套保油田稠油排砂冷采螺杆泵系统的优化设计技术
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稠油出砂冷采技术研究
的泡 沫油 流动 。
１ １ 大 量 出砂 形 成 蚯 蚓 洞 网 络 ．
油 层 大 量 出 砂后 ， 蚓 洞 在沿 射 孔 孔 道 末 端 的 蚯 高 孔 隙度 区域 形成 并 延 伸 ， 随着 大 量 砂 子 的 不 断 产 出， 井筒 周 围应力 发 生 了不 同程 度 的变 化 ， 油层 呈现
降 趋势 。
１ ２ 稳 定 泡沫 油流 动 ．
出砂冷 采 井 中的稠 油通 常 都溶 解 一定 量 的天 然
气 。 当对油 井 进行 强采 时 ， 天然 气 将从 原油 中析 出 ， 但 是 这些 气 体 不 会 马 上聚 集 形 成 连 续 的 气相 ， 在 而 向井筒 流动 的过 程 中 以气 泡的形 式 存 在 。当压 力不 断 下 降 时 ， 泡 不 断 变 大 ， 时 这 些 气 泡 形 成 一 个 气 这
砂冷 采 是使 油层 大 量 出砂 形 成蚯蚓 洞 网络 和形 成稳 定泡 沫 油 而获得 较 高的原 油产 量 。能 否应 用这 一技 术进 行 开 采主要 取 决 于储层 及 原 油性质 等 因素 ， 以及配 套 的工 艺技 术 。
关键 词 ： 油 ； 稠 出砂 ； 采 冷
２ 纪８ ｏ世 ｏ年代 中期 ， 随着 国际 油价 的下跌 和 轻 重 油 差价 的 扩大 ， 油 注 蒸汽 开 采 等 方 法 面 临 着经 稠 济 上 的严重 挑 战 。 了降低 采 油成 本 ， 高 稠油 开采 为 提 的 经济效益 ，ｏ ８ 年代末 ９ 年代初 ， ｏ 加拿大的一些小 石 油公 司率 先 开展 了 稠油 出砂 冷采 。 主要 作法 是 ， 其
不注 蒸 汽 ， 也不 采取 防砂措 旋 ， 射孔 后直 接 应用 螺杆 泵进 行开 采 ， 场实 旋取 得 了意 想不 到 的效 果 ， 矿 产油 量得 到 了大 幅度 的 提高 。“ 出砂 冷 采” 一 概念 正是 这 在这 种情 况 下建 立起 来 的 。
１ １ 大 量 出砂 形 成 蚯 蚓 洞 网 络 ．
油 层 大 量 出 砂后 ， 蚓 洞 在沿 射 孔 孔 道 末 端 的 蚯 高 孔 隙度 区域 形成 并 延 伸 ， 随着 大 量 砂 子 的 不 断 产 出， 井筒 周 围应力 发 生 了不 同程 度 的变 化 ， 油层 呈现
降 趋势 。
１ ２ 稳 定 泡沫 油流 动 ．
出砂冷 采 井 中的稠 油通 常 都溶 解 一定 量 的天 然
气 。 当对油 井 进行 强采 时 ， 天然 气 将从 原油 中析 出 ， 但 是 这些 气 体 不 会 马 上聚 集 形 成 连 续 的 气相 ， 在 而 向井筒 流动 的过 程 中 以气 泡的形 式 存 在 。当压 力不 断 下 降 时 ， 泡 不 断 变 大 ， 时 这 些 气 泡 形 成 一 个 气 这
砂冷 采 是使 油层 大 量 出砂 形 成蚯蚓 洞 网络 和形 成稳 定泡 沫 油 而获得 较 高的原 油产 量 。能 否应 用这 一技 术进 行 开 采主要 取 决 于储层 及 原 油性质 等 因素 ， 以及配 套 的工 艺技 术 。
关键 词 ： 油 ； 稠 出砂 ； 采 冷
２ 纪８ ｏ世 ｏ年代 中期 ， 随着 国际 油价 的下跌 和 轻 重 油 差价 的 扩大 ， 油 注 蒸汽 开 采 等 方 法 面 临 着经 稠 济 上 的严重 挑 战 。 了降低 采 油成 本 ， 高 稠油 开采 为 提 的 经济效益 ，ｏ ８ 年代末 ９ 年代初 ， ｏ 加拿大的一些小 石 油公 司率 先 开展 了 稠油 出砂 冷采 。 主要 作法 是 ， 其
不注 蒸 汽 ， 也不 采取 防砂措 旋 ， 射孔 后直 接 应用 螺杆 泵进 行开 采 ， 场实 旋取 得 了意 想不 到 的效 果 ， 矿 产油 量得 到 了大 幅度 的 提高 。“ 出砂 冷 采” 一 概念 正是 这 在这 种情 况 下建 立起 来 的 。
稠油出砂冷采中的完井与引流技术
ｌ 完 井技 术
１ １ 沉 砂 口 袋 ．
１３ 射 孔 ． １３ １ 射 孔 方 式 ．．
