空心杆热洗工艺研究及应用

空心杆热洗工艺技术应用 摘  要：针对一厂采用封上采下工艺油井无法进行热洗、加药等日常生产管理的问题，开发应用了空心杆热洗工艺，对于这类油井的清蜡提供了一种有效的技术手段。该工艺通过开发研究井下热洗阀组和地面热洗装置及配套工具，热洗时通过建立空心杆和油管的循环通道，避免了热洗介质污染油层现象的发生，同时解决了油套不通油井日常生产时的清蜡等问题，克服了传统油套反循环热洗清蜡工艺的弊端，提高了热洗效率，提高机械采油井的生产时率，清蜡彻底，并且节约大量热洗介质。目前在一厂成功实施了10井次的热洗工作，取得了一定的效果。 关键词：空心杆、采油工艺、清蜡、无污染洗井 1、前言 热洗清蜡是油井日常维护管理的主要手段之一，对于保障油井的正常生产起到了良好的作用,针对采取封上采下卡堵水的井数不断增加，此类油井由于油套不通，无法进行正常的热洗和加药维护，油井存在蜡卡的隐患。出现问题只能通过检泵解决，这样不仅影响了油井的产量，而且加大了作业成本的投入。 为了解决油套不通井清防蜡的问题，在空心杆电加热采油技术在我厂比较成熟应用基础上，通过引进应用空心杆热洗工艺技术，定期热洗维护，对于防止油井蜡卡，保证了油井开井时率，起到了一定的作用。 2、主要工艺 2.1 工艺原理、流程及配套工具 2.1.1工艺原理 空心杆热洗工艺采取利用一定长度的空心杆（底带洗井阀），和实心抽油杆相连，一起下入井下，在进行热洗时，通过井口洗井接头与地面洗井管线的连接，热洗介质在一定的压力下经空心杆底部洗井单流阀进入油管内，地层产出液与热洗介质在油管内混合，从油管内排出到地面集油管线进入计量站或油罐。 热洗示意图 空心杆 喇叭口 活 塞 单流阀 实心杆 油层 人工井底 图2-1  空心杆热洗工艺原理示意图 2.1.2工艺流程 空心抽油杆热洗清蜡采用正循环结构，利用空心抽油杆、井下单流阀在井中与油管形成的循环通道，对井筒结蜡段进行有效的热洗清蜡，其循环流程如下： 热油车泵组——高压管汇——井口特制三通——空心抽油杆——井下单流阀——井口集油管线——计量间（油罐） 图2-2  空心杆热洗工艺流程示意 2.1.3工艺配套工具 空心抽油杆热洗清蜡工艺配套工具主要包括组井口接头（特制三通）、井下洗井阀、高压软管等组成。 （1）井口接头（特制三通） 图2-3  井口接头 该工具技术关键是承载和旋转密封：承受井下抽油杆重量，抗拉强度σb：793-965MPa；能在井口360度旋转，方便现场操作。同时保证密封性良好，井口承压25MPa。主要作用是连接井下空心杆和地面热洗管线，具有连通、密封等性质，保证热洗介质顺利进入空心杆。 （2）井下洗井阀 图2-4  洗井阀 洗井阀安装在空心杆和实心抽油杆之间，作用是建立空心杆和油管之间的循环通道，该工具主要有两个特点： ①单流功能：井下阀座采用重力单向阀，在井下受井口回压的作用，重力加压力密封，密封性能好。 ②开启压力确定：启动时泵车循环压力较高，与原油物性及下入深度有关，一般在3-16MPa之间。 （3）高压软管 图2-5  高压软管 主要用于井口三通和地面热洗泵车的连接，具有密封、耐高温等性质，承压25-30MPa，能在油井不停抽的情况下进行油井的热洗加药 2.2  空心杆热洗清蜡井筒温度场的计算 从空心杆打入井下单流阀上返井筒至井口的热流体，在井筒内部形成一个正循环，可以假设循环介质无相变的情况下，根据井筒的能量平衡方程可以得出井筒温度场的计算模型： 能量平衡方程为： - = ( - )                         （3-1） - = ( - ) + [ -( + )]       边界条件为： =0 时 = ； = 时  = + = + = 方程的解为： （3-2） （3-3） 式中 与 的值分别为： . 式中， 为地面产出混合液体的水当量， ； 为油层产出液体水当量， ； 为井筒注入液体水当量， ； 为沿井深任一点处注入液体的温度， ； 为沿井深任一点处混合液体的温度， ； 为由井口算起沿井筒的深度， ； 为注入液体在井筒中掺入点深度， ； 为油管内流体与环空中流体之间的传热系数， ； 为环空内流体与地层之间的传热系数， ； 为地表年平均温度(即恒温层温度)， ； 为注入液在地面时的温度， ； 为掺入深度处注入流体的温度， ； 为在掺入深度处油层产出流体的温度， ； 为在掺入深度处混合流体的温度， ； 为地温梯度， / 。 