（石油与天然气工程专业论文）新型高效防污染洗井清蜡管柱的设计和应用.pdf

中文摘要 论文题目：新型高效防污染洗井清蜡管柱的设计和应用 专业：石油与天然气工程 硕士生：车海燕( 签名)垄堑整： 指导教师：任晓娟( 签名) 互堡监i 区昌 李现东( 签名)盔弛盘 摘要 文南油田属油层埋藏深、物性差、非均质严重的低渗透油气田，由于原油高含蜡、 油稠等特性，在油井的生产管理过程中，需要通过定期加药和周期热洗井来清蜡、降稠 才能维持正常生产。在洗井过程中，由于入井液和地层流体及与地层岩石敏感矿物发生 的不良物理和化学反应，常形成酸敏、水敏、速敏和盐敏等现象，使油层渗透率降低， 造成油井产能降低，甚至停产。为了达到在洗井过程中使洗井液不污染油层，同时又达 到清蜡的效果。本文针对文南油田洗井中入井流体伤害严重问题，设计并研究出一套高 效防污染洗井管柱，该套管柱主要由液压封隔器、侧向旁通补偿器、过压式固定阀，防 砂单流阀等工件组成。管柱利用封隔器密封油套环空，杜绝洗井液从油套环空和油管内 进入地层；利用高压滑套解决封隔器坐封及洗井液由油套环空进入油管的主要通道的问 题；利用过压固定阀是将油管内的压力均匀传递至有杆泵固定凡尔以下，使封隔器接受 坐封压力。利用防砂单流阀防止洗井液中杂质落到单流阀凡尔座上，使管内液体只能单 向流通。现场使用效果表明，管柱设计新颖，施工成功率高，使用安全可靠，对油区洗 井防污染管理具有较高的使用价值。 关键词：清蜡防污染洗井管柱设计与研制现场应用 论文类型：应用研究 英文摘要 s u b j e c t ： s p e c i a l i t y ： n a m e ： i n s t r u c t o r ： n e w h i g h l ye f f e c t i v eg u a r d sa g a i n s tt h ep o l l u t i o nw a s h i n g t u b et u b e c o l u m nt h ed e s i g na n dt h ea p p l i c a t i o n p e t r o l e u ma n dn a t u r a lg a sp r o j e c t c h eh a i y a n ( s i g n a t u r e ) 也坐继翌 r e n x i a o j u a n ( s i g n a t u r e 纽矗i g 乌i i a d l ix i a n d o n g ( s i g n a t u r e 厶 丛2 缸矗妒 a b s t r a c t w e n n a no i lf i e l di sad e e pb u r i e d b a dp h y s i c a lp r o p e r t y , s e r i o u sa n i s o t r o p i ca n dl o w p e r m e a b i l i t yr e s e r v o i r t h eo i lc o n t a i n sm u c hw a x a n dh e a v y , i ti sn e c e s s a r yt oi n j e c tc h e m i c a l s r e g u l a r l ya n dc l e a n o u tp e r i o d i c a l l yt o c l e a rw a xa n dl o wt h ed e n s i t y a c i d ，w a t e r , s a l ta n d v e l o c i t ys e n s i t i v i t yo f t e na p p e a rb e c a u s et h ef l u i da n dm i n e r a lr e a c tw i t i li n j e c t i n gc h e m i c a l s t h i so f t e nr e s u l ti nm a k i n gp e r m e a b i l i t yd r o pa n do i lw e l ls t o pp r o d u c t i o n i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e mt h a ta d d i n gc h e m i c a l sd o n tc o n t a m i n a t er e s e r v o i ra n dg e t t ot h ec l e a r i n gw a xa tt h es a m et i m e t h i st e x tw a s h e st ow e n n a no i l f i e l do f t e x tt og oi n t ot h e w e l lf l u i dt oh u r tas e r i o u sp r o b l e mi nt h ew e l l ，d e s i g n i n gt os t u d ya l s oas e to fd e f e