人工舉升技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

人工舉升技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

一、高經(jīng)濟(jì)效益技術(shù)石油技術(shù)的發(fā)展總是受到石油價(jià)格的控制。油價(jià)較高促進(jìn)石油技術(shù)的提高,帶動(dòng)一批高新技術(shù)的產(chǎn)生和基礎(chǔ)理論研究的突破,油價(jià)較低則制約石油技術(shù)的發(fā)展。此時(shí),以經(jīng)濟(jì)效益為中心,研究開發(fā)實(shí)用技術(shù)成為必然趨勢(shì),而投入較多的高新技術(shù)和基礎(chǔ)理論的研究則受到制約。90年代以來,隨著發(fā)現(xiàn)大型優(yōu)質(zhì)油田的可能性減少,早年投入開發(fā)的老油田也逐步衰竭,加上世界石油價(jià)格不穩(wěn)定且走勢(shì)偏低,首先帶來了一些高經(jīng)濟(jì)效益技術(shù)的發(fā)展。作為石油開采主導(dǎo)的采油工藝技術(shù),近年來受油價(jià)的影響,其基礎(chǔ)研究和高新技術(shù)的研究受到不同程度的制約,但一批新的、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的技術(shù)和成果已經(jīng)轉(zhuǎn)化為了生產(chǎn)力,進(jìn)入了工業(yè)化應(yīng)用階段,并將進(jìn)一步為油田的開發(fā)和發(fā)展提供有力的技術(shù)支持和保證。二、人工晉升技術(shù)在人工舉升技術(shù)方面,無論是地面舉升設(shè)備,還是井下工具,國(guó)外研究的出發(fā)點(diǎn)都是降低采油成本,提高經(jīng)濟(jì)效益而展開的。(一)大型抽油機(jī)、類型作為有桿采油的主要設(shè)備,國(guó)外抽油機(jī)的發(fā)展十分迅猛。近年來,國(guó)外研制和應(yīng)用了自動(dòng)化抽油機(jī)和智能抽油機(jī)。為適應(yīng)各油田不同情況的需要,國(guó)外還研制了相適應(yīng)的抽油機(jī)。例如,低矮型、前置式、緊湊型、無游梁長(zhǎng)沖程等抽油機(jī)能夠適應(yīng)各種自然地理?xiàng)l件的需要;液壓缸式、增大沖程游梁式等抽油機(jī)能夠適應(yīng)高含水、含砂、含石膏、含石蠟等石油抽汲和稠油、低滲透油層的開采;斜井抽油機(jī)、叢式井抽油機(jī)、雙驢頭抽油機(jī)、雙井平衡抽油機(jī)、緊湊型抽油機(jī)等能夠適應(yīng)垂下井、斜井、定向井、叢式井、水平井抽汲的需要;適應(yīng)深井抽汲的大型抽油機(jī)的最大載荷達(dá)到2130kN,最大下泵深度達(dá)到4420m;近年來美國(guó)研制出了沖程長(zhǎng)度為30.48m的超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)以適應(yīng)長(zhǎng)沖程抽油的需要,這是目前世界上最大沖程的抽油機(jī);為節(jié)約動(dòng)力消耗,還研制應(yīng)用了異相型、前置式、大圈式、輪式、玻璃鋼桿、六連桿等新型節(jié)能抽油機(jī)。在有桿泵開采井下工具方面,為提高機(jī)采效益,延長(zhǎng)檢泵周期,國(guó)外研制出了很多配套設(shè)施。