＊汪鑫 阮刚

（中海油能源发展股份有限公司工程技术深圳分公司 广东 518064）

螺杆泵是一种容积泵，泵效高，多用于稠油井和含砂油井。测试作业常配合加热电缆及气凝胶隔热管使用，将加热电缆下入抽油杆中进行加热，该工艺有效针对高粘、高胶质、高蜡、高凝固点的原油，达到提高流体温度的目的，从而保障原油的流动性。

水力射流泵是一种特殊类型的水力泵，测试作业中配合连续油管持续泵入加热后的动力液，在射流泵泵芯位置形成负压，将地层流体与动力液混合形成高速流体，随测试管柱返出至地面测试流程，经高效油水分离器，动力液重新回到初始容器，形成闭路。

(1)螺杆泵热采技术在测试中的应用

螺杆泵工作原理：电动机通过驱动装置，使空心抽油杆产生顺时针方向旋转，抽油杆带动井下螺杆泵的转子在定子衬套内做行星运动，转子运动时，吸油密封腔沿轴向吸油端上移，同时形成新的密封腔，其中被吸入的液体随着密封腔的上移，由吸入端移至排出端。密封腔的不断形成、上移和消失，就起到了泵抽作用，将油、砂、水、气一起举升至地面。因属容积式泵，所以解决了砂卡和稠油的难题。泵的排量大小除取决于泵的几何参数外，还取决于泵的转速，因此改变地面驱动装置的转速也可改变泵的排量，从而调节油井的产液量，可以集油管传输射孔、地层测试及螺杆泵排液联合作业工艺于一体。

图1 螺杆泵测试示意图

图2 螺杆举升原理图

热采设计原理：将加热电缆下至空心抽油杆中，将380V/50Hz的三相交流电经整流后变成直流，经逆变电路，变成500～2000Hz的单相电，再经中频变压器隔离后输送到加热电缆。通过加热电缆输送到井内的交直流电流，经抽油杆末端回路器，由抽油杆本体构成回路，回到加热设备。

输出部分采用环形中频变压器，用于隔离输入、输出高压，同时经电容组与控制柜输出相连接，起到隔直作用，防止由于直流偏磁或过励磁产生的磁饱和问题，同时可起到串联谐振的作用。中频变压器为非晶钛材料，导磁率高，工作频率高，自身能量损耗极低，因此整机效率大大提高。

为减少热量在海水及泥线附近位置的损失，在测试管柱中需增加气凝胶隔热管配合使用，保障较高的井筒温度。

2022年10月在南海东部惠州某区块测试井中应用螺杆泵热采技术，顺利自喷求产，该井水深114m，油藏埋深3300m，原油凝固点较高，当加热运行电流为100A时，地面实测井口钻杆温度达到58℃，在求产过程中温度维持较好，创造了利于原油流动的有利条件。

图3 中频变压器

图4 安装螺杆泵井口装置

(2)射流泵热采技术在测试中的应用

射流泵（Jet Pump）又称喷射泵或水力泵，是一种利用湍射流的紊动扩散作用来传递能量和质量的流体机械和混合反应设备。管柱内自循环射流泵是在传统射流泵的基础上与连续油管相配合，实现在测试管柱内进行循环的新型射流泵，能够与传统的APR工具兼容且契合了目前低孔渗测试层下深大，产量低的严苛要求。

管柱内自循环射流泵（以下简称射流泵）的工作是基于能量守衡原理，高压动力液通过喷嘴将其势能（净液柱高度加上地面泵压产生的压力）转化为高速动力流体的动能，能量转换过程中，流体速度增加但压力值减小，由此产生相对于地层压力的“负压值”，可以将地层流体吸入喉管，在喉管内高速动力液与地层流体充分混合，并将其动能传递给地层流体，使地层流体速度增加，到扩散管内，扩散管内流动面积如图5所示逐步增加，随着流动面积的增加，混合流体速度减小但压力增高，其动能重新转化为势能，通过地面泵压的调节和喉管/喷嘴的配比选择可以实现克服净液柱高度的流体举升至地面流程。

图5 射流泵原理示意图

地面处理方案仍沿用传统的地面处理流程为主体，不同的是优化了油水计量与化学注入流程。油水计量仍沿用罐液位计量，通过罐系数与液位差相乘得到流体体积，与泵注流程计量对比即可得到地层流体产量；
化学注入主要有降黏剂，破乳剂和消泡剂三种选项，在注入流程通过化学注入泵进行定量添加。

射流泵同时具备对动力液进行加温的能力为解决低产、高凝点原油求产的难题提供了化学和物理降黏的一体化解决方案。

射流泵下入深度不同，主要将影响射流泵的效率、作业可实施性及排液能力等，因此应综合考虑以下几点影响因素：

①泵在最高效率区间工作要求射流泵在井液中的沉没率在30%以上；

②下入越深，其将井筒中的液体排出越彻底；

③泵下入越深，其运行过程动力液摩阻和混合返出液摩阻越大；

④考虑连续油管最大下深能力。（采用1.5“×4900m/1.75”×4200m连续油管，最大下入至4555m/4000m，上提最大载荷处于1.5"连续油管80%强度安全载荷内，可以满足连续油管携带射流泵在3000m深度坐挂作业安全要求。