n da p o l l u t i o nt ow a s hw e l lt u b ep i l l a re f f i c i e n t l y t h es e to f h i g he f f i c i e n tt u b ei sd e v e l o p e d ，t h i ss e t o f t u b ei sm a d eu po f h y d r a u l i cp l u g ，c o m p e n s a t o r , s t a n d i n gv a l v ea n do n e - w a yv a l v e t h ep l u g i su s et os e a lt h es p a c eb e t w e e nv i t t aa n dc a n n u l ai no r d e rt op r e v e n tt h ef l u i df r o mf l o w i n g i n t ot h er e s e r v o i r , s t a n d i n gv a l v ei su s et op a s st h ep r e s s u r ei nt h ev i t t at os t a n d i n gv a l v eo f t h e p u m pe q u a b l y , t h eo n e w a yv a l v ei su s e t op r e v e n tp a r t i c l ef r o mf a l l i n go nt h es t a n d i n gv a l v e t h es p o tu s a g et h er e s u l te x p r e s s ，t u b ep i l l a rd e s i g nn o v e l ，c o n s t r u c t i o nt h es u c c e s sr a t ei s l a i nu s a g es a f e t yc r e d i b i l i t y , w a s hw e l lt od e f e n dap o l l u t i o nm a n a g e m e n tt oh a v eh i g h e ru s e v a l u et o t h eo i la r e a k e y w o r d s ：c l e a rw a x c o n t a m i n a t i o np r e v e n t w a s h i n g t u b e d e s i g na n dd e v e l o p a p p l i c a t i o n t h e s i s ：a p p l i e ds t u d y n i 学位论文创新- 生声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 做了明确的说明并表示了谢意。 申淆学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：垄盎! 童：日期：竺2 ：! ! ：竺 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、 复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与 该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大学。 论文作者签名：垒堑堡皇 导师签名：盔壁燃 日期：诩7 0 7 日期：翻：坠! 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究的目的和意义 文南油田属于典型的高压低渗、非均质严重的复杂断块油气田，水驱动用程度较低， 仅为3 3 4 ，在注水压力4 6 m p a 的情况下，仍有许多注水井满足不了地质上的配注要求， 相当一部分油井仍依靠天然能量开采。这类井占油田总井数5 0 以上，产量超过4 0 ， 在采油管理过程中，油层极易受到外来入井液的伤害，造成产量影响，降低油井产能， 有的油井甚至再也无法恢复n d , 措施前的产量。尤其是“三低”( 低液面、低液量、低含 水) 油井或结蜡油井，油田通常采用加药和周期性热洗井的方式以恢复其生产能力。但 是油井在洗井过程中，或多或少会由于洗井液进入地层造成油层污染，致使洗井后油井 含水数天居高不下，或洗井液根本无法返出地面而直接进入油层，造成地层伤害，大大 影响了原油产量。调查显示，2 0 0 2 年因洗井造成的产量影响达到了9 8 0 0 多吨。其中 w 7 2 - 1 3 5 、w 7 2 1 4 5 和n w 2 9 8 等油井，因洗井未采用任何保护措施，直接造成减产不出， 于2 0 0 3 年2 月份相继改成水井。 抽油井热洗是目前最彻底的油井清蜡小措施管理手段，但洗井影响产量和洗井水倒 灌地层污染油层问题，一直是困绕采油管理的技术难题，根据文南油田2 0 0 4 年的机采效 果统计，油井热洗一次需要5 7 天才能恢复到正常生产水平，平均每天影响产量3 t d 左右，有的低产低能油井因洗井污染再也未能恢复到正常生产的水平。