（石油与天然气工程专业论文）防油层污染的洗井管柱设计和应用.pdf

中文摘要 论文题目：防油层污染的洗井管柱设计和应用 专业：石油与天然气3 2 程 硕士生：袁明叶( 签名) 重堑逸丑 指导教师：任晓娟( 签名) 垂堑盔矍苴 李现东( 签名) 生缓! 摘要 文南油阳属于高压低渗、非均质严重的复杂断块油气田，在采油管理过程中，油层 极易受到外来入井液的伤害，造成产量下降，有的油井产量甚至再也无法恢复到措施前 的水平。尤其是“三低”( 低液面，低液量、低含水) 油井和结蜡油井会由于洗井液进入 地层造成油层污染，致使洗井后油井含水长时间居高不下，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。 本文主要是对目前国内外的各类洗井工艺的研究和应用，发现仍然存在洗井后影响 产量的问题。通过对各类洗井管柱的分析研究后认为要保证洗井液不进入地层，只有通 过走封隔器。本文认为要想让封隔器上部的洗井阀在井下长期可靠工作，又能达到洗井 时保护油层的目的，必须解决两个方面的问题，那就是要可靠密封油套环空和锚定管柱。 通过对目前使用的洗井管柱进行研究和改进，设计出了一套符合文南油田生产实际的高 效防污染洗井管柱，该洗井管柱主要由洗井封隔器、侧向旁通阀、防砂堵单流阀、半脱 节式六方活动连接头等工具组成，这样的洗井管柱设计可避免洗井过程中洗井液进入地 层。现场应用表明该管柱洗井后不影响原油产量，不污染地层，能够满足生产的需要， 具有较高的经济和社会效益。 主题词：洗井管柱储层损害 文南油i t t 设计和应用 论文类型：应用研究 l i 英文摘要 s u b j e c t ： c l e a n - o u ts t r i n gd e s i g na n da p p l yo fp r o t e c t e dr e s e r v o i r s p e c i a l i t y ：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 n a m e ：y u a n m i n g y e ( s i g n a t u r e ) 鞋坠丝掣p i n s t r u c t o r ：r e nx i a o j u a n ( s i g n a t u r e ) 盈幽2 fi 竺i 坠_ l ix i a n d o n g ( s i g n a t u r e ) 圭12 ( i 竺d 幽 v a b s t r a c t w e n n a no i lf i e l di sac o m p l e xf a u l t - b l o c ko i la n dg a sr e s e r v o i rw i t hc h a r a c t e r i s t i co f h i g h p r e s s u r ea n dl o w p e r m e a b i l i t y ，s e r i o u si n h o m o g e n e o u sc o n d i t i o n s d u r i n go i l g a t h e r i n g ，o i l r e s e r v o i ri se x t r e m e l ye a s yt ob ed a m a g e db yw o r k i n gf l u i d ， s ot h eo i lp r o d u c t i o nm a yb e r e d u c e da n de v e ns o m eo i lw e l lc a nn o tr e c o v e ri t sc a p a c i t yl i k et h a tb e f o r es m a l lm e a s u r e s e s p e c i a l l yf o rt h eo i lw e l lw i t hl o wl i q u i dl e v e l l o wf l o wr a t e ，l o ww a t e ra b s o r p t i o no ro i l w e l lw i t hw a xd e p o s i t i o n ，w o r k i n gf l u i di n t r u d e dm a y p o l l u t et h eo i lr e s e r v o i r ，a n dt h e nt h e w a t e ra b s o r p t i o ni ss oh i 曲a f t e ro i lw e l li sc l e a n e do u to rw o r k i n gf l u i dm a yg os t r a i g h ti n t o o i lr e s e r v o i ra n dd a m a g et h eo i ib e 撕n gb e dt h eb e c a u s ei tc a nn o tr e t u r nt ot h eg r o u n d a l lo f t h e s er e a s o n sc a r la f f e c tg r e a t l yt h ec r u d eo i lp r o d u c t i o n b yr e s e a r c h i n ga n da p p l y i n ga l lw e l lw a s h i n gt e c h n o l o g y ，t h i sa r t i c l ef i n d st h a tt h e p r o b l e mo f a f f e c t i n go i lp r o d u c t i o ns t i l le x i s t sa f t e rw e l lw a s h i n g t op r e v e n tt h ew o r k i n gf l u i d e n t e r i n gi n t oo i lb e a r i n gb e d ，i tc a nb er e a l i z e db yu s i n gs e a lo i lc a s i n ga n n u l u so f p a c k e ra n d t h es i d ec l e a n o u tv a l v em a yb eu s e dt om a k ew o r k i