例如,加拿大Harbison-Fischer有限公司生產(chǎn)出了一種高排量、高壓縮能力凡爾罩的有桿泵,其液體通過能力比現(xiàn)有凡爾罩高一倍,并能對(duì)液體傳遞螺旋運(yùn)動(dòng),從而延長(zhǎng)凡爾球的使用壽命;得克薩斯州的回聲探測(cè)儀公司和得克薩斯州大學(xué)分別開發(fā)出一種新氣錨,該氣錨在套管內(nèi)偏心,同時(shí)分離器靠在套管壁的一側(cè),這樣確保最低量的游離氣進(jìn)入分離器,從而顯著提高了氣錨的效率;Amoco公司利用碳纖維合成技術(shù)研究而成的抽油桿,可以作為連續(xù)的合成帶狀抽油桿取代常規(guī)柱狀抽油桿,以提高標(biāo)準(zhǔn)游梁式舉升系統(tǒng)的工作性能;Madison工程公司生產(chǎn)的一種抽空控制器,能利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)優(yōu)化油井抽汲工作,不需要測(cè)示功圖而只測(cè)定交流電壓及電機(jī)的電流就能判斷油井抽空情況,并能存儲(chǔ)一個(gè)月的相關(guān)信息,其配套的控制程序能自動(dòng)調(diào)節(jié)停抽時(shí)間間隔以優(yōu)化油井的產(chǎn)量。(二)電機(jī)、電纜保護(hù)技術(shù)近幾年來,電動(dòng)潛油泵及其配件的研制取得了新的進(jìn)展。ESP公司研制的大排量高效電潛泵,可提高機(jī)組在磨蝕條件下的工作特性和延長(zhǎng)運(yùn)行壽命,使其在峰值下的效率達(dá)到70%;俄羅斯設(shè)計(jì)制造的隔膜泵克服了一般的電動(dòng)潛油離心泵在低排量時(shí)效率低的缺點(diǎn)。為了延長(zhǎng)電泵井檢泵周期,研究應(yīng)用了性能優(yōu)良的電壓保護(hù)裝置。如Unico公司生產(chǎn)了一種矢通量控制的變頻控制器,其功率可達(dá)到2.24×104W,性能優(yōu)于普通的脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng),效率高,可完全進(jìn)行電機(jī)保護(hù)和診斷,并可與遙測(cè)裝置和計(jì)算機(jī)配合使用;中原油田與有關(guān)院所合作,研制并推廣使用一種電壓保護(hù)器,該保護(hù)器既能保證瞬時(shí)停電不停機(jī),又能夠吸收電壓波動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)高壓,從而確保了機(jī)組的正常運(yùn)行。對(duì)于電動(dòng)潛油泵的電機(jī)保護(hù)也至關(guān)重要。MSI公司研制出了一種專利型電機(jī)保護(hù)器,該裝置增強(qiáng)了軸的穩(wěn)定性和密封性,能有效阻止井液從腔室頂端進(jìn)入,連接方便;ODI公司研制出了一種新型的電機(jī)密封腔,使用專利型的同心膠囊設(shè)計(jì),一個(gè)膨脹腔就能進(jìn)行三道軸密封,相當(dāng)于三腔密封保護(hù),從而使腔室少且較短,不僅有效地保護(hù)了電機(jī),而且縮短了設(shè)備的長(zhǎng)度,降低了成本。電動(dòng)潛油泵的電纜保護(hù)工藝技術(shù)也是延長(zhǎng)檢泵周期的重要因素。ODI公司開發(fā)出了一種電纜保護(hù)系統(tǒng),該系統(tǒng)使在泵進(jìn)入彎曲井段時(shí)能夠旋轉(zhuǎn)并將電纜線反轉(zhuǎn)繞出曲面,從而避免安裝電潛泵時(shí)連接馬達(dá)的電纜易被“狗腿”井段損壞現(xiàn)象發(fā)生。在電潛泵配套設(shè)備和技術(shù)方面取得了新的突破。Centrilift公司研制了一種含氣井電潛泵輔助元件——旋流分離器,通過使含氣液流“旋流”轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行氣液分離,可用于錐形泵,也可以與另一臺(tái)旋流分離器串聯(lián)使用以提高效率。中原油田目前對(duì)含氣比較大的井推廣使用了雙串分離器,顯著提高了電泵井的油氣分離效果,基本消除了氣體對(duì)機(jī)組的破壞因素。井下油水分離器的成功研制,給老油田帶來了新的活力。它不僅能夠降低污水處理的成本,減少設(shè)備的腐蝕,提高經(jīng)濟(jì)效果,而且其環(huán)保效益非常顯著。因此有人預(yù)言該技術(shù)和三維地震、水平井技術(shù)一樣,將成為石油工業(yè)的一項(xiàng)劃時(shí)代的技術(shù)。