超稠油机采井泵下加热泵上伴热一体式降粘举升工艺研究与应用
摘 要：塔河油田为碳酸盐岩超深、超稠油油藏，主要应用掺稀降粘工艺开发，稠油产量的提升完全依赖于稀油的稳定供给。随着开采周期的延长，超稠油机采井数极具增加，掺稀油需求量大幅增长。遵循井筒保温开采的技术理念，在前期自喷井矿物绝缘加热电缆应用成效显著的基础上，研究并应用了超稠油机采井泵下加热-泵上伴热一体式降粘举升工艺技术。先导试验1井次，日节约稀油10.5吨，日增油5吨，泵挂上提758m，日耗电量下降15%。应用结果表明，实现了超稠油机采井全井筒加热保温，提高了稠油入泵温度，降低了粘度，提高了泵效，降低了能耗，为超稠油效益开采提供了新的技术方向。
关键词：塔河油田；超稠油；机采井；泵下加热；泵上伴热；一体式；降粘举升
中图分类号：TE345 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）11-0165-02
塔河油田主要为碳酸盐岩缝洞型稠油油藏，原油粘度平均为45×104mPa.s，油藏埋深5400～7000m，粘温拐点2500～3000m。原油在井底具有很好的流动性，在举升至井筒3000m左右时随着沿程热损失，温度降低，粘度极具增加，主要采用掺入稀油降粘的方式生产[1-2]。塔河稠油具有温度敏感性强、油藏埋深大、井筒举升热损失大的特征，因此提出了井筒加热保温开采的理念，前期在自喷井推广应用了矿物绝缘加热电缆工艺技术[3]，有效解决了稠油在井筒举升过程中，受温度降低、粘度增大而稀油用量增加的难题。但是目前稠油举升主要以机采举升方式为主，因此研究应用了稠油机采井泵下加热-泵上伴热一体式降粘举升工艺技术，通过泵下加热，可有效提高混合液温度，降低入泵粘度，一方面降低了泵下深追溯粘温拐点的限制，可实现上提泵挂改善工况，降低能耗节约采油成本，另一方面弥补了井筒温度损失，降低了井筒摩阻，有效节约稀油用量，提高油井产量。
1 矿物绝缘电缆加热降粘技术应用情况
塔河油田研发应用了矿物绝缘加热电缆技术，该工艺以其加热效率高、故障率低、设备稳定性强、节约稀油率高的优势，在超稠油自喷井进行了推广应用，有效解决了稠油在井筒举升过程中随温度降低，粘度上升导致稀油用量增加的难题。同时进行了配套工艺的升级改进，配套无级调功柜进行目标加热温度的控制，进一步降低了能耗。矿物绝缘加热电缆及其配套工艺的完善，为稠油井加热降粘提供了技术支撑，但是随着稠油开发周期的延长，在自喷井应用范围逐渐缩小，急需要研发应用于机采井的工艺配套技术。
2 一体式降粘举升工艺技术
2.1 设计思路
目前稠油举升主要以机采举升方式（抽稠泵、电潜泵、螺杆泵）为主，由于抽稠泵入泵粘度的需求，泵挂普遍较深，平均在2400m左右，此外泵上至井口沿程热损失较严重，面对此严峻的形式，通过进一步攻关研究，提出了机采井（抽稠泵）泵下加热-泵上伴热一体式降粘举升工艺技术。
泵下高功率电缆加热可降低混合液粘度，降低入泵阻力，提高泵效，上移粘温拐点，为上提泵挂改善工况提供了条件[4]，同时节约了采油设备成本投入，降低了能耗；泵上低功率发热电缆伴热，可补偿沿程热损失，降低混合液粘度，达到节约稀油用量，提高产量的目的。
2.2 设计方法
根据一体式设计的思路，完成和设计了一系列技术措施，经过室内试验与现场论证，应用效果较好。该方法与自喷井矿物绝缘电加热相比，在三方面进行了创新：（1）上下两部分的电缆连接；（2）电缆过泵装置；（3）电缆损伤防护措施。
2.2.1 泵下强功率加热
在泵挂处，通过一种电热转换连接头，将泵下的三芯一体矿物绝缘加热电缆与泵上三根单芯电缆相连，并穿越过泵，悬挂于泵下尾管内，完成对混合液入泵前的加热[5]。利用一种过泵电加热管柱衔接装置（如图1所示），承担加热电缆的悬吊重量。
