海洋人工举升工艺技术综述 - 图文

海洋人工举升工艺技术综述

第一节、概述

海上采用的人工举升技术主要包括：电潜泵技术、螺杆泵技术、水力喷射泵技术、气举技术等。下面针对海上油田主要举升工艺，简要介绍如下。 一、 电动潜油离心泵采油技术

电动潜油离心泵，简称电潜泵，是用油管把离心泵和电动机下入井中，把油举升到地面的采油设备。目前，采用电潜泵举或的油井占海上油气井总数的88%。电潜泵是海上主要的人工举升方式。

电潜泵采油系统主要由井下部分、地面部分组成。井下部分由多级离心泵、分离器、保护器、潜油电动机以及动力电缆和引接电缆组成；地面部分包括电潜泵控制柜、变压器、变频器等。

潜油电动机为电泵提供动力，一般使用三相鼠笼式感应电动机，工作原理与其他感应电动机一样。潜油电动机主要由定子、转子、止推轴承及特殊的油循环系统组成。为了保证电动机在较高温度的井下长期运行，电动机内充满了特殊的冷却润滑油，并设有专门的油路循环系统。

保护器的主要作用是防止井液进入电动机，避免短路。 多级离心泵具有外径小（85.5-102mm）、级数多（可达400级）的特点，它的每一级由旋转的叶轮和固定的导壳组成。当叶轮旋转时，在离心力和沿着叶轮圆周切线方向力的共同作用下，使液体产生旋转运动，液体的压能增加，液体经过导壳的流道而被引向下一级叶轮，使液体的压能进一步增加，逐级叠加后，就得到了总压头。

多级离心泵的另一特点是是轴向卸载、径向扶正。由于叶轮的两侧压力不平衡，因而叶轮将产生向推力。为了减小轴向力，各级叶轮上、下均装有止推垫，叶轮压在导壳的止推套上，轴向力通过导壳传递到泵壳体上去。多级离心泵装有启动单流阀和卸油溢流阀，为了防止气体对泵工作的影响，泵的入口处装有特殊的油、气分离装置。

电泵电缆包括动力电缆和引接电缆。动力电费将地面电能传送至井下，从外形上看，有圆电缆和扁电缆两种，由导体、绝缘层、防护钢铠组成；引接电缆用于连接动力电缆和潜油电动机。 二、 螺杆泵采油技术

20世纪20年代中期，法国人勒内莫依诺发明了螺杆泵。20世纪30年代初期，螺杆泵被用作石油工业中的人工举升设备。从20世纪90年代中期，螺杆泵采油系统得到广泛应用。

螺杆泵是一种容积泵，它由两个相互啮合的螺旋组成，即常说的转子和定子。定子是螺杆泵的一个关键部件，并直接影响到井下机组寿命。定子制造质量越高，井下机组寿命就越长。螺杆泵的适应黏度范围为0-2000mPa·s，含砂小于5%，适应环境温度低于120℃。近年来随着高黏度原油的开采和三次采油的发展，螺杆泵采油得到了较大规模的应用。 三、 气举采油技术

当油层能量不足以维持油井自喷时，为使油井继续出油，人为地将天然气压入井底，与油层产出流体在井筒中混合，利用气体的膨胀使井筒中的混合液密度

降低，使原油喷出地面，这种采油方法称为气举采油法。

气举按注气方式可分为连续气举和间歇气举。按下入井中的管柱数量，气举可分为单管气举和多管气举。 四、 水力喷射泵采油

水力喷射泵（又称射流泵）采油是常用的机采方式之一，其不仅在油井采油中应用广泛，而且还用于陆上及海上探井试油、油井排酸及气井排液等。

射流泵的主要工作元件是喷嘴、喉管（又称混合室）和扩散管等。高压动力液由油管进入射流泵，经过喷嘴喷出的动力液吸入喉管。在喉管中，动力液和地层液充分混合后进入扩散管，然后经泵出口进入油套环形空间，从而被举升到地面。射流泵的工作原理是基于能量守恒原理。高压动力液通过喷嘴将其势能转换成高速动力液流的动能。此高速液流具有低的压力，允许井筒内地层流体进入喉管。在喉管内高速动力液与井筒地层液充分混合，并将其动力传递给地层液，使地层液流速增加。到扩散管后，随着流动面积的逐渐增大，混合液流速减小；混合液的动能转换成静压头，此时混合液中的压力足以将其举升到地面。

