稠油井注采一次管柱及配套工艺技术
毕文亮 李建平 王德伟 曹继红
（辽河油田分公司锦州采油厂）
引 言
目前稠油开采方式以蒸汽吞吐为主，其作业施工工序复杂。首先，必需起出生产管柱,下隔热管，注汽之后起出注汽管柱，才能下生产管柱，采用普通管式泵生产。对于需要冲砂、解堵或测试的油井，还需在生产之前再下一趟管柱。这种常规的生产方式造成稠油开采成本居高不下，并且存在着作业工作量大、对油层伤害及井场污染频繁等许多不足之处。为了改变当前这种状况，我们必需应用一种全新的低成本开采技术。稠油井注采一次管柱及配套工艺技术的应用成功给以蒸汽吞吐为主的稠油开采开创新的途径。1999年至2002年辽河油田锦州油田应用该技术
252井次，措施成功率98%以上，取得了较好的应用效果和可观的经济效益。 1 注采一次管柱的研究
通过实践，合理选用注采一次管柱用泵，完成配套工具以及工艺系统
使注采一次管柱工艺配套技术更趋于完善，使之大面积推广应用，并取得较好的应用效果。 1.1 注采一次管柱基本原理
稠油井注采一次管柱的管柱结构（见图1）主要由3寸油管、油管扶正器、杆式泵悬挂器、杆式泵以及井口悬挂器等组成。热采井直接下入一次管柱，在油管注蒸汽的同时，从套管注入定量的氮气，并采取定时补氮的方法，确保氮气的隔热效果。注汽结束后再下杆柱生产。该工艺也可以在油井周期末检泵时下入一次管柱生产，待油井能量不足需要注汽时，上提抽油杆，用悬挂器将杆式泵悬挂在泵上4寸管内（以形成注汽通道）；注汽后，下放抽油杆转抽生产。
图1注采一次管柱基本原理
1.2 注采一次泵的选用
稠油井注采一次管柱及配套工艺技术主要使用普通油管、注采一次泵和氮气隔热来完成。稠油井注采一次管柱的管柱结构（见图1）主要由3寸油管、油管扶正器、悬挂器、泵以及井口悬挂器等组成。该技术应用成功的关键是注采一次泵的选用。初期，我们先后使用了浮球式注采一次泵；空心环流泵以及杆式泵三种泵进行了实验，这三种泵的对比如下： 1.2.1 浮球式注采一次泵
将原普通管式泵固定凡尔换成浮球式固定凡尔总成及完成泵的转换，不仅简便易行，而且可以大大降低成本。浮球式注采一次泵具有以下几个特点：
1
（1）成本低廉，固定凡尔总成1500元/台，配套泄油器1000元/台。 （2）配合普通管式泵使用，结构简单，易于作业施工。 （3）固定凡尔总成检修后可以重复利用。
缺点是注汽后，泵筒内壁及柱塞表面结垢，致使该泵在注汽转抽时难度很大。 1.2.2 空心环流泵
空心环流泵与浮球式注采一次泵相比，应用效果虽然有所改善，但是，因其结构复杂，经过注汽的高温高压以后，破坏了常温下的配合精度，表现在以下两方面： （1）泵的各部件产生热应力有可能出现微量变形。 （2）柱塞表面，泵筒内壁结垢。
注汽后下放柱塞，按其设计压力（5KN）卡簧不能顺利通过导油挡块，至使底阀不能坐封。导致该泵注汽转抽成功率低，不适宜大面积推广。 1.2.3 杆式泵
普通杆式泵内外工作筒之间采用橡胶圈密封，耐温能力差（≤60℃），不能满足注汽要求，因此，我们改进了密封材料及方式，解决了密封件耐温问题（主要技术指标见附表），能够满足注汽后下泵生产。且杆式泵内工作筒可以互换，对一些不需动管柱的油井，可以实现反复多次注汽-转抽，而且检泵时可以将管内的原油泄出，不需安装泄油器。
通过实践，现在的注采一次管柱工艺，我们已全部使用杆式泵作为注采一次管柱用泵且取得了较理想的使用效果和较好的经济效益。 1.3 配套工具 1.3.1 悬挂器
注汽时柱塞必须悬挂在泵筒之上，以形成注汽通道，用悬挂器悬挂抽油杆柱，旋紧悬挂器上盖后，即可连接注汽管线注汽。该作业可以通过使用吊车完成，不需作业队，可节省一次作业费用。 1.3.2 扶正器
