付亚荣陈明君陈寅生杨中峰尤小虎李思奇

1.中国石油华北油田第五采油厂；2.中国石油华北油田采油工程研究院；3.中国石油华北油田第三采油厂；4.中国石油华北油田经济研究中心

华北油田油藏构造边部稠油冷采方法

付亚荣1陈明君2陈寅生3杨中峰1尤小虎1李思奇4

1.中国石油华北油田第五采油厂；2.中国石油华北油田采油工程研究院；3.中国石油华北油田第三采油厂；4.中国石油华北油田经济研究中心

部署在油藏构造边部稠油井,当50℃下原油黏度达10 000～40 000 mPa·s甚至更大时，难以正常开采。为此对油藏构造边部稠油黏度的控制因素进行了解析，分析了结构黏度、胶质沥青质大分子、Ni、V、N等杂原子含量对稠油黏度的影响；结合影响机理研制了处理油层降黏剂，并通过径向钻井技术的应用，增大油藏构造边部稠油井泄油面积，现场采用螺杆泵配套同轴双空心抽油杆等开采措施，使15口稠油井得以正常开采，为油藏滚动扩边提供了开发资料。

油藏构造边部；稠油；径向钻井；降黏；同轴双空心抽油杆；螺杆泵

相对成熟的稠油热采技术［1-4］，需要大量的投资，且适合于整装的大型油藏；碱驱［5］、聚合物驱［6］、化学降黏［7］、微生物［8］、化学吞吐［9］等稠油冷采技术适用于黏度小于10 000 mPa·s的稠油油藏；国内外常用的稠油出砂冷采［10］要求油层胶结疏松、地层原油中含有一定溶解气、距边底水较远；同时出砂冷采会引起井筒砂埋、地层坍塌、套管挤毁等问题［11］。分布在油藏构造边部的稠油井，或因边底水活跃、或因连通注水井，携带的溶解氧对原油氧化严重［12］，造成黏度异常，10 000～ 40 000 mPa·s稠油冷采难度体现在原油降黏和井筒举升。虽然油藏构造边部稠油中存在结构黏度，黏温关系的拟合度基本符合Arrhenius方程，但其胶体稳定性差。笔者解析了油藏构造边部稠油黏度的控制因素，提出了油层径向水平钻井增大重力泄油面积的思路，发明了含路易士碱的油层处理降黏剂，采用螺杆泵“共轭”同轴双空心抽油杆井筒举升工艺［13］，实现了油藏构造边部稠油井的正常开采。

1 稠油黏度控制因素解析

Analysis on controlling factors of heavy oil viscosity

研究表明：稠油中存在结构黏度，胶质、沥青质大分子之间相互纠缠、聚集，缩合的稠环芳烃结构单元薄片具有超距感应，并不存在截然变化的相界面，超分子结构并不是紧密堆积的［14-15］；环上与链上的Ni、Fe、V、S、N、O杂原子的含量控制分子极性和形成-OH和-NH键的能力，非金属元素S、N、O与过渡金属元素Ni、Fe、V等络合成石油卟啉螯合物［16］，金属卟啉π电子共轭体系与沥青质的高共轭、非定域π电子共轭体系发生π-π缔合作用，形成了Ni、V、N与稠油黏度之间具有很高贡献度的“极性”高黏理论。

2 油层吞吐降黏剂的开发

Development of huff-and-puff viscosity reducing agent

依据稠油中-OH和-NH键极性力作用的规律及结构单元薄片非均匀“载荷”的作用机理；开发了由电荷相反离子的表面活性剂构建Stern层和Zeta电位，形成O/W降黏体系的油层吞吐降黏剂［13］。

2.1 材料与仪器

Material and appliance

吡啶、乙酸乙酯、N-乙基哌啶、四氢呋喃、异丙醇、正丁醇、氢氧化钠、碳酸氢钠为常用化工原料，工业品，石家庄聚业化工有限公司生产；苯乙基苯基聚氧丙基聚氧乙基醚，工业品，旅顺化工厂生产；蓖麻油脂肪酸二乙醇酰胺，工业品，东北石油大学采收率研究所生产；氟碳表面活性剂FN-2，工业品，上海有机化学研究所生产。华北油田XX-15井原油，50℃、9 s-1下黏度46 100 mPa·s。MCR302高级旋转流变仪，奥地利安东帕（中国）有限公司；IKA型原油分散机，艾卡（广州）仪器设备有限公司；DC0515型低温恒温槽，上海衡平仪器仪表厂；DTS-4C型石油密闭脱水仪，山东中石大石仪科技有限公司。

