（石油与天然气工程专业论文）高效防污染洗井管柱研制及应用研究.pdf

中文摘要 论文题目：高效防污染洗并管柱研制及应用研究 专业： 硕士生： 指导老师： 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。 为了解决文南油田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 文经过3 年的洗井防污染综合研究，设计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。该项技术现已投入现场 使用，2 0 0 6 年已用了8 井次。管柱设计新颖，施工成功率高，使用安全可靠，对油区洗 井防污染管理具有一定使用价值。 关键词：清蜡防污染洗井管柱设计与研制现场应用文南油田 论文类型：开发研究 英文摘要 s u b j e c t ：a p p f i c a t i o na n dr e s e a r c ho f 矗w a s h i n gp i p es t r i n gm a tp r e v e n t i n g c o n t a m i n a t i o ni nah i g hp e r f o r m a n c ew a y s p e c i a l i t y ： n a m e ：y h n i n s t r u c t i o n ： “x 呐c c a 5 1 3 n 丘枷捉) 丛兰塑竺! ! 竺! i ，一 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 hp a r 栅ma n di sv i s c o u s i no r d e rt ok e e p i n g o r d i n a r i l yp r o d u c t i o n , i ti sn e c e s s a r yt oi 玛e c tc h e m i c a l sr e g u l a r l ya n dh e a tw a s hp e r i o d i c i t y t or e m o v ew 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 dv e l o c i t ys e n s i t i v i t yo 胁a p p e a r b e c a u s et h ef l u i df l o w e di n t ot h ew e l lr e a c tw i t ht h ef l u i di nt h er e s e r v o i ra n dt h es e n s i t i v e m i n e r a l 1 1 1 i so f t e nr e s u l ti i lp e r m e a b i l i t yd r o p p i n g a n de v e no nw e l ls t o pt op r o d l i c l 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 sc o n t a m i n a t er e s e r v o i ri nt h ep r o c e s s o fc l e a n i n gw e l la n dr e m o v ep a r a f f m 砒t h es 锄et i m e a f t e rt h r e ey e a r so fc o m p r e h e n s i v e s t u d yo fp r e v e n t i n gc o n t a m i n a t i o ni no i lw e l lw a s h , as e to fh i g he f f i c i e n tw a s h i n gp i p es t r i n g u s e dt op r e v e n tp o l l u t i o ni sd e v e l o p e d t h i ss e to f p i p es t r i n gi sm a d eu po f h y d r a u l i cp a c k e r ， s i d ed i r e c t i o na n db y p a s sc o m p e n s a t o r ，o v e rp r e s s u r es t a n d i n gv a l v ea n do n e - w a yv a l v et h a t i si nc h a r g eo f c o n t r o l l i n gs a n d 1 1 1 ep a c k e ri su s e dt 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 a , i no r d e rt 0p r e v e n tt h ew a s h i n gf l u i df r o mf l o w i n gi n t