n gf l u i de n t e ri n t ot h eo i lp i p e ，a u t h o ro f t h i sa r t i c l et l l i n kt h a tr c l i a b l e s e a lo i lc a s i n ga n n u l u sa n da n c h o r e ds t r i n gc a nm a k es i d e c l e a n - o u tv a l v ea tt h et o po fp a c k e rw o r kw e l lf o ral o n gt i m ea n dc a l la l s op r o t e c tt h eo i l b e a r i n gb e dw h i l ew a s h i n gw e l l b yr e s e a r c h i n gc l e a n o u ts t r i n gc u r r e n t l yu s e d ，t h i sa r t i c l em a k e san e wo p i n i o nt o d e s i g na s e to f h i g hp e r f o r m a n c ec l e a n o u ts t r i n gi na c c o r dw i t hp r o d u c t i o nd e s i g no f w e n n a n o i lf i e l d t 1 1 i sk i n do fc l e a n - o u ts t r i n gi sc o m p o s e do fp a c k e r ， c h e c kv a l v et op r e v e n ts a n d b l o c k i n g ，s e m i - d i s j o i n th e x a g o n a lf l e x i b l ec o n n e c t i o ne t c t h i sd e s i g nm a k e sw o r k i n gf l u i d e n t e ri n t oo i lb e a r i n gb e dh a r d l y b ys i t ea p p l i c a t i o n ， al o to fd a t ac a np r o v ef u l l yt h a t c l e a n - o u ts t r i n gc a nn o ta f f e c tt h eo i lp r o d u c t i o na n dn o tp o l l u t et h eb e dw h e ni ti su s e dt o w a s hw e l l t h i s s t r i n gc a nm e e tt h er e q u i r e m e n to fp r o d u c t i o nw i t hh i g h e re c o n o m i ca n d s o c i e t yb e n e f i t k e yw o r d s ：c l e a n - o u ts t r i n g r e s e r v o i rd a m a g ep a c k e rf o rw e l lw a s h i n gw e n n a no i l f i e l d s i t ea 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 i i 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：吉叫毯叶日期：弘哆，。，弓 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、 公丌阅览、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：圭蚓生 日期： ! 1 2 ：! ! ：! ! 导师签名 左堕致意 同期：堡) ! ! ! ：! ! 论文类型：现场应用研究 ( 本文得到中原油田采油四厂工艺研究所资金的资助) 第一章绪论 第一章绪论 1 1防油层污染洗井管柱研究的意义 在目前的油田开发过程中，大多数井采取的是有杆泵抽油生产，由于管杆长时期在 井中同油水接触，容易造成管杆结蜡堵塞油管通道，同时增加管杆的负荷，容易造成管 杆断脱或活塞堵塞，针对这一现象，我们一般采取的措施是通过加油基清蜡剂和热水洗 井的方式清除蜡，对供液能力强的井，这种方式可能比较有效，但是在实际生产中经常 会遇到一些“三低”( 低液面、低液量、低含水) 油井或结蜡油井，这样的油井在洗井过 程中，或多或少会有洗井液进入地层，由于水和油层的物性不一，容易造成油层污染， 致使洗井后油井含水数天居商不下，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【”。国内外大量的生产实践证明地层伤害会导致以下恶 果：( 一) 降低产能；( 二) 增加井下作业的工作量，增加油气生产成本；( 三) 影响最终 采收率。因此，解决周期性热洗井对油层的伤害是个非常重要的生产问题，一旦地层 受到伤害，其恢复的时间是相当长的。根据文南油田的有关资料统计，油井热洗一次平 均需要5 7 天才能恢复到正常生产水平，平均每天影响产量3 t 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导致 污染油层的问题，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，也是工艺技术部门直攻关和关注的技术课题。 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 4 , 措施前的产量。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旖管理手段，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并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并清蜡技术，z 3 3 2 1 1 4 皮碗式洗井阀、 两安石油大学硕士学位论文 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 国内外研究现状 通过查阅大量资料【2 】【3 】【4 l ，表明目前国内加强储层保护，减少和避免在作业以及生产 过程中油井防喷技术主要有以下几个方面 一、清蜡技术 ( 一) 固体防蜡技术 1 、固体防蜡器技术简介： 固体防蜡器技术是通过抽油泵下 部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 热洗法造成的储层污染。