油层 大量 出 砂形 成 高 渗 透 的 。 蚓 洞” 蚯 网络 是 对直 井 、 井 、 向井来 说 ， 射孔 段 之 下 留一 稠 油出砂 冷采的重 要 开采 机理 ， 斜 定 在 也是 该技 术 成功 的 段沉 砂 口袋 是 必 要 的 。许 多 公 司在 冷 采 井 中使 用 前提 条件 。与此相适 应 ， 油出 砂 冷 采井 必 须采用 稠
关 ｔ 词 ： 油 ； 采 ； 孔 ； 杆 泵 ； 筲 降 粘 稠 冷 射 螺 井 中 圈 分 类 号 ： Ｅ ４ Ｔ ３５ 文献标识 码 ： Ａ
稠油冷 采是 一种 非加热 一 次采 油 方式 ， 稠 油 在 精 良的螺 杆 泵 系统 采 油 。近年 来 在 加 拿 大 稠 油储
（ ｏ ） 大减少 了开井 失败 的次数 。 ）ｌ ｒ 大 ｅ
要： 冷采被 用作 一种新 的采油 工 艺可 以成功地 用于 未胶 结砂 岩 中的稠 油。采 用太孔 径 、 穿 深
透 、 密度 射 孔技 术对稠 油出砂 冷 采 是 必须 的 ； 用适 应 高舍 砂 量 和 高原 油粘 度 的 高转速 螺 轩 高 采 泵 ． 螺轩 泵下入 油层 底部 等引流 技术措 麓 对出砂冷采 是 十分 有利的 。 且
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新 疆 石 油学 院学 报
２Ｏ 拒 Ｏ２
长距离 蚯蝴洞 。 外形成 稳 定 的 砂 桥 ， 利 于 砂 子 产 出和 “ 蚓 洞 ” 的大 直 径 、 不 蚯
． ２ 的形成 ； 当孔 径大 于储 层颗 粒粒 径 的 ６倍 时 ， 难 １ ３． 射 孔 炮 弹 则
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第 １卷 第 １ ４ 期
稠油出砂冷采矿场操作技术策略
的抽油泵来说 ， 油杆下 落时间达 １ 抽 ０～１ ， ５Ｓ 致
使 泵 速受 到严 重 限制 ， 分钟 只有 几 个 冲次 （ 如 ， 每 例 加拿 大劳 德 明 斯 特 北 部 地 区 ， 见 的 原 油 粘 度 约 常
１ ０ Ｐ ・ ， 次 为 ２—３次／ ｉ ） 因此 ， 年来 ００ ０ｍ ａ Ｓ 冲 ｍｎ 。 多
终 速度 只 有 ０ ２～０ ６ｍ ｓ 因此 ， 于 冲 程 为 ２～３ ． ． ／ ， 对
ｍ
上 ， 合 河南 油 田稠油 油 藏特 点 及开 发 过 程 中存 在 结
的问题 ， 时提 出将 该 技术 作 为 重要 储 备 技术 开 展 及 攻 关 研究 ＿ 。 １９ ２ ９ ６年 河 南 石 油 勘 探 局 正 式 向原 中 Ｊ
程 等 方 面 的技 术人 员 ， 开展 了稠 油 出砂 冷 采 技术 机 理 研 究 、 励地 层 出砂 技 术研 究 、 下 管 柱研 究 、 激 井 井 筒 降 粘 工艺 技 术研 究 、 砂液 处 理技 术 研 究 等八 项 混 专 题 攻 关 。经 过 ４年 多 的不 断探 索 和 刻苦 攻 关 ， 河
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第 ９卷 第 ４期
２０ ０ ２年 ８月
文 章 编 号 ：１０ —５ ５ ２ ０ ） ４ ０ ６ ．３ ０ ６ ６ ３ （ ０ ２ ０ ．０ ３０
特 种 油 气 藏
Ｓ ｅ ｉｌＯｉ ａ ｄ Ｇａ ｓ ｒ ｏｒ ｐ ｃａ ｌ ｎ ｓＲｅ ｅｖ ｉ ｓ
口， 采 产 量 占稠油 总 产量 的 ６ ％ 以上 … 。 冷 ０ 在 对 稠 油 出 砂冷 采 技 术进 行 广 泛 调 研 的 基 础
在抽 油 杆 下落 速 度 的 问 题 。一 般来 说 ， 油 杆 （ 抽 不
稠油油藏出砂冷采技术实践
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２０ ０６年 ４月
阎静 华等 ：稠 油油藏 出砂 冷采技 术 实践
・
７３ ・
砂冷采前 ２个月 内，产 出液含砂量达到 ２ ％ ～ ０ ０ ６％
（ 体积 比） ，经过 ０５～ｌ ． ａ时间 后 ，含砂 量 降到 ５ 以 ％
增加到 ２ ～ ２ ｍ， ８ ３ 孔／ 采用携砂 能力 强的进 口螺杆泵 采油 ， 展先导 试验 ， 到 了 良好 的效果 。但 由于 螺杆 开 见 泵排量小 ， 螺杆泵下在油层 中部 ， 射孔孔径小及老井生 产一段时间后 ， 油层含油饱和度和地层压力降低等原
