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摘 要：曙光油田稠油油藏本身胶结程度较差、岩性较疏松，高强度频繁注汽吞吐后，又加速了地层胶结物的破坏，从而造成油井出砂严重。作为治理油井出砂的主要手段的传统防砂技术，在一定程度上会使得油层渗透率降低，因此在地层压力逐年降低的稠油老区应用过程中遇到了砂防住了，油也难产出的问题。针对这一突出矛盾，改变思路，由单纯防砂生产变为防排砂生产，研究应用了新型防排砂泵，有效改善了稠油老区出砂井生产效果，降低了措施投入，取得了良好的经济及社会效益。
关键词：曙光油田；稠油；出砂；机械防排砂
中图分类号：TE358 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）35-0178-01
曙光油田普通稠油于1986年开始投入开发，主要分布在曙一区的沙三段和沙四段，原油密度0.9048～0.9787 g/cm3，原油粘度110.07～28 092 MPa·s。目前已经进入开发中后期，油井出砂严重。造成油井出砂的主要原因主要有以下三个方面：
首先是油藏埋深较浅，压实作用差，储层岩石颗粒以点式接触为主，胶结类型以孔隙式胶结为主，因此胶结程度较差、岩性较疏松。其次多年来的高强度频繁注汽吞吐，使得储层表面受到强烈的洗刷，储架结构受到严重破坏。最后经过锅炉加温后流出的液体PH值为12.5左右。这种碱性介质在高温高压下注入地层，在吞吐过程中，不但改变岩石的润湿性，而且对地层岩石产生渐进的溶蚀作用。随着PH值不断升高，地下深处孔隙水PH值增高，使得Si，Al，Na，K等造岩元素转入溶液，引起物质在分配，导致石英，长石，岩屑和粘土矿物大量溶解，使得井底附近地层的骨架结构遭到严重破坏，从而造成注汽及采油过程中的颗粒运移。油井受出砂影响后，砂埋泵、砂卡泵、泵漏检泵周期短等问题突出，甚至有些油井因出砂严重而无法开采，严重制约曙光普通稠油的开发。
1 传统防砂技术不适应性分析
随着防砂技术不断地趋于完善和成熟，逐步形成了化学防砂和机械防砂两大类。
①机械防砂：常见的机械防砂主要有滤砂管防砂和砾石充填防砂。该类型防砂具有施工简单，作业成本低，易于操作等优点。但是对于曙光稠油老区出砂较为严重，长时间防砂生产后，易造成砂埋管柱或防砂工具被堵塞，需要大修作业处理井筒，使得措施成本增加。
②化学防砂：主要是使用化学药剂把疏松的岩石颗粒或充填到地层的砾石胶结起来，从而形成具有一定强度和渗透率的人工井壁，达到缓解油层出砂的目的。但是化学防砂形成的“人工滤网”在一定程度上会降低油层渗透率。而我厂稠油老区油井普遍存在低压力、高周期、低产能等问题，以杜48块为例：原始地层压力10.8 MPa，目前压力1.02 MPa，总压降9.77 MPa。在实施化学防砂后，地层渗透率的进一步损失，严重影响了油井产能正常发挥。
2 新型防排砂泵
2.1 新型防排砂泵结构组成
新型防排砂泵主要由三部分组成：双筒搅动式沉砂泵、金属割缝筛管、沉砂尾管。如附图1所示。
2.2 新型防排砂泵工作原理
双筒搅动式沉砂泵将传统的柱塞往复运动变成了泵筒上下往复运动，把柱塞总成变成了固定装置。在泵的抽吸过程中泵筒由抽油杆带动上下搅动泵外液体使泵外砂粒不沉淀，入泵流体及砂粒被泵上凡尔挡住不能进入泵筒及柱塞的摩擦副中，柱塞上开有螺旋旋转槽可把流体的直向运动变成旋转运动，可阻止砂粒进入柱塞和泵筒间，从而有效防止砂卡的发生。泵下连接的金属割缝筛管能阻挡较大砂砾进入泵内。沉砂尾管可储存将来自泵上的沉积砂，避免砂埋泵，造成泵工作失效。
3 新型防排砂泵在稠油区块应用可行性分析
曙光普通稠油老区出砂井的特点是油稠、低产。油稠致使原油在地层渗流中对砂粒的携拽能力强。低产致使流体在油管内垂向流速低，液流携砂能力差，粒径相对较大的砂粒会逐渐下沉至泵管底部，最后在泵上堆积卡泵。
新型防排砂泵针对稠油老区出砂特点，进行了以下几方面结构设计优化使其适合老区低产稠油出砂油井应用：
