＊汪鑫 阮剛

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)深圳分公司 廣東 518064）

引言

螺桿泵是一種容積泵，泵效高，多用于稠油井和含砂油井。測(cè)試作業(yè)常配合加熱電纜及氣凝膠隔熱管使用，將加熱電纜下入抽油桿中進(jìn)行加熱，該工藝有效針對(duì)高粘、高膠質(zhì)、高蠟、高凝固點(diǎn)的原油，達(dá)到提高流體溫度的目的，從而保障原油的流動(dòng)性。

水力射流泵是一種特殊類型的水力泵，測(cè)試作業(yè)中配合連續(xù)油管持續(xù)泵入加熱后的動(dòng)力液，在射流泵泵芯位置形成負(fù)壓，將地層流體與動(dòng)力液混合形成高速流體，隨測(cè)試管柱返出至地面測(cè)試流程，經(jīng)高效油水分離器，動(dòng)力液重新回到初始容器，形成閉路。

1.技術(shù)介紹

(1)螺桿泵熱采技術(shù)在測(cè)試中的應(yīng)用

螺桿泵工作原理：電動(dòng)機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置，使空心抽油桿產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，抽油桿帶動(dòng)井下螺桿泵的轉(zhuǎn)子在定子襯套內(nèi)做行星運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)時(shí)，吸油密封腔沿軸向吸油端上移，同時(shí)形成新的密封腔，其中被吸入的液體隨著密封腔的上移，由吸入端移至排出端。密封腔的不斷形成、上移和消失，就起到了泵抽作用，將油、砂、水、氣一起舉升至地面。因?qū)偃莘e式泵，所以解決了砂卡和稠油的難題。泵的排量大小除取決于泵的幾何參數(shù)外，還取決于泵的轉(zhuǎn)速，因此改變地面驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速也可改變泵的排量，從而調(diào)節(jié)油井的產(chǎn)液量，可以集油管傳輸射孔、地層測(cè)試及螺桿泵排液聯(lián)合作業(yè)工藝于一體。

圖1 螺桿泵測(cè)試示意圖

圖2 螺桿舉升原理圖

熱采設(shè)計(jì)原理：將加熱電纜下至空心抽油桿中，將380V/50Hz的三相交流電經(jīng)整流后變成直流，經(jīng)逆變電路，變成500～2000Hz的單相電，再經(jīng)中頻變壓器隔離后輸送到加熱電纜。通過(guò)加熱電纜輸送到井內(nèi)的交直流電流，經(jīng)抽油桿末端回路器，由抽油桿本體構(gòu)成回路，回到加熱設(shè)備。

輸出部分采用環(huán)形中頻變壓器，用于隔離輸入、輸出高壓，同時(shí)經(jīng)電容組與控制柜輸出相連接，起到隔直作用，防止由于直流偏磁或過(guò)勵(lì)磁產(chǎn)生的磁飽和問(wèn)題，同時(shí)可起到串聯(lián)諧振的作用。中頻變壓器為非晶鈦材料，導(dǎo)磁率高，工作頻率高，自身能量損耗極低，因此整機(jī)效率大大提高。

為減少熱量在海水及泥線附近位置的損失，在測(cè)試管柱中需增加氣凝膠隔熱管配合使用，保障較高的井筒溫度。

2022年10月在南海東部惠州某區(qū)塊測(cè)試井中應(yīng)用螺桿泵熱采技術(shù)，順利自噴求產(chǎn)，該井水深114m，油藏埋深3300m，原油凝固點(diǎn)較高，當(dāng)加熱運(yùn)行電流為100A時(shí)，地面實(shí)測(cè)井口鉆桿溫度達(dá)到58℃，在求產(chǎn)過(guò)程中溫度維持較好，創(chuàng)造了利于原油流動(dòng)的有利條件。

圖3 中頻變壓器

圖4 安裝螺桿泵井口裝置

(2)射流泵熱采技術(shù)在測(cè)試中的應(yīng)用

射流泵（Jet Pump）又稱噴射泵或水力泵，是一種利用湍射流的紊動(dòng)擴(kuò)散作用來(lái)傳遞能量和質(zhì)量的流體機(jī)械和混合反應(yīng)設(shè)備。管柱內(nèi)自循環(huán)射流泵是在傳統(tǒng)射流泵的基礎(chǔ)上與連續(xù)油管相配合，實(shí)現(xiàn)在測(cè)試管柱內(nèi)進(jìn)行循環(huán)的新型射流泵，能夠與傳統(tǒng)的APR工具兼容且契合了目前低孔滲測(cè)試層下深大，產(chǎn)量低的嚴(yán)苛要求。

