劉如杰

(中國石油遼河油田公司 遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

X作業(yè)區(qū)管轄超稠油井272口,開發(fā)方式為蒸汽吞吐，處于曙一區(qū)興隆臺超稠油區(qū)塊邊部區(qū)域，油層平均有效厚度23.6 m，平均單層厚度4.4 m，屬于互層狀超稠油油藏[1]。非均質(zhì)性強，油層發(fā)育差，單井吞吐周期短，平均單井年吞吐周期2～4個。截止2017年底，燜井后，具有放噴能力的油井有116口，占總井?dāng)?shù)42.7%。油井放噴生產(chǎn)是地層能量釋放的過程，液量控制不平穩(wěn)，造成瞬間生產(chǎn)壓差增大，易誘導(dǎo)近井地帶的巖石結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，造成油井出砂。因此，在保證產(chǎn)液溫度高于原油拐點溫度的基礎(chǔ)上，要合理的控制油井液量，保持平穩(wěn)放噴[2]。日常管理中通常采用更換油嘴和調(diào)節(jié)生產(chǎn)閘門控制放噴量，存在危害油井生產(chǎn)、增損減效、耗費人力問題，通過對傳統(tǒng)放噴方法進行改進，應(yīng)用恒定流量控制裝置，實現(xiàn)放噴油嘴的無極調(diào)節(jié)，保證放噴液量平穩(wěn)，對提高放噴井管理水平有一定意義。

1 改進前情況

放噴過程中，地層能量逐漸下降，通過分離器計量產(chǎn)量數(shù)值來指導(dǎo)放噴井控制產(chǎn)液量，放噴產(chǎn)液量無法實時反饋，存在后效應(yīng)現(xiàn)象，并且與放噴產(chǎn)液量制度要求控制量偏離較大，控制難度大。傳統(tǒng)放噴方式采用更換油嘴尺寸和調(diào)節(jié)生產(chǎn)閘門控制液量，存在諸多問題。目前現(xiàn)場普遍采用更換油嘴調(diào)整液量，嘴流有臨界和亞臨界兩種狀態(tài)[3-4]，在放噴液量低時通過更換油嘴尺寸控制液量效果好，在高放噴液量狀態(tài)下，油嘴對液量控制作用有限[5]。通過更換油嘴尺寸方式控制液量，需要多次更換油嘴，放噴周期內(nèi)平均單井更換頻次為5～7次，更換油嘴費工耗時，工人勞動強度大，進入放噴后期，含水下降，更換油嘴操作耗時會成倍增加。

通過調(diào)節(jié)生產(chǎn)閘門控制液量，閘門開合度不好控制，導(dǎo)致放噴液量突增突降，引起生產(chǎn)壓差激變，引發(fā)地層出砂，嚴(yán)重會造成套管變形損壞[6]。2011～2016年中，因放噴液量控制不合理，造成套損42井次，占總套壞井次的38%，其中2012年2015年套損數(shù)均為9口。此外利用生產(chǎn)閘門替代油嘴放噴，增加閘門內(nèi)漏損壞機率，操作不當(dāng)易造成安全環(huán)保事故發(fā)生。

2 改進內(nèi)容

2.1 裝置設(shè)計思路

裝置核心部件主要為驅(qū)動器(手輪、端蓋)、調(diào)節(jié)閥(恒定調(diào)節(jié)閥套、恒定調(diào)節(jié)閥芯)、絲杠(主筒、直線軸承、軸套、推力軸承、護套)、密封(密封圈)及顯示(流量計前管、流量計后管、渦街流量計)五大部分，如圖1所示。

驅(qū)動裝置有電動控制和手動控制，通過現(xiàn)場分析對比，手動控制外部無操控元件，安全性高，適應(yīng)性強，便于實施，所以裝置驅(qū)動方式優(yōu)選為手動。