①工作时是泵筒上下往复运动，因此在泵的抽吸过程中泵筒在抽油杆带动下搅动泵外液体使泵外砂粒不沉淀，解决低产稠油井液流携砂能力差的问题。
②入泵流体及砂粒被泵上凡尔挡住不能进入泵筒及柱塞的摩擦副中，有效缓解砂卡问题，同时也避免了砂粒对柱塞和泵筒磨损而引起的泵效降低。
③沉砂尾管对于液流中因自身重力存在而从液流中分离出来的较大砂粒进行储存，防止砂粒在泵上的沉积，解决了生产过程中或临时停井造成砂埋泵问题。
④新型环封式柱塞密集的环形沟槽结构，改变溶液在常规泵的缝隙中只受剪切力作用为三相流动，同时使柱塞与泵筒的接触面积减小，降低它们之间的摩阻，适合稠油粘度高、摩阻大特点。环封式柱塞结构如图2所示。
4 现场应用情况及效果分析
截止2013年底，新型防排砂泵技术累计在曙光油田稠油区块应用实施86井次，投入资金111.8万元。采用防排砂泵技术后，平均延长油井检泵周期95 d，生产效果得到明显改善，与实施化学防砂技术的前一周期对比，措施增产达到8 013.1 t。另外，防排砂泵平均单井措施费仅为1.3万元，而高温固砂等化学防砂单井费用平均3万元，单井即可节约措施费用1.7万元，取得了显著经济和社会效益。
5 结论及下一步打算
①新型防排砂泵结构设计合理，能有效地解决砂卡、砂磨、砂埋的危害，防砂的时候达到保护油层的目的，适合低产、低压的曙光稠油老区块应用。
②新型防排砂泵施工简单、成本低、安全可靠，给稠油老区防砂开辟了新的思路。
③下一步摸索不同区块出砂井的出砂规律，根据区块出砂粒径大小不同，粘度、综合含水的差异，设计不同直径的金属割缝筛管，达到既能过滤地层砂，又不影响深井泵供液能力的目的。
参考文献：
[1] 万仁缚，罗英俊.采油技术手册（第七分册）[M].北京：石油出版社，1994.
[2] 许国民.曙光油田稠油开发技术与实践[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2010，（12）.
[3] 姜东，罗文莉，罗燕，等.等径刮砂柱塞防砂泵的研究与应用[J].石油机械，2011，29（7）.
[4] 乔文彪.动筒式防砂抽油泵在出砂井采油中的应用[J].石油机械，2005，33（7）.
[5] 刘遵权.小排量动筒式防砂泵[J].油气田地面工程，2006，（11）.
关键词：曙光油田；稠油；出砂；机械防排砂
中图分类号：TE358 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）35-0178-01
曙光油田普通稠油于1986年开始投入开发，主要分布在曙一区的沙三段和沙四段，原油密度0.9048～0.9787 g/cm3，原油粘度110.07～28 092 MPa·s。目前已经进入开发中后期，油井出砂严重。造成油井出砂的主要原因主要有以下三个方面：
首先是油藏埋深较浅，压实作用差，储层岩石颗粒以点式接触为主，胶结类型以孔隙式胶结为主，因此胶结程度较差、岩性较疏松。其次多年来的高强度频繁注汽吞吐，使得储层表面受到强烈的洗刷，储架结构受到严重破坏。最后经过锅炉加温后流出的液体PH值为12.5左右。这种碱性介质在高温高压下注入地层，在吞吐过程中，不但改变岩石的润湿性，而且对地层岩石产生渐进的溶蚀作用。随着PH值不断升高，地下深处孔隙水PH值增高，使得Si，Al，Na，K等造岩元素转入溶液，引起物质在分配，导致石英，长石，岩屑和粘土矿物大量溶解，使得井底附近地层的骨架结构遭到严重破坏，从而造成注汽及采油过程中的颗粒运移。油井受出砂影响后，砂埋泵、砂卡泵、泵漏检泵周期短等问题突出，甚至有些油井因出砂严重而无法开采，严重制约曙光普通稠油的开发。
1 传统防砂技术不适应性分析
随着防砂技术不断地趋于完善和成熟，逐步形成了化学防砂和机械防砂两大类。
①机械防砂：常见的机械防砂主要有滤砂管防砂和砾石充填防砂。该类型防砂具有施工简单，作业成本低，易于操作等优点。但是对于曙光稠油老区出砂较为严重，长时间防砂生产后，易造成砂埋管柱或防砂工具被堵塞，需要大修作业处理井筒，使得措施成本增加。
