适应程度以及维护状况出发，详细的对比了电潜泵、液压抽油机以及水力射流泵的使用情况。首先，电潜泵。其在海上油田的应用最为广泛，因为它的排量很大，高达80-700m3/d。不过，其不耐温，所以没法在高温中使用，并且它举升的原油黏度不可超过2000MPa·s，由此没发用在出砂以及高气油比的状况下，其投资成本为90-120万元，主要用于开始投资以及未来维护。对于杆驱螺杆泵来说，其构成部分主要就是地面驱动装置和井下金属螺杆泵。其中，地面驱动装置主要是用来提供动力的，经抽油杆旋转来带动井下螺杆泵运行，而井下螺杆泵又由两部分构成，即金属转子与定子。由于定转子都是金属材料，所以在出砂较多的井中就很容易发生问题。另外，定转子会有缝隙，如果热采的原油黏度较小，则流失情况会特别严重。对于金属螺杆泵来说，其不仅耐温，而且举升的稠油黏度很高，可达8000MPa·s，其泵排量为200m3/d，投资成本为30-40万元。其次，液压抽油机。其构成主要是地面驱动设备与井下有杆泵，它的运行机制是由地面液压站所提供液压来带动光杆和抽油杆运动，从而促使抽油泵进、排液。一般井下有杆泵的构成部分是泵筒与柱塞，它的耐温性能、承受黏度以及投资成本都和金属螺杆泵差不多，不过因为海上生产井基本都是水平井和大斜度井，抽油杆会和油管发生摩擦，所以液压抽油机的产量无法达到要求。最后，射流泵。其运行机理是把井中的动能传递给采油设备，能源主要来自于动力液，它不仅耐温，温度可为400℃，而且还对原油黏度没有要求，泵排量为10-500m3/d，同时还可用在出砂及高油气比情况下，不过成本较大，一般为75-90万元，但后期维护费用小，非常适合用在海上油田稠油热采一体化当中。

2.海上稠油热采一体化的管柱研究

受管柱结构影响，射流泵可分成两种形式，即普通管式与同心管式。其中，普通管式对井斜要求为70°以下，耐温在180℃以下，没有套管防护。同心管式对井斜的要求为90°以下、耐温在400℃以下，有套管保护。由此可见，同心管式射流泵更适用于稠油热采一体化中，所以便研制出了同心双管射流泵一体化的管柱，详见图1。此管柱由外管管柱与内管管柱构成，需先下外管管柱，然后再下内管管柱，当管柱全部下完，会起出一根内管，把其挂在井口的树上，随后注入蒸汽，这样外管与内管因产生热就会变长。在采油过程中，受高压影响，动力液会从井口进入到内管，然后到达射流泵的泵心，以带动同心管喷射泵运行，最后形成的混合液经过外内管之间的空隙排出。在内管选择的时候，必须确保内径在40-42mm，这样有利于泵心起出。

图1 同心双管射流泵注采一体化管柱

3.井下主要设备的研究

(1)安全控制设备

当海上油田使用同心管射流泵的时候，最为关键的内容就是安全控制，安全控制的主要设备有两个，即机械式井下安全阀和液压式井下安全阀。首先，机械式井下安全阀。其运行机理是当注入蒸汽时，向上提起一根小油管，设备就会被扭簧关闭，这时蒸汽就可单向进入地层中，如果发生突发状况，便立即停止注热，这样机械式安全阀就会立刻关闭，要想再生产，就重插泵筒，并开启机械式安全。其次，液压式井下安全阀。其安全阀带有液压孔以促使柱塞向下运动，进而带动弹簧及中心管运动。如果中心管碰到柱塞的时候，为使压力平衡，便继续加压，使中心管顶开阀板，这样井下安全阀就是开启的状态，要想关闭安全阀，就把接头的压力放出即可。

(2)热采封隔器

热采封隔器主要是用来封隔油层的，以防热流体上窜给套管及水泥环造成损伤。一般在注蒸汽的时候，为保障热能就会使用隔热油管，并对油套环空注入氮气，以起到隔热作用。当注入多元热流体的时候，热采封隔器还能发挥锚定管柱、密封油套环空的功能，而且效果良好。

(3)隔热型补偿器

隔热型补偿器主要用来补充热流体量，同时还有隔热、传递扭矩的作用。其构成部分有四个，分别为：隔热接头、补偿内管、密封机构与隔热主体。当补偿器进入井下时便开始注热，随着温度不断升高，井下的管柱会不断延长，这时补偿器的内中心管就会进到隔热外管中，当注热停止，温度不断下降，内中心管会慢慢伸出。如果上提中心管，则补偿内管的凹凸槽就会和密封机的凸凹槽啮合，这样内外管就能一起旋转，以起到传递力矩的作用。

4.井口专用设备及配套设施

(1)井口专用设备

对于同心管射流泵一体化设备来说，其井口设备主要为双级油管头与双翼双阀，通径是组合阀及平板闸阀。其中，组合阀由平板闸阀与安全阀构成，其可显著减小井口的压力，以防止故障发生，同时减少蒸汽的注入时间，以增强效率。在采油的过程中，可先在采油树一侧加入动力液，然后让油管环空的产出液和动力液相混合，从而达到循环动力液的目的。在注入热流体的过程中，应开启采油树注汽的阀门，关闭其他的阀门，以实施注热，当注热完，就立即关闭注汽阀门，以展开焖井，最后打开放喷阀门，实施放喷。在注热及焖井的时候，需要特别注意套管的升高问题，由此必须在油管上留出一定的空间，以供套管上升。当放喷完成，就可在采油树一侧注入动力液，以起到冷采的作用，最终达到一体化。如果在注热及采油的时候，出现井喷情况，就必须马上关闭气动安全阀，以保障井口的安全。在放喷过程中，可借助地面管的节流阀来调整井口出口处的压力、流量等。

(2)配套设施

配套设施主要有：产出液初级处理及动力液供给。其中，产出液初级处理是靠油气水砂分离器完成的；动力液供给是靠地面动力液泵完成的。另外，还包含一些辅助设施，主要有：高低压过滤器、流量计、变频柜以及地面管汇等等。一般情况下，动力液为自循环，其压力和流体会形成闭路循环，动力液使用的是生产污水，这样不仅能够很大程度的节省水资源，而且还能有效避免结垢情况发生，减少污水处理压力，只要借助地层产水就能达到要求，显著节省了成本。

5.总结

通过上述内容可知：海上油田属性非常特殊，必须采用良好的技术才能实现。通过对海上稠油热采一体化工艺技术的深入研究，不仅充分实现了海上油田稠油注采一体化技术，而且运用同心管射流泵一体化工艺技术还显著节省了成本，给海上稠油热采工艺技术的提升带来了很大的帮助，既达到了大规模开采目的，又给开采带来了安全保障，未来发展非常可观。