２ １２ 原 油在 地层 中形成稳 定 的 泡沫 油 ．．
１ 国内外 的应用 现状
１ １ 国外 应 用情 况 ．
随着孔隙压力的降低 ，地层原油中产生大量微气 泡形成泡沫油流动 ，气泡不断膨胀 ，而且长时间保持 稳定 ， 从而为原油的流动提供了驱动能量。另外 ，泡 沫油的存在大大降低 了砂子在原油中的分散程度 ，使 高黏度稠油的携砂变得更容易。据套保油田出砂冷采 井产出液分析 ， 气泡体积 占３ ％ 一 ０ 。 ０ ５％
吸取教训的同时，积极地进行国内外稠油开采技术调 研 ，针对套保油田油藏特点 ，论证出砂冷采技术适合 于套保油 田，在套保油 田陆续开展出砂冷采试验 ，结 合油 田地质特点，摸索出一套适用于套保油田的增产 和稳产采油工艺的关键技术 ，出砂冷采技术在套保油
田获得 了工业化 应用 。
出砂冷采井大量出砂形成蚯蚓洞网络，提高油层 的渗流能力。随着砂子从油层中采出，油层中产生不 断向外扩展的高渗透带，使流入井筒的混合液的流速 大大增加 ，保持油井高产。
井水 淹 。为 了经 济有 效地 开发 套保 油 田 ，在 总结 经验
稠油冷采技术
越高，采收率越低。
35
30
25
20
15
10
5
0
0
100 200 300 400 500 600 700
Average Pressure (psia)
生产机理分析
Oil Recovery, % OOIP
3、原油性质（包括原油组成及原油粘度）
50
45
HOo-=12, 58 cp, q=0.035 PV/h HOo-=12, 58 cp, q=0.0035 PV/h
✓SPE 69725：CH-38井 55～105×10－6 1/psi ✓60×10－6 1/psi
➢ 通过理论分析及相邻区块的经验，通过压实作用 可增加原油采收率3％左右
泡沫油机理 冷采开采实例
Cerro Negro 区水平 井产能 • 1、油藏参数
• Morichal 顶部深度：1500～4000ft
▪
Typical Horizontal Wellbore Schematic at Fishing Lake
Frog Lake Oil Production
120
80
40
0
Oct. 93
Nov. 93
Dec. 93
Jan. 94
Oil Rate Sand Cut
100
80
60 40 20
Feb. 94
稠油冷采技术
1、出砂冷采技术（CHOPS） 2、不出砂冷采技术（CHOP）
出砂冷采技术与应用
出砂冷采技术与应用
一、稠油冷采的背景：
对于原油粘度较高的稠油、特稠油，常规一次开采 的效果很差。但对于某些储层物性较差的油藏，热 采技术也难于取得较好的技术经济效果
稠油出砂冷采技术研究
１ 引言
稠 油 出砂 冷 采 是 一种 非 加 热 一次 采 油 方 式 ， 在 稠 油储 集 层 中它允 许 产砂并 依 靠强 力射 孔技 术和 设 计 精 良的螺杆 泵 系统 采油 。稠 油 出砂冷 采是 近年 来 从加 拿大 兴起 的一 项 稠油 开 采新技 术 。 Ｏ年 代 中后 ８ 期， 随着 国 际油 价 的下跌 和轻 重油 差价 的扩 大 ， 稠油 注 蒸汽 开 采等方 法 面 临着经 济上 的严 峻挑 战 。为 了 降低采 油 成本 ， 高稠 油开 采经 济效 益 ， 提 加拿大 的 一 些 小石 油公 司 率先 开 展 了稠 油 出砂冷 采 的探索 性 矿 场 试验 践表 明 ， 实 稠油 冷采 井 的产 量是蒸 汽吞 吐 井 的４ Ｏ倍 ， 采 成本 比蒸 汽吞 吐 降低 ４ ％左 右 。 Ｏ ～１ 开 Ｏ ９ 年代 中期 ， 油 出砂 冷采 技术 已成 为热 点 ， 稠 除众多 小 石油 公 司外 ， 一些 大 石油 公司 也纷 纷涉 及这 一领 域 。 ２ 稠油 出砂 冷采 的 机理 稠 油 出砂 冷 采 之 所 以能 够 大 大 地 提 高 单 井 产 量 ， 要依 赖 以下 机理 ． 主 ： ① 大 量 出砂 形 蚯 蚓 洞 网 络 ”储 层 孔 隙 度 从 ， ３ 提 高 到 ５ 以上 ， 透 率提 高几 十倍 ， 相 当于 Ｏ ｆ， ｊ６ ９ 渗 这 有大 量 水 平井 和 分 枝 水平 井 向油 井供 液 ， 大 地 提 极 高 了稠油 在 油层 中的 渗流 能力 ； ② 出砂 冷 采井 中的 稠油 通常 都溶解 一 定量 的天 然 气 。