低渗油藏防偏磨配套技术的研究与应用

2022-09-11

前言

低渗复杂油藏因油藏埋藏深, 偏磨问题普遍存在。从近几年的上产实践来看, 低渗复杂断块油藏仍然是上产的重要阵地。部分井由于偏磨导致低泵效生产后, 液面逐渐升高, 生产压差逐渐扩大, 极易导致油层污染, 造成了不可挽回的原油损失。因此, 除保证低渗油藏油井的参数更加合理外, 开展井筒防偏磨配套技术的研究也是很有必要的。

一、偏磨治理配套技术

低渗油藏偏磨防治主要以减少管杆之间的正压力、摩擦系数、偏磨距离为研究出发点, 以理论研究为基础, 结合单井实际情况提出针对性防偏技术配套。为了延长低渗油藏偏磨油井的免修期, 重点开展了加重杆设计、尾管长度设计、管杆组合优化、扶正器优化设计等一系列技术攻关。

1. 加重杆理论计算

(1) 杆柱受力分析

下冲程时, 抽油杆柱主要受两个方向的力:一是自身在液体中向下的重力;二是活塞下冲程时受到向上的阻力, 且随活塞直径、抽油杆在油管内的各种摩擦阻力、抽油泵冲次及液体运动粘度的增大而增大。

上冲程时, 抽油泵游动阀关闭, 抽油杆在本体和液柱重力的作用下呈拉直状态, 油管由于载荷的转移, 在中性点以下油管受压发生螺旋弯曲, 抽油杆柱与螺旋弯曲的油管每隔一定的距离就相互接触磨损。油管弯曲造成的偏磨主要局限于泵上部附近, 即中性点以下到泵位置。

抽油杆柱在交变载荷作用下产生底部弯曲, 通过配套加重杆, 可使中和点下移, 减缓杆柱偏磨。

(2) 杆柱中性点计算

在分析抽油杆柱受力的基础上, 根据低渗油藏油田现状, 推算出抽油杆中性点计算公式:

代入数值计算, 中性点长度约在200-300m之间。

(3) 加重杆长度计算

在完成中性点计算的基础上, 设计出需配套加重杆的合理长度。抽油杆柱下部加重杆的设计公式:

(1) 求下冲程时抽油杆柱下部所受纵向弯曲载荷

(2) 求作用在抽油泵柱塞上的液柱重力P液、柱塞和衬套间的半干摩擦力P摩干

(3) 求需加重杆的重力G、加重杆长度L

q:下部抽油杆重度 (25mm杆:4.091Kg/m) ;L:m

根据计算结果得出的数据分析, φ25mm加重杆长度一般取120m, φ30mm加重杆长度一般取100m。

(4) 加重杆设计原则

满足以下条件之一的, 选用φ25mm或φ30mm特种加重杆:一是配套φ22mm加重杆部位有中度以上偏磨, 说明加重杆本身抗弯能力不足;二是设计φ22mm加重杆后底部φ19mm抽油杆仍然存在明显偏磨 (对应井段不存在大狗腿度、大井斜角的情况下) 。

φ30mm特种加重杆技术参数

配套φ30mm特种加重杆为高强度抗磨腐加重杆, 可以有效缓解底部杆柱偏磨腐蚀, 与φ22mm抽油杆相比有以下优势:

Ø表面采用电解镀处理, 摩擦力下降, 抗压能力提高;Ø

Ø每100m配套中和点可降低86m;Ø

Ø许用弯曲载荷比φ22mm杆增加30.8k N, 抗弯能力提高。

2. 尾管长度设计

根据管柱在原井液中的受力分析推算尾管受力公式, 结合现场实际情况对尾管长度进行优化设计。

代入数值, 计算尾管长度一般在100m左右可平衡, 故尾管长度一般取200m, 根据单井情况选值。

3. 管杆组合优化

根据该井井斜数据, 结合历次作业管杆出现问题的位置, 对管杆组合进行优化设计。

(1) 油管组合优化

上提泵挂, 避开井眼曲率变化大的井段, 抽油泵设计在井眼曲率变化小的井段。

加长尾管, 保持密封, 避免上冲程时泵上油管受压弯曲导致管杆接触磨损。

(2) 抽油杆组合优化

井眼曲率变化大的长井斜段, φ22mm杆配套双向保护接箍技术。这样有效避免了井筒扶正器过多, 造成液流阻力大的负面影响。

在注塑杆与普通杆之间, 应用双向保护接箍进行过渡。

在偏磨严重的19mm杆和抽油杆柱中性点以下配套双注塑杆。

4. 扶正器优化设计

(1) 小直径扶正器的研制

目前我厂井筒偏磨治理主要是靠在偏磨井段配套油管、抽油杆扶正器, 但对于开窗侧钻的四吋套油井, 悬挂器位置以下井斜较大, 抽油泵一般下入悬挂器以下, 抽油杆组合受限, 无法加装普通抽油杆扶正器, 导致管杆间偏磨加剧, 管杆损耗速率加快, 检泵周期缩短。因此小直径扶正器的研究与优化软件的集成应用为四吋套油井的防偏磨工艺配套提供了技术支撑。注塑固定式小直径扶正器, 在一定程度上也提高了扶正器的质量, 节约了工具的费用。

(2) 扶正器位置优化软件的设计

通过用扶正器优化设计软件调取井斜数据库中的数据, 自动生成相应的井眼轨迹简图, 能更形象、直观的了解井下管柱的狗腿度变化情况, 更准确的对扶正器位置进行优化设计。同时, 通过结合油井机采参数、工具尺寸、管杆组合、以及该井历次作业发现偏磨程度、偏磨井段的描述, 有助于进一步细化管杆扶正器位置。