因此，如何解决 洗井影响产量和压死油层的问题，是提高机械采油增效的一个攻关和关注性的技术课题， 如果能解决好这个问题，将在油井生产管理中发挥极大的作用。 油田经过多方调研论证，先后引进了空心杆洗井清蜡技术，z 3 3 2 1 1 4 皮碗式洗井阀、 声波降粘防蜡器、固体防蜡器和强磁防蜡器等一些清、防蜡技术，并投入了现场应用， 效果均不是很理想。因此研究和设计适应文南油田的洗井污染洗井管柱，对降低洗井过 程中的储层伤害、提高油井产量具有重要的意义。 1 2 文南油田清防蜡洗井保护储层技术现状 为解决采油井在修井和采油过程中易产生的油层污染问题，从地层污染的根本原因 入手，利用带压检泵装置进行不压井作业减少压井带来的地层污染；利用高效洗井液的 高效清蜡效果减少洗井液的用量；利用洗井阀减少洗井液与地层接触；利用强磁防蜡和 固体防蜡剂可以延长热洗加药周期，减少常规热洗造成的污染；利用空心杆热洗清蜡技 术，使洗井液只能在空心杆和泵上油管之间流动，避免接触油层造成污染；利用电热杆 清蜡技术，使油井结蜡点以上的杆管得到加热清洗，实现不洗井不加药；利用悬挂泵长 尾管掺水化盐工艺降低了结盐造成的地层污染；另外，通过设计加工入井液精细过滤装 置并投入现场应用，最大限度地减少了入井液对地层的伤害。通过大力应用以上多种储 层保护技术，从而形成了一套较完整的具有文南油田特色的“四低井”储层保护技术。 具体技术如下所述。 。 西安石油大学硕士学位论文 1 2 1z s x 1 型带压检泵装置 1 、z s x - 1 型带压检泵装置装置的特点： z s x - 1 型带压检泵装置 装置自2 0 0 0 年投入现场应用 以来较好地解决了困绕高能 量油井作业的三大难题：( 1 ) 压 井对油层造成污染的问题；( 2 ) 不压井井喷造成环境污染的 问题；( 3 ) 压井后油井排液导致 见产时间长的问题；( 4 ) 该装置 实现了边作业边生产。 2 、结构及工作原理： z s x l 型带压检泵装置 装置主要由油管悬挂密封装 置、井下开关、单流泄油器等 组成( 详见图3 一lz s x 一1 型 带压检泵装置结构图所示) 。 油管悬挂密封装置安装在井 口，主要用于密封油套环空。 井下开关利用抽油杆下压活 门来回切换实现管柱的开关， 在油井正常生产时活门打开， 起下作业时活门关闭。单流泄 油器只能从油管内向外泄油， 反之不能，从而达到即能泄油 又能防止油管内喷的目的。 图1 - 1z s x 一1 型带压检泵装置井下管柱结构图 1 一提升短节2 一油管悬挂密封器 3 一顶丝4 抽油杆 5 一油管 6 一单流泄油器7 一活塞8 一泵 9 一井下开关1 0 一进油接头1 1 - 尾管1 2 - 防顶器 1 3 一加重杆1 4 一底堵 但该装置只能解决修井作业中防止油层地层污染问题，不能解决油井生产过程中因 洗井造成油层污染问题。这是该装置在解决油井防污染问题的一大缺陷。 4 、经济效益：带压检泵装置经过几年来的现场应用及不断改进，目前已应用成熟， 为了减少修井过程中压井容易造成的储层污染，统计2 0 0 5 年底继续在作业过程中配套不 压井防喷装置，共应用3 6 井次，成功率达到了1 0 0 ，避免了压井作业造成的地层污染， 与压井作业相比，边作业边生产，直接多增产原油9 5 6 t ，减少污染赔偿费7 2 万元：油井 作业后开抽即恢复产能，与压井作业相比，平均单井提前4 天见产，平均单井日产油l i t ， 3 6 口井累计减少原油损失为二l j l x c l t x 3 6 = 1 5 8 4 ( t ) 般入仅2 1 6 万元，创效3 0 4 4 万元。 2 第一章绪论 1 2 2 固体防蜡器技术 1 、固体防蜡器技术简介： 固体防蜡器技术是通过抽油 泵下油管内的固体防蜡块缓慢释 放出一种溶蜡物质，进行防蜡的 一种技术，它不但节约了热洗费 用，并且减少了普通热洗法造成 的产量影响和储层污染。固体防 蜡器技术井下管柱结构图见图 3 2 。 固体防蜡块是以一些高熔点 聚合物为骨架，聚乙烯为填充料 的蜂窝状固体。它的主要成份是 具有与原油中的石蜡链节相同的 支链线性结构的高压聚乙烯，在 原油中分散后形成网状结构，而 图卜2 固体防蜡器技术井下管柱结构图 1 ，深井泵2 、泵筒接头3 、分流器4 、上部变径接头 5 、喷嘴6 、中心滤管7 、过滤雾化器8 、接箍 9 、固体防蜡剂工作筒i o 、交径接头 原油中的蜡质在其网状结构上析出，从而被油流带走，随聚乙烯的缓慢释放，起到防蜡 作用。 2 、存在问题及改进效果： 自9 9 年应用固体防蜡器技术以来，发现固体防蜡器技术存在两个方面的问题：一是 固体防蜡剂在井下有效期短，一般为4 个月，远远不能满足文南油田生产的需要；二是 固体防蜡剂呈块状溶解后，有时造成泵卡现象，仅2 0 0 5 年就造成6 口井泵卡。针对前者 有效期短的问题我们进行了如下改进：提高固体防蜡剂的耐温性。文南油田平均井温 梯度为3 6 5 6 l o o m ，而文南油田l o t 以下的油井平均泵挂在2 1 0 0 m ，该处温度7 6 左 右。