2.2 降黏剂的组分

Composition of viscosity reducing agent

降黏剂各组分质量分数为：吡啶（3.75～4.0）%，N-乙基哌啶（12.5～13.5）%，四氢呋喃（2.5～3.0）%，乙酸乙酯（0.75～1.0）%，异丙醇（15.5～17.5）%，苯乙基苯基聚氧丙基聚氧乙基醚（5.8～6.3）%，蓖麻油脂肪酸二乙醇酰胺（7.5～8.0）%；氟碳表面活性剂FN-2（0.005～0.01）%，氢氧化钠（1.5～1.75）%，碳酸氢钠（1.25～1.5）%，其余为正丁醇，各组分质量分数之和为100%。

2.3 稠油乳状液的制备

Preparation of heavy oil emulsion

采用DTS-4C型石油密闭脱水仪对XX-15井原油样品密闭脱水至含水率为0.5%以下，将降黏剂溶于自来水中配制成（0.5%～1.0）%的降黏剂水溶液，按3∶7的体积比加入盛有脱水原油样品的烧杯中，在50℃恒温水浴中静置2 h，然后用原油分散机在2500 r/min下搅拌15 min，稠油乳状液制备完成。

2.4 降黏率的测定

Measurement of viscosity reduction rate

在50℃下使用流变仪测量稠油乳状液在9 s-1下的黏度，计算降黏率为98%以上，按文献［7］中的方法计算其HLB=16.74，说明降黏剂支持O/W降黏体系，能够满足油藏构造边部稠油油藏油层降黏需要。

3 油层径向钻井

Radial drilling in oil layer

径向钻井是利用高压水射流在一个储层平面钻出长度100 m、直径超过50 mm的多个径向水平井眼［17-18］，增大油井泄油面积；文献［19］中报道了韦5井创造了常规油气井钻出三分支径向水平井眼的国内同类油井井眼数量多的记录；但在油藏构造边部稠油井中未有先例。

3.1 施工准备

Construction preparation

（1）在稠油井内下入由外径89 mm笔尖、外径89 mm加厚油管组成探、冲砂管柱进行探冲砂。

（2）用80℃热水从油管进入套管返出正循环洗井，至到套管返出清水为止，起出探、冲砂管柱。

（3）下入由外径89 mm加厚油管、外径118 mm通井规组合管柱进行通井，通井至人工井底后，起出通井管柱。

（4）下入由外径89 mm加厚油管、GX-T140型刮削器组成的刮削管柱，在需要施工井段刮削5～10次，用2～3倍井筒容积的80℃热水正洗井，起出刮削管柱，检查刮削器并对其情况进行描述。

（5）磁性定位测井；测定套管的接箍位置。

3.2 径向钻井

Radial drilling

（1）下入导向器。下入由外径118 mm导向器、外径为89 mm加厚油管组成的管柱至需要施工井段。管柱结构为：Ø118 mm导向器+扶正器+变扣+Ø89 mm油管×4根+Ø89 mm油管短节×1 m +Ø89 mm油管。

（2）导向器出口深度及方位的校正。导向器出口深度利用磁定位-自然伽马测井仪确定，通井机利用油管短节调节油管深度确保导向器出口位于目标层，误差控制在±0.02 m；并按施工要求调整导向器的方位。

（3）安装连续防喷器。连续油管与稠油井井口保持20 m，在稠油井口安装连续油管防喷器；防喷器安装完成后进行密封性试验合格。

（4）径向钻井。将连续油管从Ø89 mm油管内下入，矫正连续油管前端5 m使其处于矫直状态；喷嘴到达导向器上方15～20 m时，提高泵压至施工设计要求，开始喷射地层作业；适当提高喷射压力，以利于连续油管加速，反复扩孔、划眼。完成第一分支水平井眼后，将喷嘴与导向器分离40 m，关闭高压泵；调整参数进行其他分支径向水平钻井作业；径向水平钻井作业完成后，起出连续油管、施工管柱、导向器。

4 油层稠油降黏和下生产管杆柱

Heavy oil viscosity reduction in oil layer and running in production pipe string

4.1 油层稠油降黏

Heavy oil viscosity reduction in oil layer

下入外径89 mm挤注油层吞吐降黏剂油管管柱至油层底界，根据孔隙度、油层厚度和处理半径，径向钻井长度和径向钻井个数，利用体积法计算降黏剂水溶液的注入量［20］；施工时按计算的注入量将降黏剂配制成0.5%～1.0%的水溶液，用锅炉车将降黏剂水溶液加热至 80～90℃ ，用水泥车将降黏剂水溶液注入井筒 ，然后用热水把井筒内降黏剂水溶液替入地层 ，关井反应 48～60 h，至井口压力为零，放压溢流。