固体防蜡器技 术井下管柱结构图见图卜1 。 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，在原油中分散成网状结构，而原 图卜1 固体防蜡器技术井下管柱结构图 l 、深井泵己、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 油中的蜡质在其网状结构上析出，从而被油流带走，随着聚乙烯的缓慢释放，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 r 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 c 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中7 3 m m x l 4 m ，目前防蜡筒为长由9 0 m i n 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。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， 2 第一章绪论 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。 改迸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 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 并安装固 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 0 口井，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，并节约了热洗费用。 ( 二) 油井保护器 在自喷井和抽油井中，原油在地层压力或抽油泵抽吸压力的作用下进入油水并保护 装置井下工具管壁上四周分布的孔道。原油通过管壁上的孔眼时形成大量细柱状射流， 径向垂直地撞击到工具环空的内壁和芯轴上。在冲击作用发生的同时，油水井保护装置 井下工具的表面释放出的电子会与原油分子、原油中石蜡及其它矿物质分子结合，改变 原油及地层产出水的物理特性，也会改变原本阻塞油管、妨碍原油上流的杂质的特性。 原油及所含矿物质经过油水井保护装置井下工具处理后，通过油管到达地面。处理 过的原油不仅可以使蜡和其它容易结块而堵塞油管的蜡质物质处于悬浮状态，而且还可 以断裂碳氢化合物分子的长链，使原油变得更加“光滑”。 ( 三) 强磁防蜡技术 管式磁防蜡器是利用含有石蜡的原油在通过强磁场后使原油的物理性质发生变化， 析蜡温度明显降低，原油流动性增强，从而起到防粘防结蜡的作用。管式磁防蜡器在现 场施工时要根据不同井的结蜡程度和结蜡点的位置进行施工设计，一般下至结蜡点以下 位置。 ( 四) 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。 防蜡管 ( 五) 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 西安石油大学硕士学位论文 高，油井不加药、不洗井，可以减小工人劳动强度和洗井次数。防蜡管的正常寿命为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1 c 清蜡剂溶解 速度提高4 3 倍。 二、t r 高效清洗剂洗井技术 t r 高效清洗剂洗井技术聊q 是一种利用少量高效清洗液洗井，从而达到清蜡而不 污染储层的技术。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，在清洗液稀释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l o r e 3 。其 优点如下： 不影响油井产量，不污染储层，产油量、产液量、泵效稳定或上升。清蜡效果 显著。表现在洗井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。 三、洗并工艺装置 ( - - ) z s x 1 型带压作业装置【_ 7 】 l 、z s x 一1 型带压检泵装置装置的特 点： z s x 一1 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 - 1 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1 - 2z 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 图卜2z s x - 1 型带压检泵装置井下管柱结构 关利用抽油杆下压活门来回切换实现管 铲毫雩黼芎鬈2 篓肝 柱的开关，在油井正常生产时活门打开， 牛1 研关 1 州捌接头l l 尾管 1 2 防顶器 起下作业时活门关闭。单流泄油器只能从1 3 自匣鼾 1 纠蘸堵 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。 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 4 第一章绪论 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 9 6 ，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 l t ，3 6 口井累计减少原油损失为：l l x 4 x 3 6 = 1 5 8 4 ( t ) ，投入仅2 1 6 万元，创效3 0 4 4 万元。 该装置可用于在套喷情况下正常的起、下泵，能有效防止井喷，避免压井造成油层 伤害。原理如图。主要由油管悬挂密封装置、井下开关、单流泻油器等组成。