原固体防蜡剂的溶解温度为7 0 c ，在此条件下极可能导致固体防蜡剂较快地溶完， 从而大大地缩短了有效期。为此我们多次实验，成功地将其溶解温度提高到8 0 ，推出 了适合文南油田深抽特色的固体防蜡剂；对防蜡筒进行改进，加大固体防蜡剂的用量。 原防蜡筒外径及长度为由7 3 咖1 4 m ，目前防蜡筒为长由9 0 r e 2 5 m ，防蜡剂的用量为 原用量的2 倍。大大延长了防蜡剂在井下的工作时间。有效控制固体防蜡器溶解速率。 在深井泵下依次安装了分流器、喷嘴和中心滤管，井内液体通过分流器筛管进入泵筒， 此时溶化的防蜡剂经过中心管过滤后由喷嘴以雾化形式喷出，与分流器内的液体均匀混 合，达到最佳防蜡效果。对于后者固体防蜡块造成泵卡的问题，我们通过在每一口安装 固体防蜡器的油井上，通过加装进液口过滤装置( 如：金属绕丝筛管、激光割缝筛管和 金属过滤器等) 得到了有效的解决。 改进后的固体防蜡器技术在一定层度上提高了防蜡效果，但对于一些高产井、高液 3 西安石油大学硕士学位论文 面井、防蜡块溶化得快，对于后期洗井污染问题仍然无法解决。 3 、应用效果： 改进后的固体防蜡器技术投入应用后，有效期最长的达6 个月( w 7 2 1 6 2 井安装固 体防蜡器技术6 个月后才第一次洗井) ，并且再没有发生过一次泵卡事故。2 0 0 5 年现场 应用2 01 ：3 井，在油井不加药、不洗井的情况下，平均正常生产周期已达2 2 1 天以上，目 前继续有效，电流与载荷均无明显变化。采用固体防蜡剂技术可减少常规热洗加药造成 的产量影响，保护了储层，劳节约了热洗费用。 1 2 3 洗井阀洗井技术 i 、技术简介： 该技术是利用z 3 3 2 1 1 4 型皮碗式洗井 阀的密封皮碗及底部单流阀单向截止入井液 与油层之问的通道，防止洗井液进入油层来 保护储层的。管柱结构示意图如图卜3 z 3 3 2 1 1 4 型皮碗式洗井阀所示。该管柱是将 皮碗式洗井阀与抽油泵一起下入井内，依靠 胶皮与套管的过盈配合来实现油套环空的密 封，不需座封，属自封式；起出时也不需要 解封。其工作原理是在进行洗井时洗井液从 洗井阀的上部接头孔眼处进入深井泵下部， 然后沿泵及油管上升至井口，洗井介质只作 用在洗井阀以上管柱上，较好地解决了“倒 灌”问题。 2 、技术优点： 图1 - 3z 3 3 2 - 11 4 型皮碗式洗井阀 井下管柱结构图 l 、深井抽油泉2 、洗并皮碗 3 、摩擦式扶正块4 、底部单流阀 减少洗井对产量的影响，保护油层少受伤害。 普通反循环洗井，往往较长时间影响油井产量，而采用洗井阀洗井则较好地解决了 这一问题，排液时间2 天，有效地解决了“四低井”洗井易污染地层和洗后产量恢复慢 的生产问题。 采用洗井阀洗井，清蜡效果好，能有效延长油井免修期，有部分井洗井后清蜡比 较彻底，洗后产量略有上升。 3 、存在问题与技术改进： 初期的z 3 3 2 1 1 4 型皮碗式洗井阀的洗井皮碗是一块浇铸的胶皮，该胶皮在下井过 程中由于不断的与套管内壁摩擦，磨损得很厉害，每次起出均有损坏。2 0 0 3 年我们对洗 井阀的胶皮质量进行了改进，应用薄钢筋片做骨架，与胶皮混铸，并提高了胶皮的耐温 性能，改进后的胶皮质量较愿壤有一矿观攫的提高，从而延长其使用寿命。2 0 0 2 2 0 0 4 年 文南油田共应用洗井阀3 0 始次，逑趔瘟用l 发现，z 3 3 2 1 1 4 皮碗式洗井阀主要解决了热 第一章绪论 洗过程中的油层污染，减少了洗井对产量影响。现场跟踪6 口井，与未下洗井阀之前相 比，平均单井热洗恢复时间提前4 天，减少热洗造成的产量影响7 4 t ，洗井阀洗井基本 不影响油井产量。 w 2 6 9 2 由于低产低能，在2 0 0 5 年9 月“日洗井后8 天产量才恢复到洗井前的水平， 而下洗井阀后洗井，由于洗井比较彻底，热洗后产量反而较原来稍有增加( 其热洗曲线 对比如图表卜1 、卜2 ) 。说明该井在洗井时出现底层倒灌现象，而下洗井阀后，出现蜡 块溶解，管道畅通，排量加大现象。 w 2 6 9 - 2 使用洗并阀前后热洗曲线对比 备注：未使用洗井阀洗井日期9 月1 4 日。使用洗井阀洗井1 0 月5 日 w c 7 2 - 3 8 5 井未下洗井阀之前洗井，热洗后7 天产量才逐渐恢复，而下洗井阀后洗井， 洗后两天产量己恢复到原来水平。洗井阀洗井有效地解决了“四低井”洗井易污染地层 和洗后产量恢复慢的生产问题。 4 、应用情况分析 2 0 0 1 2 0 0 4 年文南油田共应用洗井阀洗井技术3 0 井次。与未下洗井阀前相比，热 洗一次平均单井洗井产量玫复时间提前4 天，单井减少热洗影响产量7 4 吨。应用洗井 阀洗井技术，平均热洗周期按照3 0 天计算，年洗井1 2 次，单井共可减少影响产量8 8 两安石油大学硕士学位论文 吨，平均年应用1 5 井次共可减少产量影响1 3 2 0 吨，吨油成本按照1 0 0 0 元计算，创经济 效益1 3 2 万元，而洗井阀一套6 0 0 0 元， 万元，经济效益显著。 1 2 4 抽油杆热洗清 蜡技术 1 、技术简介 该技术是将一定长度 的空心抽油杆及配套洗井 单流阀下到油井结蜡点以 上位置，其管柱基本示意 图如图卜4 所示。