管柱內(nèi)自循環(huán)射流泵（以下簡(jiǎn)稱射流泵）的工作是基于能量守衡原理，高壓動(dòng)力液通過(guò)噴嘴將其勢(shì)能（凈液柱高度加上地面泵壓產(chǎn)生的壓力）轉(zhuǎn)化為高速動(dòng)力流體的動(dòng)能，能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中，流體速度增加但壓力值減小，由此產(chǎn)生相對(duì)于地層壓力的“負(fù)壓值”，可以將地層流體吸入喉管，在喉管內(nèi)高速動(dòng)力液與地層流體充分混合，并將其動(dòng)能傳遞給地層流體，使地層流體速度增加，到擴(kuò)散管內(nèi)，擴(kuò)散管內(nèi)流動(dòng)面積如圖5所示逐步增加，隨著流動(dòng)面積的增加，混合流體速度減小但壓力增高，其動(dòng)能重新轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，通過(guò)地面泵壓的調(diào)節(jié)和喉管/噴嘴的配比選擇可以實(shí)現(xiàn)克服凈液柱高度的流體舉升至地面流程。

圖5 射流泵原理示意圖

地面處理方案仍沿用傳統(tǒng)的地面處理流程為主體，不同的是優(yōu)化了油水計(jì)量與化學(xué)注入流程。油水計(jì)量仍沿用罐液位計(jì)量，通過(guò)罐系數(shù)與液位差相乘得到流體體積，與泵注流程計(jì)量對(duì)比即可得到地層流體產(chǎn)量；化學(xué)注入主要有降黏劑，破乳劑和消泡劑三種選項(xiàng)，在注入流程通過(guò)化學(xué)注入泵進(jìn)行定量添加。

射流泵同時(shí)具備對(duì)動(dòng)力液進(jìn)行加溫的能力為解決低產(chǎn)、高凝點(diǎn)原油求產(chǎn)的難題提供了化學(xué)和物理降黏的一體化解決方案。

射流泵下入深度不同，主要將影響射流泵的效率、作業(yè)可實(shí)施性及排液能力等，因此應(yīng)綜合考慮以下幾點(diǎn)影響因素：

①泵在最高效率區(qū)間工作要求射流泵在井液中的沉沒(méi)率在30%以上；

②下入越深，其將井筒中的液體排出越徹底；

③泵下入越深，其運(yùn)行過(guò)程動(dòng)力液摩阻和混合返出液摩阻越大；

④考慮連續(xù)油管最大下深能力。（采用1.5“×4900m/1.75”×4200m連續(xù)油管，最大下入至4555m/4000m，上提最大載荷處于1.5"連續(xù)油管80%強(qiáng)度安全載荷內(nèi)，可以滿足連續(xù)油管攜帶射流泵在3000m深度坐掛作業(yè)安全要求。

工藝流程：

①泵注流程：海水—儲(chǔ)水罐—化學(xué)注入流程—柱塞泵—地磁加熱器—連續(xù)油管—試油樹(shù)清蠟閥。

②返出流程油路：試油樹(shù)生產(chǎn)閥—撓性軟管—油嘴管匯—加熱器—分離器—計(jì)量罐—儲(chǔ)油罐—燃燒臂。

③返排流程水路：試油樹(shù)生產(chǎn)閥—撓性軟管—油嘴管匯—加熱器—分離器—計(jì)量罐—儲(chǔ)油罐—高效油水分離器—儲(chǔ)水罐。

④地面泵壓力級(jí)別：30MPa/55MPa。

⑤動(dòng)力液選型：1.03S.G海水。

⑥5分離器選型：采用臥式分離器。

圖6 射流泵流程示意圖

熱采設(shè)計(jì)原理：動(dòng)力液通過(guò)變頻電磁加熱器實(shí)現(xiàn)循環(huán)加熱效果，利用電磁感應(yīng)原理，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，在控制器內(nèi)由整流電路將50Hz的交流電壓變成直流電壓，在經(jīng)過(guò)控制電路將直流電壓轉(zhuǎn)換成頻率為22kHz的高頻交流電壓。高頻交流電壓流過(guò)纏繞在非金屬材料管外的高頻導(dǎo)線，高速變化的磁場(chǎng)內(nèi)部產(chǎn)生的磁力線切割非金屬材料管內(nèi)部的金屬容器，產(chǎn)生無(wú)數(shù)小渦流，通過(guò)熱量散發(fā)系統(tǒng)（如水循環(huán)系統(tǒng)），達(dá)到加熱效果。

2022年4月在南海東部惠州某區(qū)塊測(cè)試井中首次應(yīng)用，該井水深115m，油藏埋深4000m，屬于低孔、低滲儲(chǔ)層，且原油凝固點(diǎn)及含蠟較高，地層自身能量較低，使用常規(guī)連續(xù)油管氣舉返排或螺桿泵泵排無(wú)法實(shí)現(xiàn)舉升效果，利用水力射流泵熱采技術(shù)，通過(guò)射流泵原理及動(dòng)力液熱循環(huán)效果，將井筒難以返排的地層流體帶出，成功獲取地質(zhì)資料。

