海上探井特稠油熱采測試技術研究及應用

譚忠健 許 兵 馮衛華 文 權 周寶鎖 楊岐年 施 洋

（1．中海石油（中國）有限公司天津分公司； 2．中海油田服務股份有限公司；3．中海油能源發展股份有限公司監督監理技術分公司）

海上探井特稠油熱采測試技術研究及應用

譚忠健1許 兵1馮衛華1文 權2周寶鎖1楊岐年1施 洋3

（1．中海石油（中國）有限公司天津分公司； 2．中海油田服務股份有限公司；3．中海油能源發展股份有限公司監督監理技術分公司）

針對渤海PLA－2特稠油油藏測試目的層儲層疏松、油稠的特點以及鉆井平臺的作業條件，開展了注熱工藝、注熱參數優化、測試管柱優化等方面的研究，形成了一套探井特稠油熱采測試技術，并實踐獲得成功，實現了低成本、高時效并真實地認識特稠油油藏。多元熱流體熱采測試技術的成功應用，為海上特稠油油田探井測試開辟了新思路。

渤海 探井 特稠油 油藏 多元熱流體熱采測試

隨著油氣勘探開發的深入，在渤海海域逐漸發現了較大規模的特稠油油藏，但對于此類油藏進行常規測試效果不理想。特稠油油藏油層淺，溫度低，原油粘度大、流動性差，測試時原油從地層流向井筒比較困難；另外，原油在沿井筒向上流動的過程中，由于地層低溫帶及海水流動會攜走熱量，導致原油溫度下降，原油粘度顯著增加，逐漸失去流動性；這些均致使常規試油作業不能順利進行，難以獲取勘探井的產能、地層原油樣品、地層壓力溫度等資料，最終影響到整個勘探區塊的儲量不能得到準確的評估，給后續的開發造成困難。因此，如何選擇合適的技術，在滿足海洋測試高時效、低成本要求的前提下通過測試評價手段獲得產能，使特稠油的地質發現轉變為商業性油氣發現，是一個巨大的挑戰。

1 PLA－2特稠油油藏測試評價作業難點

PLA特稠油油田油藏埋藏淺，測試時出砂嚴重，50℃時原油密度為977．8 kg／m3、粘度為11 313 mPa·s，且原油膠質瀝青質含量高、流動性極差。由于油稠，原油依靠自身能量無法從地層流入井筒，因此單純利用井筒舉升技術如氣舉、螺桿泵抽等無法獲取產能，而熱采測試作業存在以下問題，一是由于受甲板空間以及平臺吊車吊卸能力的限制，利用大型設備在鉆井平臺上進行作業難度大；二是勘探測試受制于作業時間短及成本控制的自身特點，也不適合進行延長測試性質的試生產。目前在特稠油、稠油油藏開發生產方面多采用熱采技術1），但對于探井，特別是在海上探井進行熱采測試尚無先例。因此針對PLA－2油藏評價進行了熱采設備選擇、熱采設備在鉆井平臺上的合理擺放設計、熱采測試規模（包括注采參數優化）等方面的研究，以及與熱采作業配套的井下管柱的優化研究。

2 適合鉆井平臺作業的熱采設備選擇研究

目前國內陸地油田稠油熱采主要利用蒸汽鍋爐［1］，普遍采用的是“亞臨界小容量直流鍋爐”。此類鍋爐對用水有著嚴格的標準，Ca2＋、Mg2＋含量高容易造成鍋爐結垢、積鹽和腐蝕等危害，致使爐管傳熱能力降低，造成管壁過熱使其強度降低，從而影響鍋爐正常工作；更主要的是蒸汽鍋爐體積大、重量大，遠遠超出了鉆井平臺甲板面積和平臺吊車吊裝的承受能力，無法滿足海上作業要求。如果采用拖輪改造成熱采船的作業模式，可以將所有熱采設備擺放在船上，但這樣作業存在準備周期長、費用高、受海況限制等缺點。若想實現低成本熱采，就必須在海洋鉆井平臺上作業，否則難以控制作業成本和時效；但在鉆井平臺熱采存在甲板面積有限的瓶頸問題，通常測試作業設備就會占滿甲板面積（圖1），更何況大體積的蒸汽鍋爐，設備擺放存在困難。