在执行 洗井清蜡措施过程中使洗 共液仅在空心杆和泵上油 管之间环空循环流动，使 环环空中的枯稠物及蜡被 溶解，随着上返的油流返 至地面流程，由于有泵阀 的存在，因此避免了洗井 液进入地层造成污染。 2 ，基本原理 年投资共投入资金9 万元，净创效益1 3 2 9 = 1 2 3 洗井三通一 空心抽油杆一 普通抽油杆一一 筛管一一 图1 - 4 空心杆洗井管柱结构示意图 通多功能热洗车 高压锅炉车加热载体( 热水、蒸汽、或热油) 经高压耐温软管泵入光杆内腔，经空 心杆至洗井单流阀，在此过程中，空心杆被加热，杆体外壁的粘稠物及蜡被溶解，随着 上返的油流返至地面流程。由于洗井液只在空心杆和油管之间流动，因此不会污染地层， 同时由于热洗时不停井，洗井后仅需几个小时就可将洗井液完全排出，不会因洗井造成 任何产量影响。其基本参数如表1 - 3 所示。 表1 - 3 空心杆技术参数表 材质3 5 c r m o接箍直径5 0 r a m 规格$ 3 4 3 6 m m 5 5 6 ，5 m m 最大扭矩 2 1 5 0 虹m 丁睛胶：- 2 0 1 8 0 抗拉强度 7 9 0 m p a密封圈工作温度 氟胶：2 0 3 0 0 丁睛胶；1 6 0 一年 屈服强度2 6 4 0 m p a密封圈使用寿命 氪胶：2 6 0 两年 硬度h b 2 2 4 2 6 8密封圈使用次数2 1 0 次 伸长率1 2 高压软管寿命3 0 0 年半 第一章绪论 普通d 级抽油杆的抗拉强度_ 7 9 0 m p a ，屈服强度_ 6 2 0 m p a ，因此空心杆强度完全满 足d 级抽油杆要求。 2 、现场应用情况 空心杆热洗清蜡洗井技术是将热水通过高压软管泵入空心光杆内腔，经空心杆至 单流阀，热洗液溶蜡后随上返的油流返至地面流程。目前在我厂主要应用于结蜡较严重 且常规洗井易造成产量影响的油井及部分因卡封生产无法实施常规洗井的抽油井。其结 构示意图如图1 - 5 、图卜6 。 毛茄子 毛辫子 图1 - 5 结蜡油井工作原理图图卜6 卡封油井工作原理固 截止2 0 0 2 年1 1 月底，空心杆热洗清蜡工艺已在l o 口抽油井上成功应用。由于热 洗时不停井且洗井液不接触地层，所以洗井后一般仅2 - 3 个小时就将洗井液完全排出， 没有因洗并造成产量影响，从洗并前后电机电流变化情况看，各井热洗后电流均有明显 降低，( 详见空心杆热洗情况表) 。如w 7 9 1 8 4 井于3 月2 日应用空心杆热洗，洗前日产 8 1 t ，不含水，洗井用水1 0 m 3 ，进口9 5 ，出口6 2 。洗井仅3 个小时后油井即恢复原 产量，电机电流由洗前的9 8 7 0 a 降至7 6 5 9 a 。洗井效果相当明显。 3 、技术优缺点 空心杆热洗清蜡技术的优点是：洗井液不与地层接触，不会伤害地层；熟洗时 不停井，不会影响产量。 空心杆煞洗清蜡技术的缺点是：空心杆接头强度不够。2 0 0 4 年7 月份，我们对空心 杆热洗技术进行了详细论证，通过统计分析认为：统计应用空心杆热洗技术3 9 井次，产 量影响很小，大大减少了因常规洗井造成的产量影响，避免了油层伤害，但在应用过程 中先后有1 2 井次出现过空心杆接头断裂事故，占所用空心杆井数的3 0 7 6 ，在出现断 裂事故的1 2 井次中，平均使用周期2 0 8 天。断裂事故的主要原因是空心杆两端接头的材 质问题或强度不够。 西安石油大学硕士学位论文 3 、经济效益分析 空心杆单价为7 5 元米，单井下入空心杆为1 2 0 0 米，则单井直接投入空心杆费用为 9 万元；而空心杆代替了等量普通d 级抽油杆，普通抽油杆单价为3 8 元米，故空心杆 清蜡技术实际单井投入为： ( 7 5 3 8 ) 元米x1 2 0 0 米= 4 4 4 0 0 元 空心杆热洗一次需要2 0 0 0 元，月热洗2 次，月洗井费用4 0 0 0 元。而普通油井清蜡 采取热洗方法，月热洗一次3 0 0 0 元；空心杆洗井平均一次减少影响产量7 吨，吨油成本 按1 2 0 0 元计算。平均单井月节约成本： 7 1 2 0 0 元一( 4 0 0 0 3 0 0 0 ) 元= 7 4 0 0 元 2 0 0 5 年空心抽油杆现场应用1 0 井次，投入费用 1 0 4 4 4 万元= 4 4 4 万元。 一年内减少常规热洗影响的产量为： 7 1 2 x 1 0 = 8 4 0 吨， 减少经济损失：8 4 0 吨x 0 1 2 万元吨= 1 0 0 8 万元 增加热洗费用： l o x l 2 x ( 4 0 0 0 3 0 0 0 ) 元次= 1 2 万元 合计年创效： 1 0 0 8 4 4 4 1 2 = 4 4 4 万元。 1 2 5 电热抽油杆清蜡技术 1 、技术特点 电热抽油杆技术采用3 5 c r m o 合 金空一1 5 杆，规格分为3 6 m m x5 ，5 m ， 3 4 m m x5 5 m m ，3 4 r a m x5 o m m ，以单根抽 油杆形式存在，两头密闭，内部设有 p t c 半导体加热材料和导电母线，半 导体一端与空一1 5 杆外壁连通，另一端 经保险装置接入导电母线，半导体加 热材料并联运行，某一加热单元损坏 后，不影响系统的正常工作。 