4.2 下生产管杆柱

Running in production pipe string

管柱：Ø89 mm尾管+油管锚+螺杆泵GLB75 -50定子+Ø89 mm油管+油管悬挂器；杆柱：螺杆泵GLB75-50定子+Ø42 mm同轴双空心抽油杆（包括短节）+Ø42 mm同轴双空心光杆+分水器。下入螺杆泵配套同轴双空心抽油杆的生产管杆柱后，油井根据设计运行参数启抽生产。

5 应用情况

Application situation

近3年在华北油田油藏构造边部原油黏度13 900～36 100 mPa·s的15口油井应用，成功率100%，累计生产原油5.39×104t。

典型井例：XX-15井，1999 年 6月 20日完钻，人工井底 2 471.9 m，50℃、9 s-1下黏度46 100 mPa·s，20℃密度 0.997 8 g/cm3，凝固点35℃，含蜡6.72%，胶质沥青61.23%；自2000年开始，曾6次尝试空心螺杆泵配套空心抽油杆旋伴降黏进行试采，均以失败告终。2013年7月在2 355.6～2 359.6 m井段2 357 m、2 371.6～2 377.4 m井段2 373.5 m、2 380.5～2 384.6 m井段2 382 m、2 385.4～2 389.6 m井段2 386.5 m等4处60弧度和330弧度2处径向钻井60～80 m后，对油层进行降黏处理，下入生产管柱，螺杆泵 GLB75-50×1 206.16 m，同轴双空心抽油杆Ø42 mm×1 200 m、短节Ø42 mm×6.16 m；配套Ø89 mm加厚一级油管。循环热水入口温度控制在75～80℃，井口出油温度45～50℃，螺杆泵转速 60 r/ min，日产液 5.6 m3，日产油 5.2 t。

6 结论

Conclusions

径向钻井、油层降黏、螺杆泵举升工艺的综合应用，对于实现油藏构造边部稠油高效开发、达到滚动扩边的目的是可行的。文中是对先进技术的应用尝试，下步将从机理研究、处理剂优化、举升工艺优化等方面作更深入地探讨，为油藏滚动扩边和减缓递减提供更为可信的开发资料。

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（修改稿收到日期 2017-01-20）

〔编辑 薛改珍〕

Cold production method for heavy oil at the structural edge of oil reservoir for Huabei Oilfield

FU Yarong1,CHEN Mingjun2,CHEN Yinsheng3,YANG Zhongfeng1,YOU Xiaohu1,LI Siqi4
1.No.5Oil Production Plant,PetroChina Huabei Oilfield Company,Xinji052360,Hebei,China;
2.Petroleum Production Engineering Research Institute,PetroChina Huabei Oilfield Company,Renqiu062550,Hebei,China;
3.No.3Oil Production Plant,PetroChina Huabei Oilfield Company,Hejian062450,Hebei,China;
4.Economy Research Center,PetroChina Huabei Oilfield Company,Renqiu062550,Hebei,China

In this paper,a series of studies were carried out to guarantee the normal production of heavy oil wells (viscosity of crude oil higher than 10 000-40 000 mPa·s,50℃) at the structural edge of oil reservoirs.First,the factors controlling the viscosity of heavy oil at the structural edge of oil reservoirs were analyzed.Then,some measures were taken.For example,radial drilling is carried out in oil layers,viscosity reducing agent is applied in oil layer,and progressive cavity pump is combined with coaxial dual-hollow rod.As a result,normal production is realized in 15 heavy oil wells.It makes a certain contribution to the natural decline of oil reservoirs and provides the reliable development data for progressive extension of oil reservoirs,as well as the reference for the production of heavy oil at the similar structural edge.

structural edge of oil reservoir;heavy oil;radial drilling;viscosity reduction;coaxial dual-hollow rod;progressive cavity pump

付亚荣，陈明君，陈寅生，杨中峰，尤小虎，李思奇.华北油田油藏构造边部稠油冷采方法［J］.石油钻采工艺，2017，39（2）：244-248.

TE 358

：A

1000-7393（2017）02-0244-05

10.13639/j.odpt.2017.02.021

: FU Yarong,CHEN Mingjun,CHEN Yinsheng,YANG Zhongfeng,YOU Xiaohu,LI Siqi.Cold production method for heavy oil at the structural edge of oil reservoir for Huabei Oilfield［J］.Oil Drilling &Production Technology,2017,39(2): 244-248.

中国石油华北油田科技重大专项“华北油田采油采气工艺技术研究”（编号：2013-HB-Z0807）；中国发明专利：“一种油藏构造边部稠油冷采的方法”（201210585197.0）2016-06-08。

付亚荣（1965-），1987年毕业于重庆石油学校油田应用化学专业，现从事油气田开发技术研究与应用工作，高级工程师。通讯地址：（052360）河北省辛集市华北油田第五采油厂。电话：13932142145。E-mail：cy5_fyr@petrochina.com.cn