ot h er e s e r v o i rt h r o u g ht h es p a c ea n d v i t t a ；m g hp r e s s u r es l i d i n gs l e e v ei su s e dt os o l v et h ep r o b l e mo fs e t t i n go fp a c k e ra n dt h e w a yo fw a s h i n gf l u i df l o w i n gi n t ov i t t af i o mt h es p a c eb e t w e e nv i t t aa n dc a n n u l a ；o v e r p r e s s u r es t a n d i n gv a l v ei su s e dt 0p a s st h ep r e s s u r ei nt h ev i t t ao nt 0t h es t a n d i n gv a l v eo f s u c k e r - r o dp u m pb e l o we q u a b l y , w h i c hg i v e st h ep a c k e rp r e s s u r eo f s e t t i n g ；t h eo u e - w a yv a l v e i su s et op r e v e n ti m p u r i t yi nw a s h i n gf l u i df r o mf a l l i n go nt h eo n e - w a yv a l v es e a t , w h i c hc a n l e tt h ef l u i di nt h ev i t t af l o wi ns i n g l ew a y t h i st e c h r l o l o g yh a sa l r e a d yg o n ei n t os e r v i c e ，a n d t h e r eh a sb e e n8w e l l su s e di n2 0 0 6 i t sd e s i g ni sn o v e l ，t h ep i p es t r i n gi ss a f ea n dr e l i a b l e ，a n d h a sh i g hr a t eo fs u c c e s si na p p l y i n g s oi th a sc e r t a i nv a l u et ou s et ot h em a n a g e m e n to f p o l l u t i o np r e v e n t i o ni nt h eo i la r e a k e yw o r d s ：p a r a f f i nr e m o v a l , c o n t a m i n a t i o np r e v e n t i o n ，w a s h i n gp i p es t r i n g , d e s i g na n d d e v e l o p ，s p o ta p p l i c a t i o n ，w e n n a no i lf i e l d t h e s i s ：d e v e l o p m e n ta n dr e s e a r c h h i 学位论文创新性声明 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已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请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：差丛壹 日期：z ! 竖：1 2 ：! 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 导师签名 日期：型：! 三：! 日期：! 竺鱼：! 竺 注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出( 含解密年限等) 。 强 第一章绪论 1 1 研究的目的和意义 第一章绪论 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3 5 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 9 6 ， 主要在采油管理过程中，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到小措施前的产量。尤其是“三低”( 低液面、低液量、 低含水) 油井或结蜡油井，我们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 井含水量数天居高不下，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 3 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。 