圖1 裝置結(jié)構(gòu)三維實體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

調(diào)節(jié)裝置主要包括調(diào)節(jié)方式、閥芯沖蝕角、流量特性截面優(yōu)選。調(diào)節(jié)方式采用直線偏角型調(diào)節(jié)，流道轉(zhuǎn)向角度小于90°，無過流死角；不同開度都可實現(xiàn)微調(diào)節(jié)，開啟行程長；流體對閥芯無直接沖擊，受流體沖擊力??；閥芯可360°旋轉(zhuǎn)，無卡阻。調(diào)節(jié)閥芯沖蝕角技術(shù)方案為梯型，梯型與圓角型和倒角型相比，階梯緩沖，耐沖蝕。調(diào)節(jié)閥流量特性截面采用壓降型流量特性截面，通過變壓力下流量特征曲線可以看出，壓降型能夠?qū)崿F(xiàn)特定壓降速率下的線性關(guān)系，在變壓力下行程與流量呈直線關(guān)系，如圖2所示。

方案流態(tài)圖變壓力下流量特性曲線分析結(jié)論能夠?qū)崿F(xiàn)特定壓降速率下的線性關(guān)系,在變壓力下行程與流量呈直線關(guān)系。

圖2恒定流量調(diào)節(jié)閥壓降型流量特性截面分析示意圖

絲杠裝置主要包括絲杠形狀、扶正件、推力軸承的優(yōu)選。絲杠選擇為梯形，此種絲杠依靠絲母與絲杠之間的油膜產(chǎn)生相對滑動工作的，經(jīng)過滑動摩擦從而完成直線運動，位移精度0.1 mm/300 mm。絲杠扶正件為直線軸承，通過徑向滾動，對絲杠徑向扶正，內(nèi)部有相應(yīng)的滾珠，材質(zhì)為硬質(zhì)合金鋼，耐磨性好，開關(guān)恒定流量調(diào)節(jié)閥阻力小，不會產(chǎn)生徑向位移，徑向偏移量為0.03～0.05 mm。絲杠推力軸承為滾珠軸承，將球形合金鋼珠安裝在內(nèi)鋼圈和外鋼圈的中間，以滾動方式來降低動力傳遞過程中的摩擦力和提高機械動力的傳遞效率，點接觸滾動摩擦，摩擦阻力小，承受載荷小。

密封裝置為O型密封圈，它的材質(zhì)為氟橡膠，根據(jù)油井放噴溫度選擇耐溫性能-35～+250 ℃，安裝數(shù)量為2個。

顯示裝置主要是選擇合適流量計，通過對比選擇渦街流量計測量，主要是此流量計無運行件，流道簡單，抗震性強，顯示部分與測量部件可實現(xiàn)分配組裝。

2.2 裝置參數(shù)優(yōu)選

根據(jù)統(tǒng)計的放噴井各項數(shù)據(jù)最高值，設(shè)計裝置的相關(guān)參數(shù)，詳見表1。

確定恒定流量調(diào)節(jié)閥過流部件的相關(guān)參數(shù)，詳見表2。

表1 裝置設(shè)計參數(shù)表

表2 恒定流量調(diào)節(jié)閥過流部件相關(guān)參數(shù)設(shè)計

進行現(xiàn)場尺寸復(fù)測和試壓，用水做14 MPa耐壓試驗，5 min壓力不降，試驗結(jié)果完合符合設(shè)計壓力標(biāo)準(zhǔn)要求，詳見表3。

表3 裝置耐壓試驗表

3 裝置現(xiàn)場試驗

3.1 裝置連接

將裝置進口與放噴油井生產(chǎn)閘門進行卡箍連接，出口與井口接力泵進口軟管進行卡箍連接，完成裝置在放噴油井上的安裝，如圖3所示。

圖3 恒定流量放噴裝置安裝現(xiàn)場

3.2 裝置操作

1)油井放噴初期：此階段井口溫度高、液流速度高，通過手輪控制的恒定流量閥芯在閥套內(nèi)作直線運動，使側(cè)開的閥口大小在一定范圍內(nèi)無極可調(diào)。通過閥口噴出的油流，在流量計上實時顯示累計量和瞬時量，使油井放噴產(chǎn)液量在井口完成可視化計量。根據(jù)油井出砂情況，此階段液量控制在30～50 t/d。