我國(guó)東部油田普遍進(jìn)入高含水期,井下油水分離技術(shù)對(duì)于我國(guó)無疑意義更為重大,前景也更光明。(三)其他類型的螺桿泵隨著各國(guó)稠油、含砂、含氣井的數(shù)目越來越多,為滿足油田開采工藝的需要,近十年來,各國(guó)有關(guān)制造廠和公司相繼推出了井下單螺桿抽油泵系列產(chǎn)品,主要以地面驅(qū)動(dòng)、抽油桿傳動(dòng)為主,同時(shí)也生產(chǎn)無桿螺桿泵等產(chǎn)品,在螺桿泵的元件和配套設(shè)備方面也推陳出新。在傳統(tǒng)的地面驅(qū)動(dòng)、抽油桿傳動(dòng)的單螺桿泵的基礎(chǔ)上,近幾年來,國(guó)外還研究出了其他類型的螺桿泵。如路易斯安娜西Monroe的美國(guó)泵系統(tǒng)服務(wù)有限公司生產(chǎn)的多葉片螺桿泵,其設(shè)計(jì)在泵長(zhǎng)度縮短的情況下,可獲得很高的排量,根據(jù)舉升深度,已經(jīng)設(shè)計(jì)出了排量高達(dá)1272m3/d的多葉片泵。與地面驅(qū)動(dòng)、抽油桿傳動(dòng)相對(duì)應(yīng),國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研究出了無桿螺桿泵,如BWM泵公司生產(chǎn)的液潛和電潛馬達(dá)驅(qū)動(dòng)螺桿泵依靠動(dòng)力液和井下電機(jī)以及齒輪減速裝置在井下實(shí)現(xiàn)對(duì)螺桿泵的傳動(dòng)。在螺桿泵的配套設(shè)備方面,Highland公司生產(chǎn)的螺桿泵專用變頻驅(qū)動(dòng)裝置,很容易調(diào)整泵速,無需水力驅(qū)動(dòng)和變換傳動(dòng)帶及滑輪槽輪就可以使其與實(shí)際生產(chǎn)吻合,并可人工調(diào)節(jié)。Bach自動(dòng)泵控制器能夠監(jiān)測(cè)油井的工作情況,并能根據(jù)事先擬訂的程序和油井的狀態(tài)使螺桿泵以最佳速度工作,通過電壓、電流、壓力、效率和動(dòng)液面的高度監(jiān)控抽油系統(tǒng)實(shí)際載荷。當(dāng)實(shí)際載荷變化時(shí),系統(tǒng)調(diào)節(jié)螺桿泵的排量和速度,調(diào)節(jié)量大小由軟件控制,保證了螺桿泵精確、高效地運(yùn)行。螺桿泵開采技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)包括改進(jìn)螺桿泵的選擇性以增強(qiáng)其適應(yīng)性,改進(jìn)螺桿泵性能提高其運(yùn)行和節(jié)能效率,延長(zhǎng)螺桿泵的使用壽命等。(四)氣舉配套工具在氣舉采油技術(shù)方面,主要在氣舉優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件和氣舉井下工具等方面發(fā)展較快。以美國(guó)圖爾薩大學(xué)人工舉升中心為代表研制的氣舉優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件,在設(shè)計(jì)上考慮了氣舉采油的全過程,并將多相流理論研究、井筒內(nèi)溫度分布研究、套管壓力不穩(wěn)定性研究的多項(xiàng)新成果應(yīng)用于軟件之中,使得模型更精確;而且界面更友好,便于氣舉設(shè)計(jì)和分析人員使用。國(guó)外氣舉配套工具已基本形成系列,產(chǎn)品主要有氣舉閥、偏心筒、封隔器、間歇?dú)馀e裝置、柱塞氣舉裝置、洗井裝置等。例如,BST公司生產(chǎn)的適用于小套管井的氣舉閥偏心筒和打撈工具,Dallad公司的Haliburton能源服務(wù)部開發(fā)的油管傳輸電動(dòng)氣舉閥,借助于地面控制設(shè)備和套管柱內(nèi)的金屬電纜可以對(duì)其進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。