怎样才能正常洗井而不对油层构成任何伤害，不会造成任何产量影响? 针对该问题， 文南油田先后引进了空心杆洗井清蜡技术，7 _ 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，但效果均不是很理想。此后文南油田又 先后开发研究、引进了卡封洗井管柱和高效洗井防污染管柱，经过近几年的不断优化与 改进，目前该套工艺技术己逐渐完善，其中高效洗井防污染管柱即为本文研究的主要内 容。 1 2 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 天才能恢复到正常生产水平，平均每天影响产量3 f f 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，洗井影响产量和洗井水倒灌地层 污染油层问题，一直是困扰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，也是工艺技术部门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，检索国内相关洗井 管柱，多数是研究洗井液的问题，研究洗净液的性能以及与地层液的配伍性，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，其次在皮碗式洗井 阀、空心杆以及锚定装置上研究的较多，对于成套洗井防污染管柱的研究，在国内还是 西安石油大学硕士学位论文 刚刚起步阶段，目前需要克服的问题还将有很多。主要有以下方面的成果： 1 2 1 几种洗井工艺在大港南部油田的应用 a 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 选井条件 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。 b 空心杆洗井工艺 l 原理及特点 使用3 6 m m 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 ( 1 ) 具有一定生产能力，且结蜡较严重的井； ( 2 ) 选择检泵比较频繁的油井，以提高油井生产时率； ( 3 ) 所选井场保证锅炉车、水罐车顺利通行。 c 防污染管柱技术 1 原理及特点 油井捡泵作业完井时，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。 2 第一章绪论 2 应用情况 由于南部油田油井泵挂较深，井况复杂，封隔器易失效，解封困难，故2 1 1 封隔器+ 底册 感保护单流阀技术使用规模小。而皮碗式防污染管柱，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。所以南部油田的应用主要集中在游船呢感埋藏较浅的区块， 目前，应用防污染管柱1 4 口，平均洗井恢复期缩短了4 d 。 1 2 2 油井射流热洗防油层污染洗井器n 1 该文主要介绍新型洗井器的结构及射流热洗工艺原理： a 新型洗井器的结构 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1 1 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。 围1 - i 新型洗井器结构示意图 1 、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l o 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 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 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，再通过小孔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。 b 技术参数 1 皮碗组件承受工作压差：1 5 m p a ； 2 工作温度：1 5 0 ； 3 工作压力：2 5 m p a ； 4 最大下入深度：25 0 0m ： 5 适合套管：由1 3 9 7 衄( 5 1 2 英寸) ； 西安石油大学硕士学位论文 6 坡碗组件、扶正体自由状态最大外径：1 3 2 m m ； 7 钢体最大最小外径：1 1 6 5 1 咖。 c 射流热洗工艺原理 1 尉流热洗管柱 将新型洗井器联接在抽油生产管柱的抽油泵与筛管之间。皮碗组件自由状态下最大 外径1 3 2r a m , 受压可缩小，紧贴套管壁，油套环形空间被密封，单流阀总成密封生产管柱内 通道，使洗井液与井下液在洗井器处被彻底隔离，全部的洗井液由洗井孔进入生产管柱，通 过抽油管柱返回到地面流程中，可有效防止油层被污染。 2 射流热洗工艺 当洗井器下至设计井深油井正常生产一段时间以后，需要热洗清蜡时，可按以往的洗 井参数( 洗井压力比通常高2 - 3 m p a ) 反循环洗井，洗井液从射流器的洗井孔进入抽油泵底 部，经油管上升到井口。