人工舉升技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

人工舉升技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

一、高經(jīng)濟(jì)效益技術(shù)石油技術(shù)的發(fā)展總是受到石油價格的控制。油價較高促進(jìn)石油技術(shù)的提高,帶動一批高新技術(shù)的產(chǎn)生和基礎(chǔ)理論研究的突破,油價較低則制約石油技術(shù)的發(fā)展。此時,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,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,加上世界石油價格不穩(wěn)定且走勢偏低,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,國外抽油機(jī)的發(fā)展十分迅猛。近年來,國外研制和應(yīng)用了自動化抽油機(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;近年來美國研制出了沖程長度為30.48m的超長沖程抽油機(jī)以適應(yīng)長沖程抽油的需要,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,延長檢泵周期,國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,并能對液體傳遞螺旋運(yùn)動,從而延長凡爾球的使用壽命;得克薩斯州的回聲探測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)字信號處理技術(shù)優(yōu)化油井抽汲工作,不需要測示功圖而只測定交流電壓及電機(jī)的電流就能判斷油井抽空情況,并能存儲一個月的相關(guān)信息,其配套的控制程序能自動調(diào)節(jié)停抽時間間隔以優(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運(yùn)行壽命,使其在峰值下的效率達(dá)到70%;俄羅斯設(shè)計制造的隔膜泵克服了一般的電動潛油離心泵在低排量時效率低的缺點(diǎn)。為了延長電泵井檢泵周期,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,效率高,可完全進(jìn)行電機(jī)保護(hù)和診斷,并可與遙測裝置和計算機(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)器既能保證瞬時停電不停機(jī),又能夠吸收電壓波動時產(chǎn)生的瞬時高壓,從而確保了機(jī)組的正常運(yùn)行。對于電動潛油泵的電機(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,一個膨脹腔就能進(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)備的長度,降低了成本。電動潛油泵的電纜保護(hù)工藝技術(shù)也是延長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)動進(jìn)行氣液分離,可用于錐形泵,也可以與另一臺旋流分離器串聯(lián)使用以提高效率。中原油田目前對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)劃時代的技術(shù)。我國東部油田普遍進(jìn)入高含水期,井下油水分離技術(shù)對于我國無疑意義更為重大,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、抽油桿傳動為主,同時也生產(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、抽油桿傳動的單螺桿泵的基礎(chǔ)上,近幾年來,國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)計在泵長度縮短的情況下,可獲得很高的排量,根據(jù)舉升深度,已經(jīng)設(shè)計出了排量高達(dá)1272m3/d的多葉片泵。與地面驅(qū)動、抽油桿傳動相對應(yīng),國內(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)動螺桿泵依靠動力液和井下電機(jī)以及齒輪減速裝置在井下實(shí)現(xiàn)對螺桿泵的傳動。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)動裝置,很容易調(diào)整泵速,無需水力驅(qū)動和變換傳動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自動泵控制器能夠監(jiān)測油井的工作情況,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,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)計軟件和氣舉井下工具等方面發(fā)展較快。以美國圖爾薩大學(xué)人工舉升中心為代表研制的氣舉優(yōu)化設(shè)計軟件,在設(shè)計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)計和分析人員使用。國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)的金屬電纜可以對其進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。在氣舉方式上,目前國外出現(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)對油管內(nèi)液體的舉升。國內(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)一步對氣舉管柱的優(yōu)化設(shè)計模型、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、自動化、智能化方向發(fā)展。三、壓裂液的發(fā)展趨勢經(jīng)過50多年的發(fā)展,水力壓裂工藝配套技術(shù)(包括壓前地層評價技術(shù)、壓裂優(yōu)化設(shè)計及預(yù)測技術(shù)、裂縫動態(tài)監(jiān)測技術(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)在以下幾個方面:壓裂設(shè)計軟件從二維模型、擬三維模型發(fā)展到如今的全三維設(shè)計軟件,并配備專家經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)庫,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,其對壓裂液性能的要求也比較高,而且其價格也比石英砂昂貴,所以一段時間內(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,從而延長了穩(wěn)產(chǎn)周期,因此它具有明顯的優(yōu)勢。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,國外許多學(xué)者通過物理模擬的方法對堵水調(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、動力捕集和物理堵塞三個方面,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、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,措施成本低,與油層配伍性好,無傷害。目前,在國外還出現(xiàn)了一種磁性屏障堵水技術(shù),其利用磁場對近井地帶內(nèi)含磁場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。與國外相比,我國現(xiàn)有的許多堵水調(diào)剖技術(shù)已達(dá)到國外同期發(fā)展水平,但在施工設(shè)備和監(jiān)測系統(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)時間長、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量動用程度;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)場應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大,需要對該項(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)