在氣舉方式上,目前國(guó)外出現(xiàn)了一種噴射氣舉,借助于射流泵將高壓高速氣體從注氣點(diǎn)注入,實(shí)現(xiàn)對(duì)油管內(nèi)液體的舉升。國(guó)內(nèi)從1982年開始比較大規(guī)模地研究氣舉采油,目前基本形成了半閉式氣舉、小油管氣舉、反舉氣舉管柱、投撈式氣舉、柱塞氣舉等配套工藝技術(shù),尤其在氣舉井恒氣量控制技術(shù)、2″油管氣舉采油技術(shù)等方面,中原文東油田取得了進(jìn)展。隨著氣舉采油工藝技術(shù)的不斷完善和油田開發(fā)的不斷深入,還需要進(jìn)一步對(duì)氣舉管柱的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型、氣舉閥及配套工具等方面進(jìn)行不斷的探索研究,以提高氣舉生產(chǎn)的系統(tǒng)效率?？傮w而言,人工舉升技術(shù)向著高效、節(jié)能、自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。三、壓裂液的發(fā)展趨勢(shì)經(jīng)過50多年的發(fā)展,水力壓裂工藝配套技術(shù)(包括壓前地層評(píng)價(jià)技術(shù)、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)及預(yù)測(cè)技術(shù)、裂縫動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)等)得到了進(jìn)一步的完善,高性能壓裂液、高強(qiáng)度支撐劑及其配套的壓裂工具也取得了突破,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:壓裂設(shè)計(jì)軟件從二維模型、擬三維模型發(fā)展到如今的全三維設(shè)計(jì)軟件,并配備專家經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)庫(kù),使其更加完善,更接近實(shí)際,操作更方便。以低傷害為主要特征的壓裂液研制成功并已投入工業(yè)化應(yīng)用。以膠凝劑、交聯(lián)劑、破膠劑三種添加劑為主的壓裂液,現(xiàn)階段開發(fā)的重點(diǎn)是降低成本及劑量,進(jìn)一步提高壓裂液的性能,向著徹底破膠、減少傷害的方向發(fā)展。隨著三種主要添加劑性能的提高,一系列性能優(yōu)良的壓裂液也應(yīng)運(yùn)而生。將來,壓裂液的發(fā)展方向仍以交聯(lián)劑和破膠劑為關(guān)注的熱點(diǎn),尤其是緩交聯(lián)劑和緩破膠劑的研究更引人注目,膠凝劑的發(fā)展主要是開發(fā)合成聚合物膠凝劑。以高強(qiáng)度、低密度為主要特征的支撐劑開發(fā)研究已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用階段。自從采用水力壓裂以來,天然石英砂是首先得到廣泛應(yīng)用的支撐劑,但隨著開發(fā)對(duì)象轉(zhuǎn)向深層、超深層和低滲、致密層的油氣田,70年代后期出現(xiàn)了人造陶粒支撐劑。與石英砂相比,人造陶粒支撐劑有很高的強(qiáng)度,在相同的閉合壓力下具有破碎率低、導(dǎo)流能力高的性能,尤其是在高閉合壓力下仍能提供一定的導(dǎo)流能力。此外,陶粒還具有抗鹽、耐溫等性能。但相比而言,陶粒的密度稍大于石英砂密度,其對(duì)壓裂液性能的要求也比較高,而且其價(jià)格也比石英砂昂貴,所以一段時(shí)間內(nèi),現(xiàn)有的中等和高等強(qiáng)度的支撐劑還不可能完全取代石英砂。在現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下,淺層和低閉合壓力的油氣層,石英砂仍然成為首選的支撐劑,而在中、高閉合壓力的地層或深層、超深層的壓裂中,人造陶粒將成為主導(dǎo)。