当对 油 井进 行 强 采 时 ， 然 气将 从 原 油 中析 天 出。 但是 这 些气 体不 会 马上聚 集 形成连 续 的气相 ， 在 向井筒 流动 的过 程 中它 们 以气泡 的形 式存 在 。当压 力 不 断下 降时 ， 泡不 断变 大 。这 时 ， 气 这些 气 泡形成 个“ 内部驱 动力 ” 驱 动 砂浆 由地 层 向井 简 流动 。 ， 稳 定 的泡 沫 油还 使 原 油 密 度变 得 很 低 ， 而 使粘 度 很 从 大 的稠油 得 以流 动 ； ③ 由于油 层 中产 出大 量砂 粒 ， 油 层 本身 的 强 使 度降 低 ， 在上 履地 层 的作 用下 ， 层将 发生 一定程 度 油 的 压实 作用 ， 使孔 隙压力 升高 ， 动能 量增 加 ； 驱 ④远 距 离 的边底 水 可 以提供 一 定的驱 动能 量 。 国 内外 实践 经 验 表 明 ， 油 冷 采成 功 与 否 的先 稠 决 条 件 是 油层 能 否大 量 出砂 形 成“ 蚯蚓 洞 ” 网络 ， 因 此 除 油 藏条 件 外 ， 孔 和 采油 工 艺 技 术显 得 尤 为 重 射 要 ， 稠油 冷 采取 得成 功 与高效 的两 个关 键技 术 。 是 一 般 情 况 下 ， 孔 通 常 采 用大 孔 径 、 穿透 、 密度 射 射 深 高
稠 油 出砂 冷 采 是 一种 非 加 热 一次 采 油 方 式 ， 在 稠 油储 集 层 中它允 许 产砂并 依 靠强 力射 孔技 术和 设 计 精 良的螺杆 泵 系统 采油 。稠 油 出砂冷 采是 近年 来 从加 拿大 兴起 的一 项 稠油 开 采新技 术 。 Ｏ年 代 中后 ８ 期， 随着 国 际油 价 的下跌 和轻 重油 差价 的扩 大 ， 稠油 注 蒸汽 开 采等方 法 面 临着经 济上 的严 峻挑 战 。为 了 降低采 油 成本 ， 高稠 油开 采经 济效 益 ， 提 加拿大 的 一 些 小石 油公 司 率先 开 展 了稠 油 出砂冷 采 的探索 性 矿 场 试验 践表 明 ， 实 稠油 冷采 井 的产 量是蒸 汽吞 吐 井 的４ Ｏ倍 ， 采 成本 比蒸 汽吞 吐 降低 ４ ％左 右 。 Ｏ ～１ 开 Ｏ ９ 年代 中期 ， 油 出砂 冷采 技术 已成 为热 点 ， 稠 除众多 小 石油 公 司外 ， 一些 大 石油 公司 也纷 纷涉 及这 一领 域 。 ２ 稠油 出砂 冷采 的 机理 稠 油 出砂 冷 采 之 所 以能 够 大 大 地 提 高 单 井 产 量 ， 要依 赖 以下 机理 ． 主 ： ① 大 量 出砂 形 蚯 蚓 洞 网 络 ”储 层 孔 隙 度 从 ， ３ 提 高 到 ５ 以上 ， 透 率提 高几 十倍 ， 相 当于 Ｏ ｆ， ｊ６ ９ 渗 这 有大 量 水 平井 和 分 枝 水平 井 向油 井供 液 ， 大 地 提 极 高 了稠油 在 油层 中的 渗流 能力 ； ② 出砂 冷 采井 中的 稠油 通常 都溶解 一 定量 的天 然 气 。当对 油 井进 行 强 采 时 ， 然 气将 从 原 油 中析 天 出。 但是 这 些气 体不 会 马上聚 集 形成连 续 的气相 ， 在 向井筒 流动 的过 程 中它 们 以气泡 的形 式存 在 。当压 力 不 断下 降时 ， 泡不 断变 大 。这 时 ， 气 这些 气 泡形成 个“ 内部驱 动力 ” 驱 动 砂浆 由地 层 向井 简 流动 。 ， 稳 定 的泡 沫 油还 使 原 油 密 度变 得 很 低 ， 而 使粘 度 很 从 大 的稠油 得 以流 动 ； ③ 由于油 层 中产 出大 量砂 粒 ， 油 层 本身 的 强 使 度降 低 ， 在上 履地 层 的作 用下 ， 层将 发生 一定程 度 油 的 压实 作用 ， 使孔 隙压力 升高 ， 动能 量增 加 ； 驱 ④远 距 离 的边底 水 可 以提供 一 定的驱 动能 量 。 国 内外 实践 经 验 表 明 ， 油 冷 采成 功 与 否 的先 稠 决 条 件 是 油层 能 否大 量 出砂 形 成“ 蚯蚓 洞 ” 网络 ， 因 此 除 油 藏条 件 外 ， 孔 和 采油 工 艺 技 术显 得 尤 为 重 射 要 ， 稠油 冷 采取 得成 功 与高效 的两 个关 键技 术 。 是 一 般 情 况 下 ， 孔 通 常 采 用大 孔 径 、 穿透 、 密度 射 射 深 高