根据井筒温度场计算模型，就可以得出井筒的温度分布（任一点井筒混合液的温度 2.3  空心杆热洗工艺参数的确定 2.3.1 空心杆下入深度的确定 空心杆的下入深度也就是清蜡深度， 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 原则应是超过凝固点和析蜡点深度。可以通过现场测得的结蜡点所在位置得出，也可以通过地层物性参数推算得出下入深度。以我厂堡1块为例，推算空心杆的下入深度。堡1断块地层温度为100 oC，平均地温梯度为3.33 oC /100m，由于堡1断块原油中蜡的初始结晶温度为59-60 oC左右，凝固点为42-43 oC，根据公式计算所需下入深度： L=（T-a）×100/d    （3-4） 式中：L—所需加热深度(m)；a—地面常温；d—该油区的地温梯度(℃/100m)；T—区块原油的拐点温度(℃)。 计算原油的析蜡深度在900-1050m左右，由于蜡的析出还与油流速度、溶解气量等多种因素有关，因此，确定堡1断块终端器的下入深度为900-1000m。 同时根据我厂其他油田区块，作业时发现大部分结蜡段在井口到井深1000m的实际情况，综合这两种依据，在现场我们应用的空心杆下入深度均设计为1000m。 2.3.2 热洗介质、温度、循环排量及总用量的确定 （1）热洗介质的确定 相对于传统的油套循环洗井所选用的介质为原油或地层水，空心杆热洗选用清水作为热洗介质，主要考虑到三个方面的原因： ①水的比热高：相比原油或地层水，由于水的比热容大，相同质量、温度的热洗介质，水的热量更大，熔蜡效果更好。 ②成本低：清水成本较低，来源广泛，易于操作。 ③清洁：采用清水清洁度高，不易出现堵塞空心杆洗井阀的现象。 （2）热洗温度的确定 热洗介质的温度主要根据原油的析蜡温度，硬蜡的熔化温度，以及油井的含蜡量，结蜡量等多方面考虑。石蜡的熔点为一般为49-60℃，根据我厂所取黑蜡样品一般熔点为：50-70℃（除部分特殊井例外），要保证清蜡效果，同时结合空心杆热洗清蜡井筒温度场的计算公式进行精确、细致的核算，最终确定热洗介质温度至少保证在70℃以上，并且温度越高越好。根据现场情况以及洗井车排量，确定热洗温度在80-95℃，经过现场实践证明，效果较好。 （3）热洗排量及总量的确定 热洗循环排量应该在不超过地面设备安全要求的前提下尽可能采用大排量，同时要保证热洗介质的温度，由于空心杆内径（25mm）和洗井单流阀内径（19mm）较小，以及我厂现有洗井车排量情况，现场一般采取一档排量（5-6m3/时），同时保证了热洗介质温度在70℃以上。热洗介质总用量要以热洗清蜡彻底为依据，即要有充足的热洗用量来保证有充分的熔蜡时间。根据我厂长期热洗经验，一般热洗介质用量在循环深度井筒容积的1.5-2倍。以1000m油管体积3m3计算（不考虑空心杆所占体积），为确保热洗效果，我们采取循环3-4周的办法，用量在10-12m3左右，经过现场实践，也取得了较好的效果。 3、现场应用情况及效果分析 2009年先后在富108、周32平1、瓦7-13、真167和陈3-7井等5口井上进行了实施，现场进行了8井次的热洗工作，5次取得了成功，效果较好，另外3次由于洗井阀的堵塞未能开启，无法热洗。 表3-1  空心杆热洗实施情况表 序号 井号 循环 入口温度 循环 出口温度 启动 泵压 正常 泵压 热洗 介质 热洗 用量 热洗 时间 备注 1 富108 85 65 12 7 污水 10.5方 2h 2 82 60 13 8 清水 12方 2.5h 3 80 55 8 5 清水 10方 1.5h   4 周32平1 90 78 8 5 污水 10方 1.5h 5 / / 18 / / / / 单流阀未开启 6 / / 18 / / / / 单流阀未开启 7 陈3-7 76 53 8 6 清水 10方 2h 8 瓦7-13 / / 18 / / / / 单流阀未开启 9 真167   大修未热洗                     3.1  典型井例 （1）富108井2009.2.18洗井， 12MPa建立循环（洗井阀打开），洗井介质为污水，正常洗井6-8MPa，一档排量6m3/h，洗井两个小时，液量10.5m3左右，进口85℃，出口65℃，累计洗井量10.5方。