近些年，海上油气田人工举升工艺取得了许多新技术成果，下面就其中一些重要的技术做一些介绍。

第二节、一些新的举升技术

单井双泵举升技术

为了降低电泵井修井频次，延长单井电泵运转周期，降低油田操作成本，海上油田开发了单井双泵技术： 一、 双泵结构：如图1

图1 油井单泵与双泵生产的示意图

与单泵机组工艺相比，双泵生产系统的复杂性：

1、管柱中增加一个Y接头，用以悬挂另一套电泵机组 2、多一套电泵系统，一般先运转下部电泵机组

3、改造两个位置的双电缆密封穿透装置，包括采油树双电缆穿透装置和过电缆封隔器密封穿透装置。

4、应用双电缆卡子、卡箍工具。 5、研究配套的生产堵塞器。 6、研究配套的测试技术。

作业流程：油井正常生产时，需要先启动下部机组进行生产，投入下部机组的堵塞器，实现下部机组的生产，等到下部机组工作一定时间需要检泵时，将其断电停泵，接着投入上部机组的堵塞器，启动上部机组进行生产，直到上部机组也运行到需要检泵状态，再将整个生产管柱提出地面进行检泵作业。 二、设备改造

1、井口改造 使用双泵生产需要两条独立的动力电缆供电，现有的采油树由于只能允许一条电缆通过，因此必须对现有的采油树进行改造，如图2。

图2 电缆密封安装示意图

图3 采油树的整体改造图（单位:mm）

2、过电缆封隔器改造 现有的过电缆封隔器的横截面（图4）上共有三个孔，分别为：1为排气通道，接放气阀；2为电缆穿越通道，接电缆密封；3为主通道，接油管。

图4 过电缆封隔器的横截面示意图

由于通道2的尺寸空间限制，不能穿越两条电缆，因此设计了如图5所示的三通工具，该工具与过电缆封隔器配合，实现两条电缆穿越过电缆封隔器。三通工具实现原理如下：一根电缆经由过电缆封隔器的通道2穿越，另外一根电缆经由通道1然后经由三通的接口4，最后经接口5穿出，穿出前接口5处有橡胶垫实现电缆的密封，而原接在接口1处的放气阀改接在接口6处。

图5 三通工具

三、现场应用

在完成陆地试验具备海上试验条件的情况下，在BZ34-2/4油田P4、P8井进行了现场试验，双电泵采油生产管柱在工艺上都取得了成功。

同井注采技术

针对目标井油藏地质特点和目标井开发生产要求，通过研制适宜的工艺管柱及配套的井下工具，实现目标井多功能，如在同一井筒中实现同井注气采油、注水采水、采油注水等，使原井的单一注入或单一采出功能多样化。 1、同井单管采水注水技术方案 图6

图6 同井采水注水管柱示意图及标记说明：A——注水流向；B——采水流向；C——采水层系；D——注水层系；1——大直径油管；2——电缆；3——活动接头；4——电泵机组；5——大通径钢管；6——转换分流装置；7——大通径插入密封；8——定位封隔器；9——小直径油管；10——插入密封；11——分层封隔器

工艺原理：在目标井的油、水层段下入分层封隔器进行油、水分层，要注水

的层系和需要采水的层系分开。下入定位封隔器到设计深度，该定位封隔器将原井套管管柱分为上下两个部分：在定位封隔器上部，通过把大排量的电潜泵轩于大通径钢管内部，将采水通道在单管柱内部，而注水通道为大通径钢管外部与套管的环空；在定位封隔器下部，分别建立起与采出层段和注入层段的连通通道。若目标井从上层采水，往下层注入，则需要配备井下分流机构，实现高压注水通道和低压采水通道在采出层段和注入层段的分隔，建立互不干扰的采注通道。

工艺管柱的下入分三步：1、下入悬挂封隔器到预定深度并坐封；2、利用丢手工具下入本工艺管柱中的注水管柱部分，注水管柱到位后丢手；3、下入采水管柱（包括大通径钢管和电泵机组等），采水管柱在井下与先下入的注水管柱对接，形成完整的同井单管注采管柱。因此，本工艺管柱包括两部分：丢手悬挂在封隔器上的注水管柱和悬挂在油管挂上并在井下与注水管柱对接的采水管柱。

该管柱结构设计既考虑了大通径钢管连接螺纹的强度问题，同时也考虑了目标井检泵作业的方便性，将注水管柱和采水管柱分开设计。检泵作业时，只需提出采水管柱实现电泵机组的检修，而不需起出井下的注水管柱，这样大大减少了目标井将来修井的难度和工作量。