稠油出砂冷采对射孔技术的要求
加 拿 大 稠 袖 出砂 冷 采 井 普 遍 地 采 用 ３ ｇ以 上 ２
的聚能射 孔 弹 ， 径 为 ２ ｍｍ， 孔 ５ 射孔孔 密一 般 太于 ４ ０孔 ／ 最高 时 超 过 ６ ￣／ 目前 所 采 用 的孔 ｍ， ０＂ ｍ， Ｌ 密 大致 为 ５ ０孔／ ｍ ． 见表 ２ 。
表 ２ 加 拿 大 稠 油 出 砂 冷 采 矿 场 实 际经 验
河南古 城 油 田 Ｇ ９ ６井 为 中 等 埋 深 稠 油 出 ４０ 砂冷 果 试 验 井 ， 采用 的 射 孔 密 度 为 ３ 所 ２孔／ ｍ。 由 于 储层 为 细粉 砂 岩 ， 粒较 细 ， 本 上 不 古 平 均 粒 度 中值 为 粗 ．１ 其
大已有 ２ ０多家石 油公 司 采用这 项开采 技术 ， 油 稠 冷 采并超过 ６ ０ ０ ０口井 ； 单井 日产油 一般 在 ３ ０ ～５ ｔ
之 间 ， 收 率 达 ８ ～ ２ ％ 。 Ｈｕｋ 采 ０ ｓ ｙ石 油 公 司
１９ ９ ８年 有 冷 采 井 １ ０ １ ０多 口， 采 产 量 占稠 油 总 冷
产 量 的 ６ 以 上 。 稠 油 出 砂 冷 采 的 重 要 开 采 ０
图 １ 射 孔孔 暇 大 小 对 出 砂 的 影 响
机理 之一是油 层 大量 出砂形 成高渗 透的“ 蚓洞 ” 蚯
阿络 。与此相 适 应 ， 油 出砂 冷 采井 必须 采 用 大 稠 孔径 、 高孔密 射 孔 技术 。下 面 就稠 油 出砂 冷 采 中 的射孔 技术作 一探讨
０ １５ ． ２ ｍｍ， 射孔 孔径 约 １ ｍｍ 的条 件 下 ， 径 在 ２ 孔 大于最 大粒径 的 ６倍 ， 不易形成 砂 桥 ， 以该井 试 所 验取得 了 良好 效 果 。产 出液 含 砂 量 一 直 维 持 在 ２ 以上 ， 存在 眼 砂堵 迹 象 ， 不 Ｌ 产油 量 呈 稳 中有 升趋 势 ， 呈现 出出砂冷 采井 的典 型 开采特 征 ， 而河 南 新庄 油 田储 层 以砾 状砂 岩 和 含砾 砂 岩为 主 ， 已 投 产层位 的最 大粒 径达 ７ ｍｍ 以上 。在 １ ｍｍ 孔 ２ 径下 ， 易 形 成砂桥 ， 塞 射孔 孔 道 ， 利 于 大量 极 堵 不
的聚能射 孔 弹 ， 径 为 ２ ｍｍ， 孔 ５ 射孔孔 密一 般 太于 ４ ０孔 ／ 最高 时 超 过 ６ ￣／ 目前 所 采 用 的孔 ｍ， ０＂ ｍ， Ｌ 密 大致 为 ５ ０孔／ ｍ ． 见表 ２ 。
表 ２ 加 拿 大 稠 油 出 砂 冷 采 矿 场 实 际经 验
河南古 城 油 田 Ｇ ９ ６井 为 中 等 埋 深 稠 油 出 ４０ 砂冷 果 试 验 井 ， 采用 的 射 孔 密 度 为 ３ 所 ２孔／ ｍ。 由 于 储层 为 细粉 砂 岩 ， 粒较 细 ， 本 上 不 古 平 均 粒 度 中值 为 粗 ．１ 其
大已有 ２ ０多家石 油公 司 采用这 项开采 技术 ， 油 稠 冷 采并超过 ６ ０ ０ ０口井 ； 单井 日产油 一般 在 ３ ０ ～５ ｔ
之 间 ， 收 率 达 ８ ～ ２ ％ 。 Ｈｕｋ 采 ０ ｓ ｙ石 油 公 司
１９ ９ ８年 有 冷 采 井 １ ０ １ ０多 口， 采 产 量 占稠 油 总 冷
产 量 的 ６ 以 上 。 稠 油 出 砂 冷 采 的 重 要 开 采 ０
图 １ 射 孔孔 暇 大 小 对 出 砂 的 影 响
机理 之一是油 层 大量 出砂形 成高渗 透的“ 蚓洞 ” 蚯
阿络 。与此相 适 应 ， 油 出砂 冷 采井 必须 采 用 大 稠 孔径 、 高孔密 射 孔 技术 。下 面 就稠 油 出砂 冷 采 中 的射孔 技术作 一探讨
０ １５ ． ２ ｍｍ， 射孔 孔径 约 １ ｍｍ 的条 件 下 ， 径 在 ２ 孔 大于最 大粒径 的 ６倍 ， 不易形成 砂 桥 ， 以该井 试 所 验取得 了 良好 效 果 。产 出液 含 砂 量 一 直 维 持 在 ２ 以上 ， 存在 眼 砂堵 迹 象 ， 不 Ｌ 产油 量 呈 稳 中有 升趋 势 ， 呈现 出出砂冷 采井 的典 型 开采特 征 ， 而河 南 新庄 油 田储 层 以砾 状砂 岩 和 含砾 砂 岩为 主 ， 已 投 产层位 的最 大粒 径达 ７ ｍｍ 以上 。在 １ ｍｍ 孔 ２ 径下 ， 易 形 成砂桥 ， 塞 射孔 孔 道 ， 利 于 大量 极 堵 不