洗井前后电流变化及功图载荷变化都比较明显。 a、洗井前后数据对比 表3-2 富108洗井前后电流数据表 项目 洗井前电流 洗井后电流 上行最大电流[A] 11.30 10.92 上行最小电流[A] 1.30 1.59 上行平均电流[A] 4.34 4.84 下行最大电流[A] 16.37 11.52 下行最小电流[A] 3.50 2.61 下行平均电流[A] 10.87 8.26 电流平衡度 0.69 0.947       图3-1 富108洗井前后电流示意图 洗井后电流由洗井前的16A下降至11A，平衡度也由洗井前的0.69上升到0.947。 b、功图载荷变化 图3-2 富108洗井前后示功图对比 功图最大载荷由59.8KN下降至57.1KN，若考虑空心杆中的0.49方水的重量，则载荷下降59.8-0.49×9.8-57.1=7.5KN。 （2）周32平1井:2009年6月份实施上返措施后，根据生产需要调冲程时出现卡井现象，6.05实施空心杆热洗，压力达到8MPa时单流阀开启，热洗车采取排量： 6m3/h，洗井1.5h，热洗总量约10方，热洗循环压力在5MPa左右，进口90℃，出口78℃，解卡成功，洗井前回压1.1MPa，洗井后回压0.5MPa，热洗前后上下行电流也明显减小。2010年1月12日再次实施空心杆热洗，洗井效果明显。 图4-3  周32平1洗井前后效果图 3.2 热洗失效原因 截止9月，在进行的13次热洗实施中，有3次洗井由于井下洗井阀未打开而失效，分析认为可能有如下原因： （1）作业施工时操作不平稳，造成单流阀失效，原油经过单流阀进入空心杆内部，导致凡尔球无法打开，如瓦7-13井，作业时起出发现空心杆内进油，表明井下单流阀在热洗前已进油，导致失效。 （2）热洗时由于热洗介质不干净，造成井下单流阀失效，如周32平1井第一次热洗时要求用清水，但是由于是用污水罐拉清水，虽然热洗成功，但是给后面洗井造成了困难，可能热洗介质里面的残余油、杂质进入空心杆，导致单流阀堵住，后面两次热洗均未成功 3.3效益分析 以富108井和周32平1、陈3-7井热洗为例，来进行分析：2009年这三口共进行4井次的热洗操作，累计节约污水产出71方，洗井前后对于含水变化基本不影响，根据以往常规洗井用地层水洗井含水恢复期为3-6天来算，间接增油约60t。 表3-3 油井热洗前后效果对比分析表 井号 洗井 前载荷 洗井后载荷 洗井 前后电流 常规 洗井液量 空心杆 洗井液量 富108 59.8/36.8 52.3/36.6 16/12 30方 12方 富108 61.7/38.9 54.6/37.1 21/13 30方 10方 富108 64.6/37.6 62.6/38.6 19/12 30方 10方 周32平1 56.6/32.0 54.2/41.7 14/8 25方 12方             按2009年原油销售均价：3068元/t，成本1090元/t； 2008年一厂机抽井吨液耗电为15.81kw.h，电费为0.88元/ kw.h，每方污水耗电、耗药剂费为0.61元，计算效益： （3068-1090）*60+60*0.61=11.8716万元 以我厂目前有约30口泵带封隔器或插管采油井来说，推广应用此工艺，预计效益明显。30口井按每2个月洗井一次，平均泵挂1800m来算，每口井产量3t来算，一年总共洗井180次，以每口井采用空心杆热洗少用污水25方，累计可减少产水量3960方；由此知因减少产水量累计减少电费、药剂费约10万元。同时由于含水不影响，以常规洗井含水3天恢复来算，间接增油1620t，上述计算不包括在低渗区块的应用预测，如形成成熟配套的的空心杆热洗工艺在低渗区块油井上推广应用，预计收效更大。 4、结论及认识 1、空心杆热洗工艺经过现场证明，对于低渗区块油井，洗井不存在污染，热洗时间短，节约了大量热洗介质，并且保证了油井的生产时率。 2、该工艺解决了泵带封隔器或插管采油井无法洗井以及加药的问题，对于维护这类井的正常生产，延长检泵周期，起到了一定的作用。 3、空心杆热洗工艺存在洗井阀容易出现堵塞的问题，目前在井下杆柱设计中已考虑在洗井阀底部再接两根空心杆，以利于杂质的沉淀；下步同时准备考虑在罐车出口安装滤网，滤除杂质，最大程度避免洗井阀堵塞现象的发生。