一些新型壓裂技術(shù)得到應(yīng)用和發(fā)展。由于壓裂液和支撐劑的性能得到改善和提高,使高砂比壓裂和和端部脫砂壓裂成為80年代末期發(fā)展起來的兩項(xiàng)新的壓裂工藝技術(shù)。由于其支撐劑在縫內(nèi)呈多層排列,增加了泄油面積,提高了裂縫導(dǎo)流能力,從而延長(zhǎng)了穩(wěn)產(chǎn)周期,因此它具有明顯的優(yōu)勢(shì)。另外,由于壓裂設(shè)備的更新和向大型化發(fā)展,使得低滲、深層油氣田的壓裂改造和老油田的重復(fù)壓裂改造也向大型化方向發(fā)展。四、深部調(diào)剖技術(shù)注水開發(fā)的油田進(jìn)入高含水,控制含水上升是提高油田開發(fā)效果的重要手段。因此,堵水調(diào)剖技術(shù),作為一種改善的二次采油技術(shù),一直倍受關(guān)注。早在30年代,國(guó)外就開始利用水基水泥和封隔器進(jìn)行分層卡堵水。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,目前化學(xué)調(diào)剖堵水技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了嶄新的階段。在基礎(chǔ)研究方面,國(guó)外許多學(xué)者通過物理模擬的方法對(duì)堵水調(diào)剖的機(jī)理、堵劑的性能和堵劑的選擇性進(jìn)行了研究,得出了許多對(duì)實(shí)踐具有指導(dǎo)意義的結(jié)論。例如,水解聚丙烯酰胺的堵水作用主要表現(xiàn)在親水吸附、動(dòng)力捕集和物理堵塞三個(gè)方面,交聯(lián)聚合物的封堵作用主要表現(xiàn)在物理堵塞上等。在堵水調(diào)剖的數(shù)值模擬方面,國(guó)外也研究出了相應(yīng)的軟件。如哈里伯頓公司的KTROL軟件,可以用來模擬單井堵水調(diào)剖的施工過程,預(yù)測(cè)措施后產(chǎn)液或吸水剖面,優(yōu)選注入量、注入壓力、注入速度等施工參數(shù);這為堵水調(diào)剖方案的制定和操作的科學(xué)化、定量化,以及提高堵水調(diào)剖措施的成功率提供了有力的工具。深部調(diào)剖堵水技術(shù)是國(guó)內(nèi)外正在研究的前緣技術(shù),其機(jī)理是使用不同的方法使注入的化學(xué)調(diào)剖劑進(jìn)入油層深部后堵塞水流通道,使油藏中的液流改向,從而提高波及系數(shù)及原油的采收率。采用該方法可有效解決近井地帶調(diào)剖無法解決的層內(nèi)竄流問題,使調(diào)剖堵水工作邁出了新的一步。目前國(guó)外研制的深部調(diào)剖劑主要有微生物類、沉淀類、凍膠類和膠態(tài)分散凍膠類等。為提高油田采收率,實(shí)現(xiàn)調(diào)剖堵水技術(shù)逐步向三次采油技術(shù)過渡,國(guó)內(nèi)外還廣泛開展了“2+3”調(diào)驅(qū)技術(shù)的研究和應(yīng)用。該項(xiàng)技術(shù)是用聚合物在交聯(lián)劑作用下,形成的以水為連續(xù)相低度交聯(lián)分散體系,該分散體系注入地層以后,通過分子內(nèi)交聯(lián),實(shí)現(xiàn)邊流動(dòng)、邊凝膠、邊封堵,從而降低高滲透層的滲透能力,調(diào)整吸水剖面和水驅(qū)方向,解決層內(nèi)平面矛盾,減緩注入水的指進(jìn)及繞流,擴(kuò)大注入波及體積,提高水驅(qū)效果,其特點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)油層深部調(diào)剖,有效期長(zhǎng),措施成本低,與油層配伍性好,無傷害。目前,在國(guó)外還出現(xiàn)了一種磁性屏障堵水技術(shù),其利用磁場(chǎng)對(duì)近井地帶內(nèi)含磁場(chǎng)活化劑的堵水液的作用,在近井地帶形成一種堵水屏障,形成水力阻力,限制了地層水進(jìn)入生產(chǎn)井。