②化学防砂：主要是使用化学药剂把疏松的岩石颗粒或充填到地层的砾石胶结起来，从而形成具有一定强度和渗透率的人工井壁，达到缓解油层出砂的目的。但是化学防砂形成的“人工滤网”在一定程度上会降低油层渗透率。而我厂稠油老区油井普遍存在低压力、高周期、低产能等问题，以杜48块为例：原始地层压力10.8 MPa，目前压力1.02 MPa，总压降9.77 MPa。在实施化学防砂后，地层渗透率的进一步损失，严重影响了油井产能正常发挥。
2 新型防排砂泵
2.1 新型防排砂泵结构组成
新型防排砂泵主要由三部分组成：双筒搅动式沉砂泵、金属割缝筛管、沉砂尾管。如附图1所示。
2.2 新型防排砂泵工作原理
双筒搅动式沉砂泵将传统的柱塞往复运动变成了泵筒上下往复运动，把柱塞总成变成了固定装置。在泵的抽吸过程中泵筒由抽油杆带动上下搅动泵外液体使泵外砂粒不沉淀，入泵流体及砂粒被泵上凡尔挡住不能进入泵筒及柱塞的摩擦副中，柱塞上开有螺旋旋转槽可把流体的直向运动变成旋转运动，可阻止砂粒进入柱塞和泵筒间，从而有效防止砂卡的发生。泵下连接的金属割缝筛管能阻挡较大砂砾进入泵内。沉砂尾管可储存将来自泵上的沉积砂，避免砂埋泵，造成泵工作失效。
3 新型防排砂泵在稠油区块应用可行性分析
曙光普通稠油老区出砂井的特点是油稠、低产。油稠致使原油在地层渗流中对砂粒的携拽能力强。低产致使流体在油管内垂向流速低，液流携砂能力差，粒径相对较大的砂粒会逐渐下沉至泵管底部，最后在泵上堆积卡泵。
新型防排砂泵针对稠油老区出砂特点，进行了以下几方面结构设计优化使其适合老区低产稠油出砂油井应用：
①工作时是泵筒上下往复运动，因此在泵的抽吸过程中泵筒在抽油杆带动下搅动泵外液体使泵外砂粒不沉淀，解决低产稠油井液流携砂能力差的问题。
②入泵流体及砂粒被泵上凡尔挡住不能进入泵筒及柱塞的摩擦副中，有效缓解砂卡问题，同时也避免了砂粒对柱塞和泵筒磨损而引起的泵效降低。
③沉砂尾管对于液流中因自身重力存在而从液流中分离出来的较大砂粒进行储存，防止砂粒在泵上的沉积，解决了生产过程中或临时停井造成砂埋泵问题。
④新型环封式柱塞密集的环形沟槽结构，改变溶液在常规泵的缝隙中只受剪切力作用为三相流动，同时使柱塞与泵筒的接触面积减小，降低它们之间的摩阻，适合稠油粘度高、摩阻大特点。环封式柱塞结构如图2所示。
4 现场应用情况及效果分析
截止2013年底，新型防排砂泵技术累计在曙光油田稠油区块应用实施86井次，投入资金111.8万元。采用防排砂泵技术后，平均延长油井检泵周期95 d，生产效果得到明显改善，与实施化学防砂技术的前一周期对比，措施增产达到8 013.1 t。另外，防排砂泵平均单井措施费仅为1.3万元，而高温固砂等化学防砂单井费用平均3万元，单井即可节约措施费用1.7万元，取得了显著经济和社会效益。
5 结论及下一步打算
①新型防排砂泵结构设计合理，能有效地解决砂卡、砂磨、砂埋的危害，防砂的时候达到保护油层的目的，适合低产、低压的曙光稠油老区块应用。
②新型防排砂泵施工简单、成本低、安全可靠，给稠油老区防砂开辟了新的思路。
③下一步摸索不同区块出砂井的出砂规律，根据区块出砂粒径大小不同，粘度、综合含水的差异，设计不同直径的金属割缝筛管，达到既能过滤地层砂，又不影响深井泵供液能力的目的。
参考文献：
[1] 万仁缚，罗英俊.采油技术手册（第七分册）[M].北京：石油出版社，1994.
[2] 许国民.曙光油田稠油开发技术与实践[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2010，（12）.
[3] 姜东，罗文莉，罗燕，等.等径刮砂柱塞防砂泵的研究与应用[J].石油机械，2011，29（7）.
[4] 乔文彪.动筒式防砂抽油泵在出砂井采油中的应用[J].石油机械，2005，33（7）.
[5] 刘遵权.小排量动筒式防砂泵[J].油气田地面工程，2006，（11）.