稠油油田出砂地面实时监测技术

疏松砂岩稠油油田储层岩石强度较低,开发时易导致出砂。为了保持油田长期稳产,需要对油井出砂情况进行实时监测。基于振动信号监测技术,研发了一套适用于稠油油田的实时出砂监测系统,采用非置入式加速度传感器测量砂粒撞击管道产生的振动,通过对信号的滤波、时域分析、频谱分析、功率谱分析,建立信号特征与油井出砂之间的关系,实现对油井出砂量的监测。在实验室内搭建了测试平台,采用柴油、水作为流动介质,分别改变砂粒粒度、含砂量、含水率、流速等条件,对监测系统的能力进行测试。测试结果表明,在流体介质黏度小于250 mPa·s 时,系统能实现对44 μm 砂粒的测量。本监测系统在现场8 口井上进行了试验应用,结果表明,系统监测结果与油井实际生产情况一致性较好。稠油油田出砂地面实时监测技术可用于开发井的出砂监测,有利于提高油田管理效果。     

螺杆泵在稠油出砂井中的应用

本文介绍了螺杆泵采油系统基本结构和工作原理，根据螺杆泵在稠油出砂井中的现场应用，分析了螺杆泵现场应用效果以及现场施工时要求，展现了螺杆泵采油系统在高粘稠油和出砂井等方面良好的现场应用前景。     

稠油出砂冷采激励地层出砂技术

在大量分析研究的基础上确定了稠油出砂冷采成功与否的先决条件，即油层能否大量出砂形成蚯蚓洞网络。在此基础上进行了激励地层出砂技术研究。研究结果表明，大孔径射孔弹平均入口孔径为17．75mm，平均穿深为285．5mm，起爆率、穿孔率达到100％，杵堵率为0；优选出的稠油冷采活化剂具有降粘能力强、洗油率高的优点，在现场实施中取得了较好的效果；大孔径、深穿透、高孔密复合射孔激励地层出砂技术和稠油活化剂诱导地层出砂技术，都具有较好的激励地层出砂和增产效果。     

稠油出砂冷采提高油井产能的机理

分别从砂的流入提高液体流动速度、高渗透区的形成、泡沫油的形成以及降低油井的表皮系数等4个方面对出砂冷采提高油井产能的机理进行了研究,加深了人们对出砂冷采理论基础的了解和认识;同时指出油井产能提高的主要机理和主导油井出砂的因素是随时间不断变化的。     

通过激励出砂提高稠油产量

加拿大许多稠油油藏的产油量奇迹般增加了。这些油藏储层为疏松砂岩，孔隙度约30％，原油粘度一般在500－12000CP之间。而且，矿场实践已经证明，这些油藏中的相当一部分，不管是采用水平井生产还是采用热采方式，都几乎不可能有经济效益。回顾稠油出砂冷采机理及典型油田生产历史后，我们就会明白稠油产量为什么会这样大幅度提高。位于萨斯喀彻温的洛斯兰德（Luseland）油田稠油开发就是一个典型例子。该油田在一个小区域范围内尝试过常规开采、水平井开采和出砂冷采等多种开采方式。结果表明，激励出砂后，日产油量提高了4倍以上，平均采出程度超过11％。稠油出砂冷采之前，该油田进行了多年的常规开采，并开展了一个6口水平井的生产项目。事实上，常规开采处于边际经济状态，水平井开采是失败的。通过对其它几个项目的开采动态分析结果表明，这些稠油油藏出砂冷采井产量与费用昂贵的水平井相当。我们坚信，对油藏条件和岩石物性合适的稠油油藏来说，相对于蒸汽吞吐和水平井开采等方式，出砂冷采技术是最佳选择。     

螺杆泵在稠油出砂井中的应用

东辛油田营十三断块东二段由于油稠、出砂、粘土膨胀堵塞油层等原因，于１９８７年新钻的１２口油井，有１１口投产不成功。曾采取压裂、酸化、防砂和防粘土膨胀等多项新工艺措施，均无效果。１９９４年对该断块油井采取二次射孔、不洗井方法，并运用螺杆泵举升重油新工艺配合金属棉、陶瓷防砂管防砂新技术，使长期停产的营十三断块东二段的６口油井恢复了正常生产，日产油量由原来的１．６吨增加到５１吨，检泵周期由原来的３０天延长到１３５天，截至１９９４年底，累计增产原油６４１８吨。     