其工作原理是：在正常洗井过程 中接通电源，使电热抽油杆内p t c 半 导体加热材料产生热能，使得其本体 温度上升，从而影响产出液温度，使 蜡块处在溶化状态，随产出液排出。 采用电热抽油杆清蜡技术，不需要使 摹 热抽油杆 遁抽油杆 图卜7 电热抽油杆加热洗井管柱结构示意图 第一章绪论 用罐车、水泥车，直接接通电源即可加热，操作简单、方便、快捷。其基本参数如表1 _ 4 所示。 材质3 5 c r m o接箍直径5 0 n u n 规格 西3 4 3 6 m r n x 5 5 6 5 n u n最大扭矩兰i i o l ( g m 抗拉强度_ 8 2 5 m p a工作温度 2 0 1 8 0 屈服强度_ 7 9 0 m p a耐电压 _ 2 0 0 0 v 最大加热深度9 0 01 6 0 0 r a热效率2 9 8 伸长率1 2 绝缘电阻_ 5 0 0 m n 2 、电加热清蜡应用试验 文1 7 9 块为采油四厂2 0 0 3 年新建产能区块，该块地处偏远，计量站距联合站约l o k m ， 油井相对集中且产能相对较高，油层具有低渗透且储层单一的特点：目前该块注采尚不 完善，常规加药、热洗措施尤其是热洗极易造成地层严重污染而影响原油产量，据统计， 文1 7 9 块平均单井热洗一次影响产量2 0 t 。若采用电热清蜡可有效避免洗井液等外来液 体入井，从而减少油层污染，消除洗井带来的产量影响。为此，2 0 0 3 年在文1 7 9 块进行 了电热抽油杆杆清蜡应用试验。 先后在1 7 9 3 0 、1 7 9 - 8 、1 7 9 - 1 3 、1 7 9 - 1 4 、1 7 9 - 5 等5 口井下入1 2 0 0 m 电热抽油杆生 产，同时制定出了电加热清蜡具体实施方案。加热周期定为1 5 天，每次加热4 小时，根 据油井载荷电流变化情况适时调整。为了检验电加热清蜡的真实效果，在这些油并上作 业前一天，对油井进行4 小时的通电加热，现场对起出的电热杆及油管跟踪显示，1 2 0 0 m 电熟抽油杆及对应油管没有任何结蜡现象。而从文1 7 9 块其它未采用电热清蜡的油井作 业跟踪情况看，井下所起出的杆管在1 0 0 0 m 以内均有不同程度的结蜡。 另外从油井进行电加热前后的生产情况对比来看，进行电加热后油井悬点载荷明显 下降，产量略有上升。以1 7 9 1 3 为例，该井工作制度为3 8 4 8 6 2 2 0 1 ，7 月2 4 日 通电加热，加热前日产液1 9 9 t ，不含水，最大载荷1 0 8 k n ；加热后日产液2 3 5 t ，最大 载荷降为9 5 l ( n ，说明电加热清蜡效果明显。详见电热清蜡效果统计表。 3 、存在问题 电热杆加热清蜡所花费的成本高，投入与产出不高，且耗电力设施，管理较麻烦， 应用清蜡前景不太理想。 4 、经济效益分析 电热杆单价为1 2 0 元米，单井下入电热杆为1 2 0 0 米，则单井直接投入电熟杆费用 为1 4 4 万元；而电热杆代替了等量普通d 级抽油杆，普通抽油杆单价为3 8 元米，故电 热杆清蜡技术实际单井投入为： ( 1 2 0 3 8 ) 元米1 2 0 0 = 9 8 4 万元 9 两安石油大学硕士学位论文 普通油井清蜡采取热洗方法，月热洗一次3 0 0 0 元；文1 7 9 块单井电热清蜡平均每月 减少影响产量7 吨，耗电7 6 0 k w h ，吨油成本按1 2 0 0 元、每度电按0 5 元计算。 投入费用：2 0 0 3 年电加热杆在文1 7 9 块应用5 井次，成本投入费用： 9 8 4 5 = 4 9 2 万元 减少常规热洗影响的产量为： 5 1 2 7 吨= 6 0 0 吨 年减少经济损失： 4 2 0 吨x 0 1 2 万元吨= 5 0 4 万元 预测安装电热杆的井平均月洗井一次，洗井时间为4 小时，则一年内节约热洗费用： 5 1 2 ( 3 0 0 0 7 6 0 0 5 4 ) 元= 8 8 8 0 0 元= 8 8 8 万元 投入产出比： 4 9 2 ：( 5 0 4 + 8 8 8 ) = 1 ：1 2 1 2 6 入井液精细过滤装置的设计加工及现场应用 为防止压井和洗井过程中水泥车和水罐车内的沉淀物质进入井筒对油层造成伤害， 设计加工了入井液精 细过滤装置( 又叫地面 过滤器) 。其基本结构 如图1 8 所示，包括上 接头、本体、激光割缝 筛管、下接头、内堵头： 外管外径7 3 m m ，总长 2 5 m ；内筛管外径 5 5 m m ，采用激光割缝技 术，缝宽0 3 m m ，长 2 0 m ，割缝4 0 0 条，总 图1 - 8 入井液精细过滤装置结构示意图 1 、下接头2 、内堵头3 、激光割缝筛管4 、本体5 、上接头 过流面积2 4 0 0 m 2 ，能够达到洗井排量2 0 m 3 h 以上的要求。若使用后内筛管出现堵塞现 象，可以方便地进行拆卸清洗。 共设计加工入井液过滤装置5 套，投入成本1 5 万元，现场应用该装置进行压井洗 井8 9 井次，尽管无法见到直接的效益，但避免了因洗井液不合格( 含较大颗粒沉淀物或 脏物) 而对油层造成固相堵塞，其意义深远。 1 3 国内外油田清防蜡保护储层技术研究现状 油井生产管理过程中，由于油井结蜡严重，往往不能维持正常生产。