經(jīng)過“八五”和“九五”期間的攻關(guān),在我國(guó)各油田應(yīng)用過的各種堵水調(diào)剖劑約有70種,分為水泥類、無機(jī)鹽沉淀類、水溶性聚合物凍膠類、顆粒型等類型;在堵水調(diào)剖的物理模擬和數(shù)值模擬技術(shù)方面也取得了一定的成果,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用也獲得了較好的效果,尤其在區(qū)塊整體調(diào)剖方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展,并研究出了PI決策技術(shù)和RE、RS優(yōu)化技術(shù),在勝利、大港、中原等油田的幾十個(gè)區(qū)塊的的應(yīng)用中取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益;在深部調(diào)剖技術(shù)方面,國(guó)內(nèi)研制了凍膠類和顆粒類兩種調(diào)剖劑;在“2+3”調(diào)驅(qū)技術(shù)方面,中原油田引進(jìn)試驗(yàn)了PCS驅(qū)油劑和SD驅(qū)油劑技術(shù),近三年在14個(gè)井組上進(jìn)行了PCS和SD兩種驅(qū)油劑驅(qū)油試驗(yàn),累積注入2.36×104m3驅(qū)油劑,累積增油6200t,投入產(chǎn)出比實(shí)現(xiàn)1∶2.5,見到較好效果。與國(guó)外相比,我國(guó)現(xiàn)有的許多堵水調(diào)剖技術(shù)已達(dá)到國(guó)外同期發(fā)展水平,但在施工設(shè)備和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的完善、深部調(diào)剖及其配套工藝技術(shù)上還不完備。今后,在堵水調(diào)剖的數(shù)值模擬技術(shù)、深部調(diào)剖技術(shù)、抗高溫、交聯(lián)時(shí)間長(zhǎng)、適合于高溫深井的堵水調(diào)剖劑的研究方面,有待于完善和提高。五、注氣、聚合物驅(qū)油水平井和分枝井開采技術(shù)是國(guó)外80年代逐漸發(fā)展起來并已工業(yè)化推廣應(yīng)用。提高原油產(chǎn)量和采收率的實(shí)用技術(shù)。該技術(shù)能夠改善二次采油的注水波及效率,由于水平井和分枝井,因此作為一種改善的采油技術(shù)倍受關(guān)注。目前國(guó)外水平井和分枝井開采技術(shù)在油田開發(fā)的許多方面得到了推廣應(yīng)用:例如,在裂縫性油藏中鉆水平井可以提高天然裂縫的鉆遇率,獲得比常規(guī)直井高數(shù)倍的產(chǎn)能;在有底水和氣頂?shù)挠筒刂袘?yīng)用水平井,可以降低水和氣的錐進(jìn)速度,延長(zhǎng)無水采油期,合理利用油層的能量,提高油井的產(chǎn)量和采收率;在注水注氣混相驅(qū)和聚合物驅(qū)中將水平井作為注入井,提高波及體積和驅(qū)油效率;在稠油開采中應(yīng)用水平井提高蒸汽吞吐的周期產(chǎn)量和蒸汽驅(qū)的注氣效率;在城鎮(zhèn)、海洋等地面條件復(fù)雜地區(qū)和環(huán)境敏感地區(qū)應(yīng)用大位移水平井提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度;采用側(cè)鉆水平井用于老油田的挖潛,多底井和分枝井用于開采多油層和薄油層。隨著水平井和分枝井開采技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大,需要對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行不斷的完善和提高。目前,在該技術(shù)的油藏地質(zhì)研究、油藏工程研究、工藝優(yōu)