油管柱加设扶正器，在注汽时，油管与套管同心，减少热损失，确保环空氮气的隔热效果。
2
1.3.3 井口单流阀
注汽时注汽压力、温度升高，环空氮气膨胀，井口单流阀可以避免氮气回返，以减少热损失以及对地面设备的损坏，尤其在多井同时注汽的情况下，可以避免由于各井环空压力的不同而产生气窜现象。 1.3.4 压力平衡阀
压力平衡阀能够保证在注氮气时，环空氮气具有良好的隔热效果，节省氮气用量，同时它还可以保护地面设施和注氮设备。由于套管内压力受注汽的温度、排量、干度及井深的影响，必须保证压力平衡阀在一定的井深并在其调定的压差下开始工作。使用可调节式的压力平衡阀，确保环空氮气在一定压力下，保证隔热效果，为注氮气提供可靠的技术参数。 2 配套工艺改进 2.1 隔热管柱
实际我们采用普通的油管代替隔热管作为隔热管柱，热采时，将泵座与光油管一起下到设计位置，油套环空注氮隔热，然后从油管中间注入蒸汽，全井不使用隔热管，大大节省了隔热管的周转材料费。 2.2 氮气隔热
由于氮气的导热系数为0.0228N/m.k，具有很强的绝热性。故在稠油热采中，油管注蒸汽、套管注氮气，使注入蒸汽热量损失很小；另外，该工艺还会大大改善套管的力学性能，保护套管，延长其使用寿命。
为确定隔热效果，我们进行了油套环空注氮隔热温度测试。分别选择了普通注汽管柱井与光油管环空注氮井，在注蒸汽时进行套管温度监测。
对比结果表明，该措施采用氮气隔热与普通蒸汽吞吐井的套管温度基本相同（均为240℃左右）。 2.3 注氮设备
稠油井注采一次管柱技术能否推广，注氮设备是一重要环节。移动注氮车可以在各区块灵活使用，需要时可随时搬迁、随时补氮，同时又可以不用专门的注氮调剖管线，使用方便，又节省了投资。 3 稠油井注采一次管柱技术的意义及优越性 3.1 意义
稠油井注采一次管柱，采用氮气调剖隔热技术是稠油转变开发方式的一次有益探索，该工艺可以降低稠油开采
3
成本、节省作业费用、减少因作业造成的油层及井场污染；应用氮气调剖可以调整油层吸汽剖面，增加蒸汽波及体积，提高稠油采收率；氮气隔热保护套管及节省隔热管；减少热量损失，充分利用蒸汽吞吐后原油处于高温低粘状态的有利条件，提高一个注汽周期的采油量。 3.2 技术优越性
（1）可节省起下管柱的作业费用。
（2）稠油井注采一次管柱注氮调剖的开发方式克服了常规蒸汽吞吐时等待作业和因作业耽误有利采油期，影响采油时率的缺点，从而增加油井产量。
（3）该工艺技术采用杆式泵先下管柱注汽，后下杆柱生产，一次转抽成功率最高；能充分利用稠油井蒸汽吞吐后，地层处于高温状态的有利条件，与杆式泵配套，不动管柱直接转抽，并且可以实现反复多次的注汽转抽。
（4）不需压井，避免了油层伤害和井场污染。
（5）注汽后，转抽简单，同时不动管柱可进行冲砂、检泵等作业。节省了大量的作业费用。 （6）检泵时，泵随杆提出，油管内原油泄出，因而起到泄油器的作用。 4 现场应用及效益分析 4.1 现场应用
截止到2002年4月，注采一次管柱及配套技术在锦州油田实施了252井次，成功率98％，减少作业198井次，节约隔热管周转材料153井次，实现注汽转抽98井次，累节约作业费用及隔热管周转材料费用万元。，截止2002年4月，累计增产原油13620吨。其中检泵186井次；热采153井次；采用隔热管注汽后下泵16井次。 4.2 经济效益分析
稠油井注抽一次管柱技术累计实施252井次，成功率98％，累增原油17856吨。节省作业费及隔热管周转材料费824.4万元；共获经济效益万元。详细分析如下： 4.2.1 投入
(1) 杆式泵8000元/台，普通管式泵3000元/台； (2) 配套工具：平均500元/井次 (3) 单井注氮气费用：
4