稠油井注采一次管柱及配套工艺技术

郭玉山

摘 要：本文详细阐述了注采一次管柱及配套技术在稠油注蒸汽井中的应用，该技术使用杆式泵配合一次管柱生产，并开创性地使用普通油管代替隔热管，应用氮气隔热注汽，从而实现不动管柱进行注汽、采油、检泵、冲砂等作业。减少了因频繁注汽造成生产成本的增高，经济效益变差的状况。该技术的应用节约了作业费用，缩短了作业时间，节省了隔热管费用，有效降低稠油生产成本。

关键词：稠油；一次管柱；应用；杆式泵；隔热；锦州油田

1注采一次管柱的研究

通过实践，合理选用注采一次管柱用泵，完成配套工具以及工艺系统使注采一次管柱工艺配套技术更趋于完善，使之大面积推广应用，并取得较好的应用效果。

1.1 注采一次管柱基本原理

稠油井注采一次管柱的管柱结构（见图1）主要由3寸油管、油管扶正器、杆式泵悬挂器、杆式泵以及井口悬挂器等组成。热采井直接下入一次管柱，在油管注蒸汽的同时，从套管注入定量的氮气，并采取定时补氮的方法，确保氮气的隔热效果。注汽结束后再下杆柱生产。该工艺也可以在油井周期末检泵时下入一次管柱生产，待油井能量不足需要注汽时，上提抽油杆，用悬挂器将杆式泵悬挂在泵上4寸管内（以形成注汽通道）；注汽后，下放抽油杆转抽生产。

图1注采一次管柱基本原理

1.2 注采一次泵的选用

稠油井注采一次管柱及配套工艺技术主要使用普通油管、注采一次泵和氮气隔热来完成。稠油井注采一次管柱的管柱结构（见图1）主要由3寸油管、油管扶正器、悬挂器、泵以及井口悬挂器等组成。该技术应用成功的关键是注采一次泵的选用。初期，我们先后使用了浮球式注采一次泵；空心环流泵以及杆式泵三种泵进行了实验，这三种泵的对比如下：

1.2.1 浮球式注采一次泵

将原普通管式泵固定凡尔换成浮球式固定凡尔总成及完成泵的转换，不仅简便易行，而且可以大大降低成本。浮球式注采一次泵具有以下几个特点：

（1）成本低廉，固定凡爾总成1500元/台，配套泄油器1000元/台。

（2）配合普通管式泵使用，结构简单，易于作业施工。

（3）固定凡尔总成检修后可以重复利用。

缺点是注汽后，泵筒内壁及柱塞表面结垢，致使该泵在注汽转抽时难度很大。

1.2.2 空心环流泵

空心环流泵与浮球式注采一次泵相比，应用效果虽然有所改善，但是，因其结构复杂，经过注汽的高温高压以后，破坏了常温下的配合精度，表现在以下两方面：

（1）泵的各部件产生热应力有可能出现微量变形。

（2）柱塞表面，泵筒内壁结垢。

注汽后下放柱塞，按其设计压力（5KN）卡簧不能顺利通过导油挡块，至使底阀不能坐封。导致该泵注汽转抽成功率低，不适宜大面积推广。

1.2.3 杆式泵

普通杆式泵内外工作筒之间采用橡胶圈密封，耐温能力差（≤60℃），不能满足注汽要求，因此，我们改进了密封材料及方式，解决了密封件耐温问题（主要技术指标见附表），能够满足注汽后下泵生产。且杆式泵内工作筒可以互换，对一些不需动管柱的油井，可以实现反复多次注汽-转抽，而且检泵时可以将管内的原油泄出，不需安装泄油器。

通过实践，现在的注采一次管柱工艺，我们已全部使用杆式泵作为注采一次管柱用泵且取得了较理想的使用效果和较好的经济效益。

1.3 配套工具

1.3.1 悬挂器

注汽时柱塞必须悬挂在泵筒之上，以形成注汽通道，用悬挂器悬挂抽油杆柱，旋紧悬挂器上盖后，即可连接注汽管线注汽。该作业可以通过使用吊车完成，不需作业队，可节省一次作业费用。

1.3.2 扶正器

油管柱加设扶正器，在注汽时，油管与套管同心，减少热损失，确保环空氮气的隔热效果。

1.3.3 井口单流阀

注汽时注汽压力、温度升高，环空氮气膨胀，井口单流阀可以避免氮气回返，以减少热损失以及对地面设备的损坏，尤其在多井同时注汽的情况下，可以避免由于各井环空压力的不同而产生气窜现象。

1.3.4 压力平衡阀

压力平衡阀能够保证在注氮气时，环空氮气具有良好的隔热效果，节省氮气用量，同时它还可以保护地面设施和注氮设备。由于套管内压力受注汽的温度、排量、干度及井深的影响，必须保证压力平衡阀在一定的井深并在其调定的压差下开始工作。使用可调节式的压力平衡阀，确保环空氮气在一定压力下，保证隔热效果，为注氮气提供可靠的技术参数。

2 配套工艺改进

2.1 隔热管柱

实际我们采用普通的油管代替隔热管作为隔热管柱，热采时，将泵座与光油管一起下到设计位置，油套环空注氮隔热，然后从油管中间注入蒸汽，全井不使用隔热管，大大节省了隔热管的周转材料费。

2.2 氮气隔热

由于氮气的导热系数为0.0228N/m.k，具有很强的绝热性。故在稠油热采中，油管注蒸汽、套管注氮气，使注入蒸汽热量损失很小；另外，该工艺还会大大改善套管的力学性能，保护套管，延长其使用寿命。

为确定隔热效果，我们进行了油套环空注氮隔热温度测试。分别选择了普通注汽管柱井与光油管环空注氮井，在注蒸汽时进行套管温度监测。

对比结果表明，该措施采用氮气隔热与普通蒸汽吞吐井的套管温度基本相同（均为240℃左右）。

2.3 注氮设备

稠油井注采一次管柱技术能否推广，注氮设备是一重要环节。移动注氮车可以在各区块灵活使用，需要时可随时搬迁、随时补氮，同时又可以不用专门的注氮调剖管线，使用方便，又节省了投资。

3 结论及建议：

稠油井注抽一次管柱工艺技术在锦州油田的应用成功，使其在配套工具、工艺上已完全成熟，这标志着我国稠油井开采又多了一新的有效途径。

然而，该工艺技术在实施过程中还存在着一定的不足，主要有以下几个方面：

（1）工艺配套的防砂措施还不完善，出砂井易卡泵。在所实施的油井中砂卡有14井次，影响了措施效果和措施的应用范围。

（2）初期杆式泵的密封材料耐温不能满足注汽要求（不能超过240℃），不能满足管、杆一次性下入井内。注汽后需作业队重复搬家立井架，经过改进后，情况已经改变。因此，该项技术在实施的过程中，应注意选用合适的杆式泵。

（3）初期由于泵型与油井产能不匹配，激励油层出砂卡泵。

（4）在注氮、注汽过程中，个别热采井口出现漏汽现象。影响措施效果，造成不必要的浪费。

参考文献：

[1]廖广志.注氮气提高稠油油藏热采采收率研究[D].中国石油天然气总公司石油勘探开发科学研究院博士研究生论文，1996

[2]陈荣灿，霍进等.稠油注蒸汽加氮气吞吐实验研究.特种油气藏，1999，6（3）59～64，70