全部的洗井液作为动力液，经过射流器的洗井孔进入喷嘴，在喷嘴 出口处形成高速射流，使周围压力降低形成低压区( 负压) 。近井地带地层中的井液携带堵 塞物在地层压力作用下，流入低压区与洗井液混合进入喉管，经过扩散管流速降低转变成 势能，从抽油生产管柱返出到地面流程中。这不仅可有效地防止洗井液进入地层，避免了污 染甚至堵塞油层，从而达到热洗清蜡防油层污染的目的，同时又保持了油层内流体的渗流 状况，实现了油井稳产，而且还能达到洗井解堵的目的。 1 2 3 新型防砂埋洗井油层保护器乜3 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 2 所示。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。 图1 - 2 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 、衬环5 、自封皮碗6 、橡胶圈7 、支撑环8 、接头 9 、连接头1 0 过流挡板1 1 、钢球1 2 、球支座1 3 、弹簧1 4 、弹簧座1 5 、下接头 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 4 第一章绪论 减小进油阻力，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 2 4 洗井时可保护油层的新型油管锚b 1 该文主要介绍了新型油管锚的结构及注意事项： a 结构组成 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 3 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 图卜3 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 、“o ”型密封圈 7 、调节环8 、皮碗中心管9 、挡套1 0 、皮碗1 1 、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 l 、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 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。 b 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。 1 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，碟簧推动下锥体剪断坐卡剪钉上行，将卡瓦推至套管壁上，与此同 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 m 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。 西安石油大学硕士学位论文 2 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 的纵向孔往下传递，从而起到纵向传压的功能；当压力从油套环空传来时，压力将钢球推开， 打开分流体的横向通道，此时皮碗与接在该工具下方的固定阀就起到保护油层的功能。 3 解卡、泄油 当需要起出井内管柱时，上提管柱，管柱带动锚中心管、上锥体和下接头上行，当解卡 拉力达到一定值( 8 0 1 0 0 k n ) 时，解卡剪钉被剪断，此时上锥体随管柱上行，片弹簧给卡瓦一 主动解卡力，下锥体在重力作用下下行，从而实现解卡。解卡后，活塞套下方的扩孔实现泄 油功能。 c 主要技术参数 1 适用套管内径：1 2 1 1 2 4 r a m ； 2 用0 体最大外径：1 1 5 r a m ； 3 总长：1 2 1 5 r a m ； 4 两端连接螺纹：27 8 英寸t b g ； 5 坐卡压力：1 5 m p a ； 6 解卡拉力：8 0 - 1 0 0 k n ( 可调节) ； 7 适用井底温度：1 2 0 。 1 2 5 分段洗井阀h 3 该文主要介绍分段洗并阀的结构及技 术参数： a 分段洗井阀的结构及工作原理 分段洗井阀由阀体、导向体、阀座、阀 球组成。其结构图示意图如图1 - 4 所示。导 向体安装在阀体上部，处于阀体的上螺纹之 下。导向体开有偏心导向孔。当阀球投入时起 导向作用，使阀球落在阀座上。阀座固定在阀 体内部与导向体偏心导向孔的同一侧，并处 于导向体之下阀座内有盲孔，侧面开有通槽， l 、2 3 图1 - 4 安装有分段洗井阀的管柱结构示意图 l 、套管2 、油管3 、分段洗井阀 通槽与阀体侧面的通槽对齐联通。阀球坐在阀座上。阀体内部在阀座部位与阀座之间有 一通道，当阀球坐在阀座上后，再投入另一个阀球时，后投入的阀球能通过分段洗井阀，落入 6 第一章绪论 下一级分段洗井阀上。分段洗井阀下于洗井管柱的不同位置，其安装有分段洗井阀的关注 结构示意图如图1 4 所示。分段洗井阀在管柱上的级数由油井情况决定，每级分段洗井阀 的尺寸相同，在1 口井的管柱上可以下入多级。