2)油井放噴中期：放噴油井井口壓力下降，壓降值為0.01 MPa時，逆時針緩慢定量調(diào)節(jié)手輪8°～16°，控制閥口的開度，同時觀察流量計瞬時流量是否保正在放噴產(chǎn)液量范圍中間值的±0.05～±0.10 m3/h，保證產(chǎn)液量平穩(wěn)。

3)油井放噴末期：此階段液流溫度低、流速低，無需通過限定流量控制產(chǎn)液量，逆時針旋轉(zhuǎn)手輪到底，實現(xiàn)恒定流量閥芯與套的分離，完成“一步式”拆卸分離。

放噴過程中，需要進行摻液時，將摻液軟管兩端分別與裝置摻液閥和井口流程摻液閥對接，即可實現(xiàn)定量摻液。

3.3 現(xiàn)場效果

在杜813-40-41井安裝進行放噴生產(chǎn)，由作業(yè)區(qū)的安全組、運行組、技術(shù)組、地質(zhì)隊四個部門對改進裝置進行現(xiàn)場確認(rèn)，檢查裝置的產(chǎn)量調(diào)節(jié)性能、安全性能、耐用性能和適用性。

從圖4中可以看出，未使用改裝放噴裝前，放噴天數(shù)36 d，期間3次更換油嘴，1次拆掉油嘴，放噴液量在11～40 t/d之間，波動幅度大；改裝后放噴生產(chǎn)23 d，放噴生產(chǎn)過程中產(chǎn)液量在25 t/d左右，變化平緩穩(wěn)定，沒有突增突降現(xiàn)象出現(xiàn)，全過程瞬時產(chǎn)液量都保持在要求范圍20～30 t/d之內(nèi)。第15 d啟接力泵進行輔助放噴時，也沒有出現(xiàn)產(chǎn)液量突增現(xiàn)象，說明改進后裝置的產(chǎn)液量調(diào)節(jié)性能優(yōu)良。在放噴過程中，杜813-40-41井的最高放噴壓力為7.2 MPa，最高放噴溫度為110 ℃，在使用過程中恒定流量放噴裝置也沒有出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，說明裝置安全性能可靠。

圖4 杜813-40-41改裝放噴裝置前后瞬時產(chǎn)液量對比曲線

杜813-40-41井為出砂嚴(yán)重井，含砂粒徑在0.10～0.21 mm之間。截止杜813-40-41井放噴結(jié)束，恒定流量放噴裝置已累計工作時間1 100 h，用于調(diào)控產(chǎn)液量累計工作時間530 h。計量顯示值與分離器計量結(jié)果基本一致，瞬時誤差±0.05～±0.08 m3/h之間；手輪調(diào)整幅度是根據(jù)井口壓力下降情況實現(xiàn)定量旋轉(zhuǎn)，井口壓力每下降0.01 MPa，逆時針轉(zhuǎn)動手輪約10°～15°，手輪轉(zhuǎn)動自如，絲杠行走均勻，沒有出現(xiàn)任何卡阻現(xiàn)象，操作十分靈活。

4 結(jié) 論

1)放噴裝置的改進有效解決了超稠油放噴環(huán)節(jié)操作復(fù)雜、產(chǎn)液量控制不穩(wěn)定難題，對提高超稠油開發(fā)水平、降低管理強度有重要意義，具有推廣應(yīng)用價值。

2)放噴裝置采用手動驅(qū)動易安全操作；調(diào)節(jié)采用直線偏角型實現(xiàn)微調(diào)節(jié)，開啟行程長，達到液量無級調(diào)控；渦街流量計精度高計量準(zhǔn)，真正實現(xiàn)實時監(jiān)控產(chǎn)液量。