2、同井采油注气／注水工艺技术方案 如图7

图7 同井采油注气/注水工艺系统的结构示意图

同井采油注气注水工艺技术就是在同一口井中，针对不同层段，在保证生产井正常生产的情况下，实现原油的采出和油田生产伴生气／其他气源／注入水的注入，达到一井多用的目的。

同井采油注气注水工艺技术的关键之处就是在一套工艺管柱中建立起三个相关介质的通道：注水／注气通道，采油通道和电潜泵井采油井筒放气通道，只有这三通道的建立才能保证油井的正常采油生产和注气／注水。

同井采油注气／注水工艺技术原理，采用了特殊Ｙ接头管柱和配套的井下专用工具实现同井的采油注水／注气。利用特殊Ｙ接头，在该接头上、下两端分别建立两个通道。下端建立起一个通道悬挂电潜泵实现向上采油，一个通道实现向下注气／注水；Ｙ接头上面建立两个通道：一个通道向上出油，另一个通道向下注气／注水。两个通道与套管的环空，作为采油的排气的排气通道。这样就实现了同井注气采油工艺。

工艺管柱实施步骤，先下入下部的分层油层保护管柱，采用液压丢手工具，先将这部分管柱丢到井下，再下入电泵和特殊Ｙ接头管柱，然后再插入注气管柱，完井，投产。

杆驱螺杆泵举升技术 杆驱螺杆泵如图8所示。

图8 杆驱螺杆泵示意图

解决了杆在斜井中的寿命和地面驱动装置的安全性两大技术难题，形成了完整的工艺及配套技术，实现了“低转速、低能耗、大斜度、高泵效、长寿命”的目标。为渤海油田中小产量、稠油、出砂井提供了一种有效的人工举升方式。取

得了以下几个方面的突破性进展：

抽油杆：海上油田多为大斜度井，抽油杆在工作时承受拉、弯、扭作用力的复合作用。选用了更适合于斜井的H级高强度连续抽油杆代替普通抽油杆。开发了连续杆专用的油管式扶正器。设计加工了海上油田的高压地面驱动器：采用双端面机械密封结构，外围平衡装置，耐压等级高，可达10MPa；无泄漏，无污染；优质机油润滑代替原油润滑，防气防杂质。专用井口安全阀，井口耐压等级达到21 MPa，当压力超过设定什时自动停泵关断，安全可靠。采用2：3结构旋弦线单螺杆泵，排量大，扬程高，效率高，偏心距小，离心力小，启动扭矩小，不易自锁。

该杆驱螺杆泵系统在渤海油田NB35-2稠油区块取得成功应用。泵平均容积效率98%。

非常规气举技术

一． 滑套分离套加装固定气嘴的非常规气举技术

针对双管采油油井，通过将长管与短管循环通道打开，并将连通滑套的分离套改造加装并下固定气罐，实现短管注水、长管采油的一种非常规气举方式。如图9所示。

图9 双管管柱示意图

由于固定气罐将坐入滑套，采用与滑套配合使用的分离套进行改制是最佳选择。分离套是贝克公司设计生产的。用于滑套失灵时使用的一种井下工具，常规的钢丝作业可进行该工具的坐捞工作。这样可保证固定油嘴与滑套的匹配。只需在分离套上按设计的气嘴数量，分布加工气嘴座，再将加工好的气嘴装在气嘴座上，井下固定气嘴便可下井使用。

气嘴的大小、分布直接影响到气举的成败。在针对试验井情况，技术人员在

分离套上加工八个8mm的螺丝孔（气嘴座），并呈S形分布，然后加工一定数量的各种规格的气嘴用于调整气举的气量，如图10所示，从而实现了试验井成功气举复产。

图10 2.75in滑套及井下固定气嘴示意图

二． 油管壁打孔气举采油技术

油管壁打孔试验思路源于气举排水工艺，孔眼作用相当于简易气举阀，如图11所示。

图11 冲孔气举示意图

在井下电缆射孔工艺可实施的情况下，在静液面深度以下、环空封隔器以上冲孔，注入高压气到油管，与油管内井液混合，在注气过程中不断降低井流物密度，从而降低井底流压。

通过气举阀阀孔的气体流量一般为非临界流动状态，对冲孔位置，孔眼直径进行计算。

除了以上介绍的几种新技术外，还有气举电潜泵联合采油技术、气井连续排水采气技术等。

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