下入分段洗井阀后的管柱结构如图1 4 。 下洗井管柱时，一次将管柱下完，再投入阀球，投入f 期昧前洗第l 级分段洗井阀上部的管柱， 洗井水从第l 级分段洗井阀处流出后，再从油管、套管的环形空间返出，完成第l 级分段洗 井阀上部井筒的洗井工作。待第l 级分段洗井阀上部的管柱洗完后，投入阀球堵塞第l 级 分段洗井阀，使洗井水从第2 级分段洗井阀处流出，开始洗第2 级分段洗井阀之上的井筒。 重复上述操作可将井筒彻底清洗干净。 b 技术参数 1 最大外径：9 0 m m ； 2 长度：$ 9 m m ； 3 内通径：3 3 0 r a m ； 4 阀球直径：3 5 r a m ； 5 密封压力：2 0 m p a 。 1 2 6 压差式洗井工艺障1 该文主要介绍了经对压差式环保洗井阀的结构、工作原理、工艺特点的介绍，通过现 场试验，证明了该工艺技术的可行性，解决管柱入井井口油管泥浆外溢问题，使现场施工 便利，起到环保作用。该工具可重复利用，操作简便。 1 2 7 正反洗井油管防溢工具1 该文主要介绍了在射孔作业下洗井管柱的过程中，钻井液会从油管和套管中溢出，套 管溢出的钻井液可以用管线导流回收，而油管内喷射、溢流的钻井液不好控制回收，直接 影响了作业施工的进度，针对这一问题，采取正反洗井油管防溢，收到理想的效果。论述了 正反洗井油管防溢工具的结构原理及有关限流孔径参数的计算，在油套压差为o 1 m p a 和 0 3 m p a 两种情况下，设计制定了两个限流孔径通道，以保证在油管不喷溢的情况下顺利下 入管柱。管柱遇阻时，可以多次进行充分正、反循环洗井，而下管柱时限流作用不变。最 后介绍了正反洗井油管防溢技术实施的步骤过程及在大庆油田的应用。 1 2 8 快速洗井增液器伽 该文主要介绍了针对传统的油井热洗清蜡工艺的不足，以及抽油泵泵效低的现象，研 7 西安石油大学硕士学位论文 制了快速洗井增液器。这种快速洗井增液器根据油井结蜡规律下入相应井段，对结蜡部位 直接热洗，具有清蜡彻底、洗井液用量少、热量利用率高等特点。同时在正常抽汲过程中， 协助抽油泵增大抽汲力，减轻抽油泵的动载，减小间隙漏失量，从而达到增液提效之目的。 与套管热洗清蜡相比，歧1 2 3 1 井采用快速洗井增液器，洗井时间缩短4 h , 进口温度提高1 0 ，出1 ：3 温度提高2 5 c ，漏失量减少1 2 m 3 ，油井恢复正常生产天数减少5 d ，热洗周期延长 3 0 d , 日产液增加6 m 3 ，日产油增加2 t ，泵效提高近1 0 。 1 3 文南油田的高效洗井防污染管柱研究的技术思路 为了解决和减轻文南油田在洗井和清防蜡过程中对储层的伤害问题，开发和设计了 针对文南油田的高效洗井防污染管柱，具体的研究思路是首先对目前使用装置的各个环 节存在的问题进行分析，找出存在的问题，给出解决思路和设计，然后加工进行实验， 不断优化与改进，形成配套工艺技术。 8 第二章文南油田储层损害及配套技术应用现状分析 第二章文南油田储层损害及配套技术应用现状分析 2 1 文南油田的储层损害特征分析 2 1 1 储层水敏性分析 文南油田属油层埋藏深、物性差、非均质严重的复杂断块油气田，平均孔隙度为 1 4 2 0 ，平均空气渗透率在5 0 x1 0 - 3 u r n 2 以下储层岩性主要为长石粗粉砂岩，次为细 粉砂岩及少量细砂岩；孔隙以粒间孔隙为主，粒间溶孔次之；胶结物以泥质为主、次为 灰质及白云质。文南油田的成岩作用由于压实作用，促使原生孔隙进一步变小，储层中 含量敏感矿物的含量在3 4 5 0 6 之间，往往造成储层的中强水敏而影响油田的生产开 发。同时部分储层中有含量在3 8 5 1 之间的绿泥石，在不同的区块和不同的层段， 表2 - 1 文南油田储层水敏性调查表 主要粘土矿物含量( ) 区块对地层造成的敏感性损害 伊利石绿泥石高岭石伊，蒙间层间层比 伊利石和伊，蒙间层占粘土含量6 7 ，主要为水 3 3 块s 2 t 2 4 71 41 92 0 敏，其次为速敏。 伊利石占粘土含量6 0 ，主要为水敏；高蛉石 3 3 块s 2 t 1 4 6 01 12 9 占粘土含量2 9 ，其次为速敏。 伊利石和绿泥石分别占粘土含量4 1 ，主要为 3 3 块s 2 f ” 4 14 11 8 水敏、酸敏。 伊利石占粘土含量的4 5 ，绿泥石占粘土含量 3 3 块s 2 - v “ 4 53 61 9 3 6 ，主要为水敏、酸敏。 伊利石占粘土含量5 9 7 ，主要为水敏，其次为 3 3 块s 3 1 4 5 9 71 4 61 8 1 速敏。 伊利石占粘土含量7 3 ，主要为水敏，其次为 3 3 块s 3 t 6 - 1 0 7 32 7 速敏。 9 5 块s 3 十” 8 4 4 1 2 伊利石占粘土含量8 4 。主要为水敏。 9 5 块s 3 十“ 7 7 47 51 5 1 微量伊利石占粘土含量7 7 4 ，主要为水敏。 k w k = o o 2 强水敏； k w k 。= o 2 o 4 中等偏强水敏 7 2 块s 2 t 。 2 75 291 22 0 k w k = 0 4 o 6 中等水敏 k w k = o 6 0 8 中等偏弱水敏 k w k 。