2.2.2 泵上弱功率伴热
泵上利用三根单芯矿物绝缘加热电缆，绑扎固定在油管外壁，以低电热功率补充井筒散热损失[6]，同时作为动力电缆。为防止在安装组下油管时损伤电缆，在每根油管结箍处安装一种止推式扶正器，如图2所示。
2.3 不同产液量油井适应性分析
为计算该工艺适应的单井产量范围，需计算产液量增加后加热功率的变化情况。在维持该井出液温度不变的情况，根据单位长度井筒散热计算公式：
q=
式中：q—井筒单位长度散热功率，W/m；λ—岩层导热系数，W/m·℃；Ty—油液平均温度，℃；T0—岩层平均温度，℃；D—井筒外径，mm；δ—岩层计算厚度，mm。
从该公式可以看出，井筒散热量与油液温度和岩层温度有关，与井筒产液量无关。在井温不变的情况下，单井产液量增加时，增加的电热功率仅为混合液增加量的升温功率。液体升温功率计算公式为：
P=C·M·ΔT/t
式中：P—被加热液体升温功率，W；C—被加熱液体比热容，J/kg·℃；M—被加热液体质量，kg；ΔT—提升的温度，℃；t—升温时间，s。
因此，在确定了加热功率后，在起始加热点油液温度（粘温拐点）以及目标温度确定的情况下，可计算在此加热功率下，可加热的混合液量范围。换言之，在确定了单井液量和加热温度后，可计算该井需求的加热功率。
3 现场应用情况
该工艺开展先导试验1井次，前期应用70/32抽稠泵，泵挂2204m，平均日产液20.5t，不含水，日掺稀48.1t，平均稀稠比2.35。该井供液能力强，生产中存在的主要问题是混合液粘度大导致稀稠比高，泵挂深载荷高能耗大，因此开展泵下加热泵上伴热一体式降粘举升工艺试验，如表1所示。
试验情况表明：
（1）可优化泵挂，降低能耗，提高机采井系统效率。因加热后可有效上提粘温拐点，实现优化泵挂，该井泵挂上提758m，载荷下降28.3KN，日能耗降低65kW.h。（2）可降低粘度，节约稀油用量。井口温度提升了31℃，稀稠比下降0.6，日绝对节约稀油10.5t。（3）可降低井筒摩阻损失，放大生产压差，增加产量。通过全井筒加热，混合液粘度下降，井筒摩阻损失降低，日产量增加了4.9t。
4 结论与认识
（1）塔河稠油具有温敏性强的特点，井筒保温开采具有明显降粘效果，经过多年的现场实践，电加热降粘工艺是稠油开采的重要的技术方向之一。（2）自喷井应用矿物绝缘电缆加热工艺技术具有明显的节约稀油和增油的效果，在此基础上，攻关研究了泵下加热-泵上伴热一体式举升工艺技术，完成了系统配套，现场试验取得了成功，验证了工艺的可靠性和稳定性。（3）泵下加热-泵上伴热一体式降粘举升工艺技术具有优化泵挂，节约采油成本，降低能耗，降低井筒稠油摩阻，节约稀油用量，增加的产量的效果。（4）泵下加热-泵上伴热一体式举升工艺为稠油机采井高效举升拓宽了技术思路，具有极大的推广应用前景和社会经济效益，后期可逐步攻关在稠油电泵井的应用。
参考文献
[1] 林日亿，李兆敏，等.塔河油田超深井井筒掺稀降粘技术研究[J].石油学报，2006，27（3）：115-119.
[2] 杨亚东，杨兆中，甘振维，等.掺稀采油在塔河油田的应用研究[J].西南石油学院学报，2006，28（6）：53-55.
[3] 程仲富.塔河油田超深超稠油矿物绝缘电缆加热技术研究[J].长江大学学报（自然版），2017，14（21）：32-35.
[4] 杜林辉，梁志艳，等.稠油机采井泵深与掺稀混配点分离设计及应用[J].特种油气藏，2014，21（3）：145-147.
[5] 李正南.井筒电加热技术在稠油开采中的应用[J].石化技术，2018，25（11）：7+131.
[6] 梁宁堂.电伴热及其应用[J].电世界，1998，（9）：6-7.