稠油油藏有杆泵抽油系统优化设计方法解析
稠油油藏有杆泵抽油系统优化设计方法目前我国多数的稠油油藏以有杆泵举升工艺为主,由于系统效率普遍偏低,从而增加了原油开采的成本,降低了原油生产的经济效益。
因此,针对稠油油藏开展有杆泵抽油系统优化设计研究,进而提高有杆泵抽油机井的系统效率,对于开发稠油油藏具有重要意义。
本文首先在流体热力学和传热学理论的基础上,应用质量守恒方程和能量守恒方程建立了井筒内温度分布的数学模型,求解了各模型的解析解,计算了井筒内粘度分布和压力分布。
然后,针对稠油油藏有杆泵井的特点,考虑了井筒内粘温关系的变化,在油井满足供排协调前提下,以系统效率最高为目标函数,采用了多变量(包括抽汲参数组合、泵挂深度、动液面深度等)、多重循环设计,进行稠油油藏机采井系统优化设计方法研究,开发了机采井系统优化设计软件。
最后,结合塔河油田实际生产数据进行了实例计算,分析了含水率、掺稀点深度、掺稀量、电加热功率、加热点深度等因素对井筒内流体粘度分布的影响,为进一步采用掺稀降粘、电加热等辅助工艺提高稠油油藏的开采效果提供了技术支持。
塔河油田5口试验井参数优化结果表明,最大、最小载荷和最大扭矩计算结果与现场实际情况相比,平均相对误差仅为10%,优化后的平均系统效率提高了9.6%,平均单井增产11.3m~3/d,增产增效显著,说明该优化设计方法满足稠油油藏现场实际需求,且具有较好的应用空间和推广前景。
同主题文章[1].冯耀忠. 提高有杆泵井系统效率的途径' [J]. 石油矿场机械.1993.(01)[2].蒋生键,李勇,牛文金. 提高有杆泵井机械采油系统效率技术应用' [J]. 特种油气藏. 2002.(02)[3].周继德. 有杆泵井节能问题探讨' [J]. 中国能源. 1992.(08)[4].刘红磊,李颖,霍刚. 机采参数优化技术及应用' [J]. 胜利油田职工大学学报. 2007.(01)[5].孙庆宇. 有杆泵井机采系统效率影响因素及参数优化设计' [J]. 油气田地面工程. 2004.(06)[6].曾玉强,李晓平,陈礼,鲁小会,王琴. 注蒸汽开发稠油油藏中的井筒热损失分析' [J]. 钻采工艺. 2006.(04)[7].冯耀忠. 改善有杆泵井生产性能的途径' [J]. 石油机械. 2000.(12)[8].李修文,古小红,崔效令. 抽油机井系统效率低效井的分析方法' [J]. 油气井测试. 2002.(04)[9].张维平,吴忠萍. 榆树林油田提高抽油机系统效率矿场试验' [J]. 大庆石油地质与开发. 2003.(05)[10].李云光,王书方,周学文. 一分压注水技术工程实例' [J]. 中国科技信息. 2005.(05)【关键词相关文档搜索】：油气田开发工程; 稠油油藏; 有杆泵; 优化设计; 系统效率【作者相关信息搜索】：大庆石油学院;油气田开发工程;张继红;王亚楠;。
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螺杆泵在套保稠油油田开发中的应用发展
一、螺杆泵举升系统各部分的选择
（二）、抽油杆
抽油杆设计原则是所选用抽油杆 许用扭矩必须大于工作扭矩，并有不 小于20%的安全系数。对于排砂冷采 井，含砂增高时对扭矩影响极其敏感， 含砂超过5%后，驱动扭矩直线上升。 下面是Amoco公司在一口排砂冷采井 测定含砂与驱动扭矩关系图。
《井下作业中捞砂作业管理规定》
套保油田稠油排砂冷采螺杆泵系统的 优化设计技术
第五部分 排砂冷采方式下螺杆泵举升工艺的
应用效果及几点认识
套保油田稠油排砂冷采螺杆泵系统的 优化设计技术
排砂冷采方式下螺杆泵举升工艺的应用效果
套保油田自2000年试验螺杆泵作为稠 油举升的配套设备以来，对选泵、杆管泵 及井下工具的组合有了一套成型的经验， 最终确定采用高携砂螺杆泵作为套保油田 稠油排砂冷采开发的配套举升设备。现场 应用证明，对于含砂体积比30%～40%的 油井，在没有沉砂口袋的情况下也能正常 工作。2003年产能建设54口井全部应用 该技术，取得了成功。