抽油井周期性 热洗清蜡是目前最彻底的油井清蜡小措施管理手段，而热洗不仅影响油井产量，并且容 易造成地层伤害，甚至造成油井不出油。根据文南油田的有关技术统计，油井热洗一次 需要5 7 天才能恢复到正常铝产农平，平均每天影响产量3 t d 左右，有的低产低能井 第一章绪论 油井因洗井污染再也未能恢复到正常生产的水平。因此，洗井影响产量和洗井水倒灌地 层污染油层问题，一直是困绕采油管理的技术难题。如何解决洗井影响产量和压死油层 的问题，也是一直攻关和关注的技术课题。 针对目前抽油井周期性热洗清蜡过程中对油井产量影响的现状，国内相关洗井，多 数是研究洗井液问题，研究洗井液性能以及与地层流体的配伍性，而在机械方面，对于 洗井管柱的研究，则多数滞留在洗井封隔器的研究上面( 如文献“) ，其次在皮碗式洗井 阀、空心杆以及锚定装置上研究的较多( 如文献”) ，对于成套洗井防污染管柱的研究， 在国内还将是刚刚起步阶段，目前国内使用的主要洗井工艺如下所述。 1 3 1 几种洗井工艺在大港南部油田的应用。 随着油田开发的不断深入，地层能量在逐渐下降，在油井进行热洗清蜡过程中，地层 就会受到外来液的侵蚀，造成地层污染，洗井恢复期长，影响油井产量。介绍了目前主要的 几种洗井工艺的原理、特点以及在南部油田的应用情况，针对不同豹工艺提出了相应的建 议。通过各种防止地层污染技术的应用，可以有效地减少油井产量的损失。 该文主要介绍5 种防污染洗井技术： i 3 1 1 自能热油洗井工艺 1 ) 原理及特点 自能热油洗井是利用套管气及加热后的油流分离出的伴生气为燃料，油井井口产出 的液体经过自能热油洗井装置加热后，沿套管进入油套环空，再依靠深井泵的工作举升到 地面，液体不断地循环往复，逐步提高井筒温度，当温度超过蜡的熔点，井筒内的蜡就会溶 解在井筒液里，当达到一定程度后停止洗井，依靠深井泵的工作，将溶解有蜡的井筒液排 进输油管线，达到油井化蜡清蜡的目的。特点：操作方便，洗井不污染地层，油井无恢复期： 但洗井耗时较长，一般需要8 1 4 h 井。 2 ) 选并条件 地层产液一般要求在8 3 0 m 3 之间，地层含水小于4 0 ，沉没度在1 0 0 3 0 0 m 之间的 抽油机井较为适应。 1 3 1 2 空心杆洗井工艺 1 ) 原理及特点 使用3 6 咖空心杆代替常规抽油机井中自光杆以下1 0 0 0 m 的抽油杆，最上部设有专门 洗井装置，最下部有洗井单流阀。洗井时，洗井液在压差作用下通过空心杆中间信道，经单 流阀进入油管，在抽油泵和洗井泵压的作用下然后排出油管，达到清蜡目的。其特点是热 能利用率高、用水量少、洗井时间短，不污染油层、恢复期短，用车量少、车组费用低。 但一次性投入费用高、对作业施工质量、空心杆质量要求高。 2 ) 选井条件 具有一定生产能力，且结蜡较严重的井： 选择检泵比较频繁的油井，以提高油井生产时率。 两安石油大学硕士学位论文 所选井场保证锅炉车、水罐车顺利通行。 1 3 1 3 防污染管柱技术 油井检泵作业完井时，在深井泵下2 1 1 封隔器+ 地层保护单流阀或皮碗式防污染管 柱。在实施常规热洗工作时，洗井液由套管进入油套环空，经过特殊信道进入泵筒和油管 内，然后返至地面，从而避免了洗井液进入地层引起污染。2 1 1 封隔器+ 地层保护单流阀技 术，各油田都在使用，但是、封隔器失效，解封困难，甚至造成大修解卡。皮碗式防污染管 柱技术虽然解决了解封问题，但橡胶材料的皮碗易老化、磨损，寿命短。 1 3 1 4 自动清蜡器 自动清蜡器套装在抽油杆体上，随着抽油杆的往复运动，自动清蜡器的步进簧夹紧抽 油杆，传递抽油杆冲程动力使清蜡器运行，换向齿楔向油管壁，使清蜡器作单向运行，当清 蜡器运行至上、下换向器，清蜡器开始反向运行，利用刮蜡片的作用达到清蜡的目的。其 特点是投资小，节约化学加药费用，可以减少常规热洗次数。 1 3 1 5 防蜡管 防蜡管在检泵时下入泵下，防蜡管中装有高效清蜡剂，通过缓慢释放高效清蜡剂，达 到防止油井结蜡的目的。其特点是在防蜡管使用有效期内，高效清蜡剂的清防蜡效果高， 油井不加药、不洗井，可以减小工人劳动强度和洗井次数。防蜡篱的正常寿命为1 8 0 d ，适 用温度2 5 8 0 c 。防蜡管受温度影响大，当温度超过8 0 c 时，每升高l 清蜡剂溶解速度 提高4 3 倍。 1 3 2 油井射流热洗防油层污染洗井器的研制与应用“ l 、新型洗井器的结构 图1 - 9 新型洗井器结构示意图 i 、射流器2 ，扩散管3 、喉管4 、负压区5 、喷嘴6 、洗井孔 7 、井下液流通道8 、阀球9 、皮碗组件1 0 中心管组件1 1 、挂销 1 2 ，导轨式挂钩1 3 、摩擦块1 4 、弹簧1 5 、扶正体1 6 、单流阀总成1 7 、油流通道 新型洗井器主要由射流器、扩散管、喉管、喷嘴和单流阀总成等部件组成，其结构 示意图如图卜9 所示。导轨式挂钩为2 个螺旋斜面，洗井器入井时，导轨式挂钩会自动导 进挂住状态，保证摩擦式平衡阀不会中途打开。下入时，下部环形空间的液体从下接头( 或 筛管) 的孔眼进入单流阀，再由射流器的洗井孔进入洗井器上部的环形空间，能保证洗井器 顺利地下到预定位置。