= 0 8 o 2 1 中等偏强水敏 7 2 块s 3 1 3 04 19 1 9k 、棚( 。= 4 4 2 1 0 4 2 1 1 0 - 3 = 0 2 1 中等偏强水敏 7 2 块s 3 1k w k 。= 1 5 7 1 0 。6 9 1 0 3 = 0 2 3 中等偏强水敏 7 2 块s 3 t 1k w k 。= 1 1 6 1 0 5 1 1 0 0 2 3 中等偏强水敏 7 2 块s ，1k w k 。- 4 2 8 1 0 。2 7 1 0 。= 0 1 6 强水敏 7 9 块s 2 f 5 2 73 41 1 2 8伊利石和绿泥石占粘土含量6 0 1 3 3 块s 2 t 2 23 1 94 67 9 k w 瓜。= 1 5 3 * 1 0 。1 1 1 0 。= o 1 4 强水敏 1 3 3 块s ，t 1 94 11 52 3 k 棚c 。= 4 7 5 1 0 - j 1 7 1 0 。= 0 2 中等偏强水敏 1 3 3 块s 2 t 。 2 3 34 1 71 5 71 9 3 k w k 。卸9 4 1 0 3 7 1 0 。：0 2 中等偏强水敏 2 6 6 块s 3 t o - j 2 62 l3 32 l k 、服，= 4 3 3 8 1 0 。7 1 9 1 0 。= o 0 6 强水敏 2 6 6 块s 3 “k 棚( ，= 3 2 0 8 1 0 。4 3 6 1 0 。= o 0 7 强水敏 2 6 6 块s 3 ”k w k 。= 3 0 7 5 * 1 0 。2 1 1 + 1 0 。= o 1 5 强水敏 9 西安石油大学硕士学位论文 岩石特性也不相同，如文3 3 块s 2 一f 粘土成分含量高；文7 9 块s 2 f 高岭石含量高；文9 5 块s 2 ，伊利石含量高，这些敏感性矿物的存在均是造成地层污染的重要因素( 如表2 - 1 所示) 。 2 1 2 储层生产开发过程中的损害 文南油田自1 9 8 4 年注水开采以来，虽然经过近2 0 年的注水开发，由于断块小，油 层致密，注采井网仍然远远未能完善。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 ，主要表现为低液面，低产能，低泵效，低含水， 即所谓的四低井。这类井虽然地层能量较低，但由于高油气比的原因，往往需要压井作 业，而压井作业后油井又会出现长时间低产能高含水的情况，甚至有些油井再也无法恢 复到作业前的产能，即一压就死；由于原油高含蜡特性，在油井的生产管理过程中也需 要通过定期加药和周期热洗才能维持正常生产，洗井加药时由于受泵压和油套环空压力 影响，井底压力往往高于地层压力，部分洗井液可以进入油层，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，易形成酸敏、水敏、速敏、盐敏等 现象，使油层渗透率降低，油井产能降低。 a 洗井过程中的损害 如w 1 8 4 - 2 9 井正常生产时日产液3 4 t 不含水，2 0 0 5 年5 月6 日因作业污染不出， 采用液氮助排技术并关井恢复压力，1 1 天后日产液才恢复到2 8 t 。w 9 5 4 0 井2 0 0 5 年1 月2 8 日洗井，洗前日产液1 4 5 t ，不含水，洗后7 天才逐步恢复产量，日产液、油1 2 6 t ， 其热洗曲线见图2 1 。 一哑生2 二堑婆竺妥j r 一 ，一j 弋j ， 6 蕊i 二i ：磊靠 ： - 、- 一一 、 2 5 一l 一2 l 2 0 0 p l - 2 62 卜l 一3 i 图2 1w 9 5 4 0 洗并影响产量曲线图 1 0 日期 2 o i 2 o 爨扎叮 攥牝皿 第二章文南油田储层损害及配套技术应用现状分析 b 修井过程中的压井液污染 文南油田属于高压低渗油气藏，综合油气比高达1 5 0 m 3 t ，作业过程中，部分井不得 不进行压井作业，而压井液比重和用量不易掌握。在修井过程中使用的压井液主要有： 污水、c a c h 压井液和泥浆。压井液通常是污水( 或清水) + 加重剂( n a c i 、c a c h ) 组 成，机杂含量超指标( 5 唱1 ) 5 2 0 倍，这种不合格压井液浸入地层后会引起以下反应： l 周相堵塞： 2 舳水乳化段塞污染； 3 水敏伤害。 泥浆压井是各种压并方式里最容易引起地层污染的压并方式。泥浆污染地层主要包 括两个方面：一方面是固相堵塞，这种伤害仅限于井眼周围( 通常平均半径7 5 锄) ；另 一方面是泥浆滤液浸入伤害，泥浆滤液浸入地层深度可达5 m 或更远。 c 采油过程中的储层伤害 1 洗井加药过程中的伤害：油井在洗井加药过程中，使用的清蜡剂、热洗添加剂以 及洗并液与地层流体配伍性不好，会使地层受到污染。 2 生产过程中的结盐伤害：文7 2 块s 3 + 属典型挥发性离含盐油藏，在岩石表面和孔 隙中有盐晶微粒存在。该区块井生产初期生产压差大，地层中微盐粒向井眼移动造成结 盐，针对此类高结盐井，常采用掺水化盐或井口加抑盐剂的方法加以治理。 