套保油田稠油排砂冷采螺杆泵系统的 优化设计技术
第三部分 排砂冷采方式下螺杆泵井下
工艺管柱的优化
套保油田稠油排砂冷采螺杆泵系统的 优化设计技术
排砂冷采方式下螺杆泵井下工艺管柱的优化
试验初期我们
采用的是常规的管 柱结构，即油管+ 泵+锚定器+定位销 +尾管。
缺点：泵的沉 没度比较低。由于 油层压力低，原油 粘度大且含砂高， 螺杆泵的吸液能力 差，造成泵效低和 尾管内及其入口积 砂，经常发生堵塞。
在生产时可上下调整泵的转速，及时改变泵的排量。
根据以上条件，套保油田排砂冷采使用10m3/d·100rpm、
16 m3/d·100rpm、28 m3/d·100rpm 三种排量的泵，以满足不
同产量井的需要。
套保油田稠油排砂冷采螺杆泵系统的
优化设计技术
螺杆泵在套保稠油油田开发中的应用发展
一、螺杆泵举升系统各部分的选择
排砂冷采方式下螺杆泵井下工艺管柱的优化
套保油田稠油排砂冷采螺杆泵系统的 优化设计技术
排砂冷采方式下螺杆泵井下工艺管柱的优化
第二次改进
是改变油管锚固 方式，选用翻板 式扭力锚，它的 特点是结构简单、 工作可靠、坚固 耐用。
管柱结构是 油管+螺杆泵+定 位销+扭力锚
套保油田稠油排砂冷采螺杆泵系统的 优化设计技术
套保油田稠油排砂冷采螺杆泵系统的 优化设计技术
螺杆泵在套保稠油油田开发中的应用发展
三、地面驱动装置及电控部分
（一）、电机功率设计
电机功率设计主要考虑油井初产时的高
含砂及措施快速提液要求，各部份的消耗功 率如下 ：
15 m3/d·100 r/min时系统功率损耗表
项目
功率损耗(KW)
井口压力
0.054
驱动头
0.56
ห้องสมุดไป่ตู้
环空阻力
0.3
螺杆泵
2.65
合计
3.56
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螺杆泵在套保稠油油田开发中的应用发展
三、地面驱动装置及电控部分
（二）、电控箱
电控箱控制电机的启动、停止， 配备变频调速装置，以满足时常调整 排量的需要，可以精确控制动液面， 保持较大的生产压差，确保排砂冷采 的成功，并具有过载、欠载等异常情 况自动停机保护功能，防止抽油杆断 脱和干磨事故发生。
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螺杆泵在套保稠油油田开发中的应用发展
三、地面驱动装置及电控部分
地面驱动装置将动力传递给井下 泵转子，使转子实现行星运动。主要 包括：电机、传动皮带、减速箱、盘 根盒、电控箱五部分。螺杆泵地面驱 动装置的选择除考虑与井口连接及减 速比等因素外，更重要的是要考虑驱 动头电机功率的承载能力。
排砂冷采方式下螺杆泵井下工艺管柱的优化
第二次改进后存在问题： 一是油井出砂量大，
砂埋泵吸入口： 二是原油粘度高，进
泵阻力大，井下泵的充满 程度低。
解决方案：把普通的 定位销改成侧开槽定位销
套保油田稠油排砂冷采螺杆泵系统的 优化设计技术
第四部分 排砂冷采方式下螺杆泵生产管理
及小修作业管理
套保油田稠油排砂冷采螺杆泵系统的 优化设计技术
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排砂冷采方式下螺杆泵井下工艺管柱的优化
为解决砂堵尾管造成频繁作业 问题，我们对井下管柱进行了第一 次改进，将泵吸入口下在油层底界。 由于支撑卡瓦锚必须下在油层之上， 锚和泵之间用几根油管相连，为防 转脱，将各处丝扣用钢筋焊接。见 下图。
套保油田稠油排砂冷采螺杆泵系统的 优化设计技术
套保油田稠油排砂冷采螺杆泵系统的 优化设计技术
螺杆泵在套保稠油油田开发中的应用发展
一、螺杆泵举升系统各部分的选择
（二）、抽油杆
代入φ22mm和φ25mm两种规格油杆数据， 可算出φ22mm油杆许用扭矩范围为296-592N.m， φ25mm油杆许用扭矩范围为494-988N.m。
据实测，在泵挂350m、产量20t/d、转速 60rpm情况下，含砂为0和30%工况下，井口最 大驱动扭矩分别为158N.m和474Nm。 选择 φ25mm油杆能满足生产需要。实践证明， φ25mm油杆的断脱几率要远底于φ22mm油杆。
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螺杆泵在套保稠油油田开发中的应用发展