同样油井正常生产时，液面能上升至洗井器上部，不会影响动液面测 试。 当检泵修井需要起出洗井器时，正转油管，摩擦式平衡阀上部的挂钩自动脱离挂销，平 第一章绪论 衡阀靠摩擦块的摩擦力下滑，露出中心管上的小孔，上部环形空间的液体就能从洗井器的 洗井孔进入中心管内，再通过4 , t l 顺利地流到洗井器以下的油套环形空间，确保整个抽油 管柱能顺利地起出地面。 2 、技术参数 皮碗组件承受工作压差：15 m p a ； 工作温度：1 5 0 ； 工作压力：2 5 m p a ； 最大下入深度：25 0 0 m ； 适合套管：巾1 3 9 7 m m ( 5 1 2 英寸) ； 皮碗组件、扶正体自由状态最大外径：1 3 2 m m ； 钢体最大，最小外径：1 1 6 5 lm m 。 3 、主要特点 新型洗井器结构设计独特，将射流洗井解堵技术与热洗清蜡防污染技术有机地结 合在一起，增加了射流( 负压) 洗井的功能，既具有防污染的效果，又具有解堵的功效，洗井液 返出率高，洗井效果好。 自封皮碗组件内部增设钢丝骨架结构，耐压差高，密封可靠，既增加了工作的可靠 性，又增强了皮碗的整体联动性能，可有效防止皮碗落井现象的发生。 采用自动导轨式挂钩控制摩擦式平衡阀的开、关，控制灵活，解封简便、可靠。 施工工艺简单，随泵下井不增加任何施工工序和麓工费用。 洗井器结构简单，价格较低廉。在井下可多次反复使用，使用成本低。 洗井器失效不会影响油井正常生产。 4 、射流热洗工艺原理 1 3 3 新型防砂埋洗并油层保护器。 该文主要介绍新型防砂埋洗井油层保护器的结构： 新型防砂埋洗井油层保护器由自封封隔器和生产洗井转换阀两部分组成，其结构如 图1 1 0 所示。 图1 - 1 0 新型防砂埋洗井油层保护器结构示意图 1 、上接头2 、补偿环3 、中心管4 、村环5 、自封皮碗6 、橡胶隔7 、支撑环8 、接头 9 、连接头1 0 过流挡板1 l 、钢球1 2 球支座1 3 、弹簧1 4 、弹簧座1 5 、下接头 西安石油大学硕士学位论文 生产洗井转换阀的球支座为环状结构，中间轴向开有大孔径的通道，垂直有两个对称 的突台，上端有径向缺口，开启状态时钢球坐在突台上，以便于生产状态下油层产液有较大 的过流面积。 保护器接在泵下，随泵生产管柱下入即可。自封皮碗封闭油套环空，调节补偿环用于调 节自封皮碗的松紧程度和受力情况。在采油状态下，钢球支撑在支座上，生产洗井转换阀 处于生产的常开状态，油层产液可畅通无阻地经过转换阀进入上方的泵内抽出。同时可以 减小迸油阻力，提高泵效。对于出砂井，可自由沉砂，不会出现砂埋球现象。 在洗井或清蜡时，入井液从油井套管进入井内，直到自封皮碗位置，经上接头的过流孔 进入中心管内。钢球在入井液压力作用下压缩弹簧，支座下行，钢球支撑在球座的内锥面 上，封闭入井液下行的通道。此时生产洗井转换阀处于关闭状态入井液只能上返，从油管 返回。在自封皮碗和生产洗井转换阀的共同作用下，入井液与地层隔离实现“封闭式” 洗井，达到有效保护油层之目的。 检泵等作业起管柱时生产洗井转换阀处于打开位置，自动泄流。 1 3 4 洗井时可保护油层的新型油管锚。 该文主要介绍新型油管锚的结构及注意事项： l 、结构组成 图卜1 1 新型油管锚结构示意图 1 、分流体2 、钢球挡环3 、钢球4 、连接体5 、防松销钉6 、1 1 、2 7 、2 8 、“0 ”型密封圈 7 、调节环8 ，皮碗中心管9 、挡套l o 、皮碗1 l 、皮碗压帽1 3 、接箍1 4 、上锥体1 5 、锚中心管 1 6 、卡瓦套1 7 、卡瓦1 8 、片弹簧1 9 、下锥体2 0 ，启动剪钉2 1 、碟簧2 2 、隔环2 3 、锁簧 2 4 、压帽2 5 、活塞套2 6 、锁环套2 9 、活塞3 0 、解卡剪钉3 1 、解卡挡环3 2 ，下接头 新型油管锚主要由油层保护机构、坐卡机构及解卡泄油机构等3 部分组成。其结构 示意图如图1 1l 所示。油层保护机构由分流体、钢球、皮碗及下井时接在该工具下方泵 的固定阀等组成；坐卡机构由上下锥体、启动剪钉、卡瓦、卡瓦套、锚中心管、片弹簧、 碟簧、锁簧、锁簧套、活塞及活塞套等组成：解卡泄油机构由上锥体、锚中心管、下接头、 活塞、活塞套及解封剪钉等组成。 2 、工作原理 新型油管锚能够实现打压坐卡、反洗井油层保护、上提解卡等功能。 坐卡 这种新型油管锚需接在抽油泵下。连接时需将抽油泵的固定阀从泵上卸下，直接接在 该工具的下接头上，待工具下至设计井深后。从油管加液压，活塞上推锁簧套、隔环压缩碟 簧，当压力达到一定值后，碟篱推动下链体剪断坐卡剪钉上行，将卡瓦推至套管壁上，与此同 1 4 第一章绪论 时锁簧锁住锁簧套，防止锁簧套回缩。当压力达到该工具设计坐卡压力时，即可停止加压， 待压力稳定3 r a i n 后，从泵车卸压，从而完成坐卡动作。碟簧在整个坐卡过程中，受到的压缩 力可消除因锁簧回弹而造成的卡瓦锚定不牢的状况，从而提高了坐卡的成功率。 反洗井时保护油层 当抽油泵工作一段时间后，由于结蜡、砂卡等原因需要洗井时，可直接从油套环空打压 进行反洗井作业，不会造成油层污染。新型油管锚上部的分流机构具有纵向连通，横向单通 的功能。即当压力从油管中传来时，钢球在压力作用下将横向通道关闭，压力通过分流体上 的纵向孔往