油井出砂高频振动信号采集监测系统

油井在生产过程中适度出砂开采可以降低成本、提高开发效率和油井产能。通过室内模拟油井出砂环境实验,研发了一套对油井出砂产生的高频振动信号进行实时监测的系统。该系统通过对不同粒径的砂粒撞击管壁产生的高频振动信号进行时频分析,确定了砂粒撞击管壁产生的振动信号所在的频率段为10 000～20 000 Hz,得到了油井出砂状态下砂粒的振动特征频率,进而获得了不同出砂量与信号时域幅值和自功率谱幅值的关系曲线,实现了对油井出砂量的实时检测,验证了高频振动信号监测油井出砂的可行性。     

气侵对油井出砂的影响

油气两相流动增加了油流阻力，空化气泡的溃灭产生空蚀；油井生产时井眼内遥气柱使地蝇底压力蛎井壁发生剪切破坏的可能性关井时气侵产液使井底压力升高，容易造成井壁的拉伸破坏。所有这些的综合作用，导致了油井出砂量大增。因此无论是进行出砂预测，还是进行预防都有必要考虑气侵的影响。     

稠油出砂侵蚀模型的建立

考虑流体流动对出砂的影响，以连续方程和达西方程为基础，建立了稠油出砂冷采侵蚀模型，并在一维单相不可压缩条件下进行求解。结果表明，连续出砂会大大提高近井地带的孔隙度，从而改善油藏流动特性，提高稠油产量；而产砂量则出现先大幅度增加而后降低并趋于稳定的特征，这与现场实际资料相吻合，证明了该模型的可靠性。此外，一维模型可以用来指导出砂冷采实验，并进行验证。该模型具有很强的发展前景，可以推广到在径向流、两相流以及考虑岩石骨架塑性变形(流固耦合)等情况下的稠油出砂侵蚀模型的研究中。     

稠油油藏蒸汽吞吐井长效防砂技术

为进一步提高稠油蒸汽吞吐井的防砂有效期,从防砂工具、充填材料及充填工艺等方面对长效防砂技术进行了研究。根据充填口重复开关的思路设计了充填工具,并对其密封件的材料进行了优选,研制了长效防砂工具;利用多层覆膜方法研发了耐高温高强度覆膜支撑剂;采用多段塞充填工艺进行施工,形成了稠油油藏蒸汽吞吐井长效防砂技术。长效防砂工具密封件4轮次吞吐试验后,其压缩永久变形率小于55%、抗拉强度8.9 MPa、拉断伸长率102%,能满足蒸汽吞吐井防砂要求;耐高温高强度覆膜支撑剂耐温300 ℃,4轮次吞吐试验后固结强度7.1 MPa、渗透率96 D,完全满足蒸汽吞吐井防砂生产要求;多段塞充填工艺降低了防砂成本及后期处理难度。稠油油藏蒸汽吞吐井长效防砂技术在胜利油田11口井进行了现场应用,平均防砂有效期长达930 d,满足了蒸汽吞吐井对防砂的要求。      

斜井分层采油与防砂联作工艺技术

为满足定向斜井出砂油井分层开采,达到控水增油的目的。在分析国内分层采油和防砂技术的基础上,研制了“悬挂泵+绕丝筛管+Y211-114型封隔器+带绕丝筛管的分流控制器+油管扶正器”管柱组合,形成了斜井分层采油与防砂联作工艺技术。经现场13口油井应用,单井日产油量平均增加3.5 t,含水率平均下降27.8%。     

稠油热采不压井作业工艺管柱

针对稠油井注汽后进行压井作业时压井液容易进入地层,吸收地层热量,降低开采效果的问题,进行了稠油热采不压井作业工艺管柱研究.研制的高温高压井下开关可在注汽时打开注汽通道;油井作业时关闭注汽通道.高温高压井下开关采用捅杆来控制,内部采用弹簧伸缩及轨道销钉在轨道管上滑动来实现机械式反复启闭,密封总成采用耐高温高压的组合式密封,外管通道外设计有防护罩,使注入蒸汽经过防护罩的缓冲再进入油、套环空,有效保护套管.在稠油热采井中采用该工艺管柱,可以在注汽后转抽时避免压井作业,减少作业过程中洗井、压井等工序对地层造成的冷伤害,最大限度地提高蒸汽热利用率,并保护油层和套管,提高稠油油藏蒸汽吞吐效果.     