圖7 電磁加熱原理圖

圖8 電磁加熱示意圖

2.技術(shù)對(duì)比

海上油田試油作業(yè)中，常用到的人工舉升方式為：連續(xù)油管氣舉、螺桿泵，射流泵技術(shù)，三種舉升方式有著各自的優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)，綜合考慮儲(chǔ)層物性、原油性質(zhì)，施工工況等因素，選擇最佳的求產(chǎn)方式。

連續(xù)油管技術(shù)經(jīng)歷幾十年的發(fā)展，配套的井下工具越來(lái)越多樣化，作業(yè)種類從最初的沖砂、氣舉到現(xiàn)在的鉆井、壓裂等，海上油氣田開(kāi)發(fā)中大斜度井及水平井越來(lái)越多，該技術(shù)應(yīng)用也日益廣泛。連續(xù)油管作業(yè)最大優(yōu)勢(shì)是可以帶壓作業(yè)，連續(xù)油管在井筒內(nèi)移動(dòng)的同時(shí)，可泵入液體或氣體。在試油作業(yè)中，通過(guò)氣舉返排液墊的方式，減小靜液柱高度，增大井筒內(nèi)負(fù)壓，從而提高地層流體返排至地面流程的效率，也可配合射流泵技術(shù)使用。但其內(nèi)徑一般較小，抗拉強(qiáng)度較低，不能旋轉(zhuǎn)。由于連續(xù)油管橇較重，因此在海上的使用受到作業(yè)設(shè)施吊裝能力及場(chǎng)地條件的限制。氣舉泵入的氣體為氮?dú)?，無(wú)法實(shí)現(xiàn)井筒升溫的效果，注入氮?dú)鈱?duì)地層產(chǎn)生回壓，不利于地層液體流向井筒，針對(duì)低孔、低滲、地層能量不足、稠油，高凝油的井，不適用連續(xù)油管氣舉技術(shù)。

螺桿泵技術(shù)是一種容積泵，泵效高，受汽油影響比較小，多用于稠油井和含砂油井，工藝發(fā)展較為成熟，工具簡(jiǎn)單，可配合加熱電纜及氣凝膠隔熱管使用，對(duì)于稠油及高凝油返排有非常好的效果，下入深度受揚(yáng)程影響，目前海上油田泵筒下入深度最深為1400m左右，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到250rpm時(shí)，常用螺桿泵排液量最大為180m3/d，適用于低產(chǎn)井，當(dāng)?shù)貙幽芰坎蛔銜r(shí)，無(wú)法確保泵筒位置有相對(duì)穩(wěn)定的沉沒(méi)度（確保動(dòng)液面在去除氣體影響條件下垂深不小于50m），若長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有流體潤(rùn)滑冷卻，極易造成轉(zhuǎn)子在定子中干磨，導(dǎo)致膠皮疲勞磨損，甚至被切削成小塊卡在抽油桿及管柱間隙中。

射流泵技術(shù)是海上油田測(cè)試求產(chǎn)中的全新應(yīng)用，具有產(chǎn)量調(diào)節(jié)范圍廣、檢泵方便、運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，適用于低含水、高氣油比、高溫、高含砂和含腐蝕性流體的油井，射流泵舉升在噴嘴與喉管處形成負(fù)壓，吸入地層流體，不對(duì)地層產(chǎn)生正向壓力，有利于地層液體流向井筒，注入動(dòng)力液最高溫度65℃，而注入氮?dú)鉁囟绕毡檩^低，且氣體擴(kuò)散屬于吸熱過(guò)程，不利于管柱內(nèi)流體返出流動(dòng)，初步估算射流泵泵掛深度處井筒溫度至少高于連續(xù)油管注入深度處井筒溫度30℃以上，對(duì)于地層產(chǎn)能低、稠油，高凝油具有非常好的效果。但其不適于含水率高的油井，水力射流泵采油需有高壓動(dòng)力液作為舉升條件，但舉升效率比電潛泵和螺桿泵低。

3.結(jié)束語(yǔ)

海上油田測(cè)試作業(yè)中，不斷向深層勘探，稠油及高凝油也不斷涌現(xiàn)，針對(duì)受溫度影響較大的原油，人工舉升的工藝也在不斷創(chuàng)新引入，根據(jù)不同情況選擇合適的舉升方式尤為重要，選對(duì)舉升方式，利于現(xiàn)場(chǎng)工程施工的開(kāi)展，地質(zhì)資料的求取。

對(duì)于地層產(chǎn)能低的稠油及高凝油，更適用射流泵技術(shù)，通過(guò)動(dòng)力液熱循環(huán)將地層流體混合帶出，對(duì)于地層產(chǎn)能一般達(dá)不到自噴條件的稠油及高凝油，更適用于螺桿泵技術(shù)，通過(guò)加熱電纜配合氣凝膠隔熱管，保障井筒溫度恒定，確保了原油不會(huì)在井筒中凝固，對(duì)比兩種加熱方式，螺桿泵工藝的熱采技術(shù)熱量損失更小。