工艺流程：

①泵注流程：海水—储水罐—化学注入流程—柱塞泵—地磁加热器—连续油管—试油树清蜡阀。

②返出流程油路：试油树生产阀—挠性软管—油嘴管汇—加热器—分离器—计量罐—储油罐—燃烧臂。

③返排流程水路：试油树生产阀—挠性软管—油嘴管汇—加热器—分离器—计量罐—储油罐—高效油水分离器—储水罐。

④地面泵压力级别：30MPa/55MPa。

⑤动力液选型：1.03S.G海水。

⑥5分离器选型：采用卧式分离器。

图6 射流泵流程示意图

热采设计原理：动力液通过变频电磁加热器实现循环加热效果，利用电磁感应原理，将电能转化为热能，在控制器内由整流电路将50Hz的交流电压变成直流电压，在经过控制电路将直流电压转换成频率为22kHz的高频交流电压。高频交流电压流过缠绕在非金属材料管外的高频导线，高速变化的磁场内部产生的磁力线切割非金属材料管内部的金属容器，产生无数小涡流，通过热量散发系统（如水循环系统），达到加热效果。

2022年4月在南海东部惠州某区块测试井中首次应用，该井水深115m，油藏埋深4000m，属于低孔、低渗储层，且原油凝固点及含蜡较高，地层自身能量较低，使用常规连续油管气举返排或螺杆泵泵排无法实现举升效果，利用水力射流泵热采技术，通过射流泵原理及动力液热循环效果，将井筒难以返排的地层流体带出，成功获取地质资料。

图7 电磁加热原理图

图8 电磁加热示意图

海上油田试油作业中，常用到的人工举升方式为：连续油管气举、螺杆泵，射流泵技术，三种举升方式有着各自的优势及劣势，综合考虑储层物性、原油性质，施工工况等因素，选择最佳的求产方式。

连续油管技术经历几十年的发展，配套的井下工具越来越多样化，作业种类从最初的冲砂、气举到现在的钻井、压裂等，海上油气田开发中大斜度井及水平井越来越多，该技术应用也日益广泛。连续油管作业最大优势是可以带压作业，连续油管在井筒内移动的同时，可泵入液体或气体。在试油作业中，通过气举返排液垫的方式，减小静液柱高度，增大井筒内负压，从而提高地层流体返排至地面流程的效率，也可配合射流泵技术使用。但其内径一般较小，抗拉强度较低，不能旋转。由于连续油管橇较重，因此在海上的使用受到作业设施吊装能力及场地条件的限制。气举泵入的气体为氮气，无法实现井筒升温的效果，注入氮气对地层产生回压，不利于地层液体流向井筒，针对低孔、低渗、地层能量不足、稠油，高凝油的井，不适用连续油管气举技术。

螺杆泵技术是一种容积泵，泵效高，受汽油影响比较小，多用于稠油井和含砂油井，工艺发展较为成熟，工具简单，可配合加热电缆及气凝胶隔热管使用，对于稠油及高凝油返排有非常好的效果，下入深度受扬程影响，目前海上油田泵筒下入深度最深为1400m左右，当转速达到250rpm时，常用螺杆泵排液量最大为180m3/d，适用于低产井，当地层能量不足时，无法确保泵筒位置有相对稳定的沉没度（确保动液面在去除气体影响条件下垂深不小于50m），若长时间没有流体润滑冷却，极易造成转子在定子中干磨，导致胶皮疲劳磨损，甚至被切削成小块卡在抽油杆及管柱间隙中。

射流泵技术是海上油田测试求产中的全新应用，具有产量调节范围广、检泵方便、运转周期长的优点，适用于低含水、高气油比、高温、高含砂和含腐蚀性流体的油井，射流泵举升在喷嘴与喉管处形成负压，吸入地层流体，不对地层产生正向压力，有利于地层液体流向井筒，注入动力液最高温度65℃，而注入氮气温度普遍较低，且气体扩散属于吸热过程，不利于管柱内流体返出流动，初步估算射流泵泵挂深度处井筒温度至少高于连续油管注入深度处井筒温度30℃以上，对于地层产能低、稠油，高凝油具有非常好的效果。但其不适于含水率高的油井，水力射流泵采油需有高压动力液作为举升条件，但举升效率比电潜泵和螺杆泵低。

海上油田测试作业中，不断向深层勘探，稠油及高凝油也不断涌现，针对受温度影响较大的原油，人工举升的工艺也在不断创新引入，根据不同情况选择合适的举升方式尤为重要，选对举升方式，利于现场工程施工的开展，地质资料的求取。

对于地层产能低的稠油及高凝油，更适用射流泵技术，通过动力液热循环将地层流体混合带出，对于地层产能一般达不到自喷条件的稠油及高凝油，更适用于螺杆泵技术，通过加热电缆配合气凝胶隔热管，保障井筒温度恒定，确保了原油不会在井筒中凝固，对比两种加热方式，螺杆泵工艺的热采技术热量损失更小。

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