超稠油井机械堵水新工艺

随着曙光油田超稠油的不断开发,油井频繁注汽,多轮蒸汽吞吐后套坏比较严重,容易在水层附近发生套管破漏出水,同时热力补偿器漏失的油井急剧增加,造成油井大量出水,并向油层倒灌,使油井无法正常生产,甚至被迫关井。由于超稠油原油黏度高的特殊性,采用传统机械堵水工艺后,不能进行掺稀油降黏生产,只能电加热生产,造成采油成本的升高,在生产管理等方面存在较多的困难。针对这一问题展开技术研究,同时对配套的堵水封隔器等工具进行改进,完成了可掺洗式机械堵水采油工艺技术。该工艺在堵水段采用双层管柱结构,堵水后仍可实现油套环空出水段上下连通,达到超稠油油井生产过程中需要掺稀油降黏的要求,解决了以往超稠油出水井堵水后难以正常生产的问题,取得了较好的经济效益,该项技术研究的成功对超稠油出水井的生产开发具有重要意义。     

河南稠油油田油泥砂无害化处理工艺

河南油田稠油油泥砂无害化处理工艺是利用燃煤锅炉焚烧的方式处理油泥砂,即将油泥砂脱黏固化处理后,制作成仿煤燃料,掺入燃煤中,用作燃煤锅炉煤料,在回收利用油泥砂中的石油类物质热量的同时实现对油泥砂的无害化处理;焚烧产生的废气,利用燃煤锅炉的烟气处理一步到位,可确保排放废气达标;废渣按现行的燃煤废渣的处理方式,可用于建材或绿化.     

双空心杆闭式循环技术在稠油井的应用

泾河油田的原油具有高密度、高黏度、高含蜡、高凝点的特点,且各井不同。部分高产井的稠油特征显著,导致油井结蜡严重,抽油机不平衡。进行常规热洗作业,热洗周期短,清蜡剂应用效果差,无法保证油井连续正常生产。双空心杆闭式热循环技术是在空心抽油杆和隔热内管之间建立热载体循环通道,不断循环加热,使稠油井防蜡降黏、改善原油的流动性。在泾河油田稠油井开展先导试验,效果明显,不仅保障了油井的正常生产,而且达到了降低成本、增加效益的目的。     

油砂开发生产井完井管柱设计优化与应用

油砂生产井通常采用两趟完井管柱作业,导致完井工期长,完井费用高。以油砂A区块为例,开展常规生产井完井管柱设计优化和热循环效果评价,提出一种适宜于油砂生产的管柱结构优化设计方案,并在现场3口调整井中试验应用。优化后的生产井完井管柱较常规管柱的实际作业工时下降66%,实际费用下降20%,投产1 a均正常生产,达到预期成果。可为类似油砂区块的完井设计提供借鉴。     

基于EMD的稠油油井出砂信号特征识别

在进行基于振动的稠油油井出砂监测试验中,为更好地识别出砂信号,提高信噪比,准确建立出砂参数与出砂信号间的关系,将经验模态分解(EMD)应用到出砂信号的特征提取中。采用EMD方法将出砂信号分解成固有模态分量,并通过峭度分析和能量分析,在这些分量中得到包含出砂振动信号特征的3个IMF分量。通过对IMF分量进行频域分析,得到出砂信号频域范围。通过室内出砂监测试验,验证了EMD方法对出砂信号特征识别的有效性,为现场出砂监测信号处理提供了一种新的思路。     

微生物清防蜡技术在低产低效井中的应用

冀东油田高尚堡中深层和柳赞深层原油含蜡量高,区块大部分油井属于低产低效油井,井筒结蜡严重,热洗作业频繁,造成地层污染严重,而且清蜡费用高。从20世纪90年代开始,油田逐步采用了微生物清防蜡技术。室内分析和现场监测表明,微生物能够有效降解石蜡,阻止蜡晶生长;抽油机负荷和回压明显降低,减少检泵次数,延长免修期,对油井的正常生产有较好的维护作用。     

油井液液固三相流出砂监测技术研究

通过对油井出砂特征的研究,设计了一套基于高频振动信号监测的稠油油井出砂监测系统。分析了非牛顿流体液液固三相流的流动特性,用Fluent软件模拟出弯管处流体的流动特性,采用ANSYS的LS-DYNA程序进行有限元分析,得到不同速度和不同粒径下的砂粒对管壁产生的应力。为得到出砂监测信号与出砂参数之间的关系,验证出砂监测系统的有效性,在不同参数条件下设计了多组试验,并对其进行对比分析。分析结果表明,在含砂质量分数、砂粒粒径、流体黏度和流体含水质量分数一定的情况下,随流体速度v增大,信号最大时域幅值Y呈二次方形式增长,其拟合函数为:Y=1.372 8v2-6.086 5v+7.094 8;出砂监测功率谱模型为:P=2 800Q+7.9×109D2+35.67v3+1 021η-180lnμ+13。