油管悬挂 密封装置安装在井口，主要用于密封油套环空。并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，从而达到既能泻油又能防止油管内喷的目的。 ( 二) 洗井阀洗井技术 该技术 8 】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结构单向截 止入井液与油层之间的通道，防止洗井液进入油层来保护储层的。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 只作用于洗井阀以上管柱，较好地解决了“倒灌”问题。 ( 三) 空心杆热洗技术l ”】 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鼍，在 执行洗井清蜡措施过程中使洗井液仅在空心杆和泵上油管之间环空循环流动，使环环空 中的粘稠物及蜡被溶解，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 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。 3 、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。 截止2 0 0 2 年1 1 月底，空心杆热洗清蜡工艺已在1 0 口抽油井上成功应用。由于热洗 西安石油大学硕士学位论文 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 有因洗井造成产量影响，从洗井前后电机电流变化情况看，各井热洗后电流均有明显降 低。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 1 3 ，出口6 2 c 。洗并仅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 8 a 。洗井效果相当明显。 4 、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；热洗时 不停井，不会影响产量。 空心杆热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。 5 、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 空心秆热洗一次需要2 0 0 0 元，月热洗2 次，月洗并费用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 x1 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 x 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x0 1 2 万元吨= 1 0 0 8 万元 增加热洗费用： 1 0 1 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。 ( 四) 电热杆抽油防污染洗井管柱 6 第一章绪论 1 、技术特点 电热抽油杆技术 1 0 】采用 3 5 c r m o 合金空心杆，规格分为3 6 m m 5 5 n a n ，3 4 m mx5 5 m m 。3 4 m m 5 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，半导体一端与空心杆 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 要使用罐车、水泥车，直接接通电源 热抽油轩 通抽油轩 图1 - 3 电热抽油杆加热洗井管柱结构示意图 即可加热，操作简单、方便、快捷。其基本参数如表卜1 所示。电热抽油杆加热洗井管 柱结构示意图卜3 。 表1 - 1 电热杆技术参数表 材质3 5 c r m o 接箍直径5 0 m m 规格m 3 4 3 6 m m x 5 5 - 6 5 m m最大扭矩 2 l l o k 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 0 h 1 6 0 0 m 热效率 兰9 8 伸长率 1 2 绝缘电阻 5 0 0 m f l 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、热洗措旌尤其是热洗极易造成地层严重污染两影响原油产量，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。 7 西安石油大学硕士学位论文 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 6 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，在这些油井上作 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 电热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 x 4 8 x 6 x 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 k n ，说明电加热清蜡效果明显。 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，则单井直接投入电热杆费用 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x1 2 0 0 = 9 8 4 万元 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 x 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 x1 2 x ( 3 0 0 0 7 6 0 x 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 ( 五) 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【1 1 l ( 又叫地面过滤器) 。