2 2 文南油田保护储层配套技术及存在的问题 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；利用高效洗并液的 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，通过设计加工入并液精细过滤装 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。 2 2 1z s x - 1 型带压检泵装置 a z s x 一1 型带压检泵装置的特点 西安石油大学硕士学位论文 z s x - 1 型带压检泵装置自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。 b 结构及工作原理 z s x - 1 型带压检泵装置主 要由油管悬挂密封装置、井下开 关、单流泄油器等组成，其结构 图示意图如图2 - 2 所示。其工作 原理是：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。 c 存在问题及改进情况 带压检泵装置在现场应用 中经常出现的活门打不开的现 图2 - 2z s x - 1 型带压检泵装置井下管柱结构图 象，从而造成作业返工、增强工1 、捍茎短节置油管悬挂密封器3 、顶丝4 、抽油杆 人劳动强度，油井不能早日见；：羿竿开羹专鎏燃萎雾宇尾警泵1 2 、防顶器 产。针对此种情况，我们经过认1 3 、加重杆1 4 、底堵 真的分析研究后对不压井装置的结构进行了改进：为保持油套压力平衡，在活门的中央 开一个直径2 m m 的小孔。改进后的活门投入现场应用后，效果显著。 此外，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。 2 2 2t r 高效清洗剂洗井技术 a t r 高效清洗剂洗井技术简介 t r 高效清洗剂洗井技术是一种利用少量高效洗井液洗井达到清蜡而尽可能减少储 层污染的一种技术。它由互溶性化工有机物副产品与不同类型、不同性能的表面活性剂 第二章文南油田储层损害及配套技术应用现状分析 综合复配而成，集溶解、润湿、渗透分散、剥离等清蜡作用机理于一体，在洗井液稀释 6 倍的情况下，清蜡速度仍能达到清蜡剂溶蜡速度指标，并且用液量小，不大于1 0 m 3 。 b t r 高效清洗剂洗井技术优点 1 洗井液用量少，对油层回压低，与油层配伍性较好，有效降低了对储层的污染； 另外，油井排液时间短，基本不影响产量。统计2 0 0 5 年共现场应用3 2 口井，其中液量 增加的有1 8 口井，最高增幅达4 6 3 ，如w 3 3 2 0 2 洗井前后，液量，油量分别由1 5 4 9 i t 升至1 8 2 1 0 7 t ，日增液2 8 t ，增幅达1 8 ，泵效由2 4 4 提高到2 8 9 。液量平稳的有 1 4 井次，没有一口井因洗井而影响产量。 2 清蜡效果显著。表现在洗并后抽油机上行电流减小。下行电流稳定或增大；最大 载荷减小，最小载荷稳定或增大。如w 3 3 - 2 3 3 洗井前测得载荷( 最大，最小) 1 0 8 6 5 k n ， 电流( i - 行，下行) 8 0 1 0 0 a ，洗后分别为8 8 6 2 k n ，6 5 8 7 a 。 3 洗井清蜡周期延长。统计目前洗井3 2 口，洗井后不再定期投加清蜡剂，平均洗井 周期4 9 天，比洗井前平均洗井周期3 0 天延长了1 9 天。 c 存在问题 t r 高效清洗剂洗井技术对油层的物性特别敏感，在我厂仅适用于文7 2 块沙三中， 文9 5 块和文2 6 6 块，对我厂文8 2 块、文1 3 8 块则洗井处理的效果一般。 2 3 固体防蜡器技术 2 3 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2 3 所示。 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。 西安石油大学硕士学位论文 2 3 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，我们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： 1 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 图2 - 3 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1 0 、变径接头 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 ，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 c ，推出了适合文南油田 深抽特色的固体防蜡剂。 2 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中7 3 n u n 1 4 m ，目前防蜡筒为长0 9 0 m m x 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。 3 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