一、螺杆泵举升系统各部分的选择
（二）、抽油杆
含砂（%） 扭矩(Nm)
0 380 5 680 10 710 20 1050 30 1140
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螺杆泵在套保稠油油田开发中的应用发展
（五）、光杆
依据生产时扭矩要求和日常管理经常提出转子冲 洗需要，选定φ32mm\10m长的光杆。
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螺杆泵在套保稠油油田开发中的应用发展
二、配套工具
螺杆泵井下配套工具主要有油管扭力锚、抽油杆防脱 器及杆、管扶正器，套保油田油井是浅直井，螺杆泵转速 较低，所以抽油杆防脱器及杆、管扶正器没有使用，现场 没有杆管偏磨及倒转脱扣现象发生。
第一部分 套保油田的基本状况
套保油田稠油排砂冷采螺杆泵系统的 优化设计技术
套保稠油油田的基本状况
一、油田自然状况
套保油田位于吉林省白城市到保乡境内， 西距白城市约20km。长白铁路、公路通过油田， 交通方便。
该油田区域构造位于松辽盆地南部西部斜 坡区中部隆起区的西部缓坡带上，有萨尔图、 葡萄花两套层系，主力油层为萨尔图油层。
（一）、井下泵及管柱部分
1、螺杆泵排量确定
确定排量的原则：
（1）、排砂冷采要求生产压差最好能放到最大；
（2）、根据油井油层性质、排砂冷采试验井的生产情况，预测
排砂冷采井初期产量（套保油田一般为4-35 m3/d）；
（3）、螺杆泵说明书注明：举升扬程400-600米时，泵效为
65%-70%；
（4）、为减轻摩损，螺杆泵一般采用中低转速（50-150rpm），
180
82
1001
混合液举升到地面（米） 385
385
385
385
地面回压（米） 合计
15
15
15
15
421
580
482
1401
注：计算条件：含砂20%（V/V）、粘度3527mPa.s、Φ25mm抽油杆、泵挂350m、沉没度10m、回压0.15MPa。
套保油田稠油排砂冷采螺杆泵系统的 优化设计技术
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螺杆泵在套保稠油油田开发中的应用发展
一、螺杆泵举升系统各部分的选择
（三）、油管
排砂冷采普遍采用φ88.9mm油管与φ25mm油杆配合，目 的是减小管杆环空阻力。
（四）、井口
采用7″简易150型井口，驱动头与井口法兰连接，同时 考虑排砂冷采环空测试的需要，在井口法兰下部设计了偏心 测试头。
一、螺杆泵举升系统各部分的选择
（二）、抽油杆
抽油杆许用扭矩计算公式为：
式中：
TG=·I─P·─Φ─ HP
T —抽油杆井口处许用扭矩，N﹒m；
G —抽油杆剪切弹性模量，8.1×104MPa；
IP —抽油杆截面惯性矩，mm4； HP —泵挂深，m；
(0.5～1)H ф—许用扭矩角 ф=──3─.14── ，rad；
地层内大量砂子的产出是排砂冷采获得较高产量 的关键因素。怎样将砂子安全举升到地面是采油工艺 迫切需要解决的问题。从采油设备上来看，常规活塞 式深井泵在地层产出液含砂较高时，经常发生卡泵现 象。矿场实践表明，螺杆泵能很好地泵送高含砂量、 高黏度原油，调整排量操作简单、精确，适合做为稠 油排砂冷采的配套举升设备。
套保油田稠油排砂冷采 螺杆泵系统的优化设计
技术
2020/11/15
套保油田稠油排砂冷采螺杆泵系统的 优化设计技术
排砂冷采是一项新的稠油开采方式，它除了 要求特定的地质条件外，在举升工艺上要求采用 具有高携砂性能的螺杆泵。吉林油田分公司通过 在套保油田反复试验，总结出了设计应用高携砂 螺杆泵各项技术参数的方法，即泵排量、转速、 扬程、地面驱动功率的优选和油管、油杆、锚定 器等井下工具的合理组合。通过2002〜2003年 现场应用后，本技术充分发挥了油井产能，满足 了排砂冷采的需要。
排砂冷采方式下螺杆泵生产管理及小修作业管理
套保油田在三年多的生产过程中，摸索、总结出了
一些经验作法，初步形成了螺杆泵排砂冷采的八项管理 制度。
《螺杆泵日常管理规程》
《油井管理制度》
8 《新投油井的管理》
项 制
《生产井异常情况的管理》