其基本结构如图卜4 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 ，长2 0 m ，割缝4 0 0 条，总过流面积2 4 0 0 m m 2 ， 8 第一章绪论 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 l i i i 1 i 阑， ：b r 一 ， 图1 4 入井液精细过滤装置结构示意图 l 、下接头2 、内堵头3 、激光割缝筛管4 、本体5 、上接头 益，但避免了因洗井液不合格( 含较大颗粒沉淀物或赃物) 而对油层造成固相堵塞，其 意义深远。 ( 六) 防污染管柱技术 油井检泵作业完井时，在深井泵下2 1 l 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f ，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。 ( 七) 油井射流热洗防油层污染洗井器的研制与应用【1 2 1 1 、新型洗井器的结构 图卜5 新型洗井器结构示惹图 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 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 - 5 所示。导轨式挂钩为2 个螺旋斜面，洗并器入井时，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 证洗并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。 9 西安石油大学硕士学位论文 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。 2 、技术参数 皮碗组件承受工作压差：1 5 m p a ； 工作温度：1 5 0 。c ； 工作压力：2 5 m p a ： 最大下入深度：2 5 0 0m ； 适合套管：巾1 3 9 7 l n n l ( 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 1m i l l 。 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施工费用。 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。 ( 八) 新型防砂埋洗井油层保护裂1 3 l 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觥井转换阀两部分组成，其结构如 图1 - 6 所示。 图1 - 6 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 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 1 0 第一章绪论 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。 ( 九) 洗井时可保护油层的新型油管锚【1 4 】 该文主要介绍新型油管锚的结构及注意事项： 1 、结构组成 图卜7 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 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 1 、碟簧2 2 、隔环2 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 l 、解卡挡环3 2 、吓接头 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 7 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、反洗并油层保护、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 r a i n 后，从泵车卸压，从而完成坐卡动作。碟簧在整个坐 西安石油大学硕士学位论文 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。 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 - q 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。 3 、主要技术参数 适用套管内径：1 2 1 1 2 4 m m ； 刚体最大外径：1 1 5 m m ； 总长：1 2 1 5 m m ； 两端连接螺纹：27 8 英寸t b g ； 坐卡压力：1 5 m p a ： 解卡拉力：8 0 - - - 1 0 0 k n ( 可调节) ； 适用井底温度：1 2 09 c 。 ( 十) 压差式井下洗并阀及其洗井工艺 压差式井下洗井剐8 1 的工作原理是：在管柱入井过程中，上阀在弹簧作用下，封闭油 套环空，钻井液不能进入油管。当下入一定深度，套管内钻井液柱的压力克服弹簧作用 力，压缩弹簧，打开上阀，使油套环空连通，套管内的钻井液进入油管。当油管内外的 液柱压差小于o 1 m p a 时，上阀在弹簧力作用下关闭，再下入一定深度，此阀又打开， 这样，洗井阀始终使油套环空内保持一定的压差( 油管内的液柱低) ，不使钻井液从油管 外溢。同时下阀在下弹簧作用下始终处于关闭状态，油套环空钻井液不能进入油管。正 洗井时，可在油管内打压o 1 o 2 m p a ，下阀打开，上阀关闭；反洗井时，可在油套环空 打压0 2 0 5 m p a ，上阀打开，下阀关闭。现场应用证明该工艺技术简便易行，解决了 管柱入井井1 ：3 油管的钻井液外溢问题，起到了环保作用。 此外文献分别从理论和应用上介绍了泵下锚定反洗技术、分段洗井阀的研制与应用、 油井屏蔽洗井技术和快速洗井增液器的研制及应用等井下洗井技术和洗井工具。其技术 各有其优点，且在现场应用中取得了一定的应用效果，但只是研究的是洗井或防偏磨或 第一章绪论 增产增效某一方面的问题，对于既方便洗井又防止抽油管杆偏磨且能够增产增效整体管 柱设计没有进行过具体详细的理论和现场试验及应用。所以要进行既方便洗井又防止抽 油管杆偏磨且能够增产增效整体管柱的研究与设计，还是一个新的课题。 1 3 论文研究的内容及思路 经过对国内外清蜡技术的研究分析后认为化学清