通過調研對比研究，認為利用多元熱流體熱采技術在鉆井平臺進行熱采作業具備可行性。多元熱流體熱采設備包括：水處理裝置、多元熱流體發生器、空壓機、膜分離制氮機、氮氣增壓機等。該套設備具備以下主要特點：①占地面積小、重量輕、移動靈活方便，基本滿足平臺的吊裝和擺放；②注入溫度可調（120～350℃），增產機理多元化，協同效應強，增產效果更為理想；③能耗小（每產生1 t氣體的能耗只有蒸汽鍋爐的一半）、熱效率高（在同等的注入溫度和注入水量的情況下，多元熱流體所攜帶的能量為常規蒸汽的1．1倍），更節能減排；④多元熱流體發生器采用全封閉性燃燒系統，無明火隱患，特別適用于海上平臺；⑤多元熱流體發生器不同于蒸汽發生器有煙道氣排放，而是將產生的水蒸氣與煙道氣一同注入到油層，可以減少二氧化碳及微量燃燒不充分產生物質的排放，有益于環保。

圖1 鉆井平臺常規測試設備擺放示意圖

根據熱采技術的優勢，再根據測試規模大小以能滿足作業基本要求為原則選擇設備，統一布局熱采設備和常規測試設備，合理設計設備的擺放位置，能暫時不上平臺的就不上平臺，并通過對滑道空間的合理利用，做到了有限空間最大化利用，解決了鉆井平臺甲板設備擺放問題（圖2）。

圖2 鉆井平臺熱采測試設備擺放示意圖

3 熱采測試注熱參數優化研究

為了保證多元熱流體熱采測試作業效果，作業前采用數值模擬技術，盡量多的采用鄰井和相似稠油油田油藏有關數據，對多元熱流體測試注熱參數進行分析、優化，最終優選了適合作業井注熱規模的一組注熱參數，并結合探井測試作業特點，對注入溫度、注入量、燜井時間等注熱參數進行了優化。

數值模擬結果表明：在相同的注入速度下，隨著注入溫度的升高，油井初期產量逐漸增加（圖3）；在相同的注入溫度下，油井初期產能隨著注入量的增加而增加（圖4）；累積產油量并非隨著燜井時間的增長而一直增加（圖5）。因此認為，在工藝允許條件下應盡可能提高注入溫度，以獲得較高的初期產能；在施工能力與作業規模范圍內，應最大限度提高注入量；對于擠注熱流體采油，合理的燜井時間能最大限度地提高熱利用率，燜井時間太短，熱流體不能充分加熱油層，燜井時間太長，又會增大向頂底蓋層的熱損失，燜井時間應以最大限度地利用熱效應，從而提高熱利用率為原則（圖5）。

圖3 PLA－1稠油油藏注入溫度優化數值模擬結果（注入速度均為7 t／h）

圖4 PLA－1稠油油藏注入量優化數值模擬結果（注入溫度均為200℃）

圖5 PLA－1稠油油藏燜井時間優化數值模擬結果

4 施工管柱優化

4．1 注熱管柱優化

熱采作業注熱過程中多元熱流體溫度高、壓力高，因此要求井下管柱具有承受高溫、高壓以及隔熱的能力［2］。根據套管尺寸大小及對井下管柱的耐溫、隔熱要求，最后選擇了114．3 mm BCSG隔熱油管。此外，為了使多元熱流體在井筒中的熱散失最小化，還采用了氮氣隔熱伴注技術，即在套管與隔熱油管環空連續注入氮氣，二次阻隔多元熱流體在井筒中的熱量散失［3］。確定施工管柱為“114．3 mm BCSG引鞋＋114．3 mm BCSG倒角隔熱油管＋雙公短節＋隔熱油管掛”組合，管柱簡單，工具少，在滿足功能需要的前提下提高了熱采作業的安全性。

4．2 測試管柱優化

合理的測試管柱是關系測試成功與否的關鍵。在PLA－1稠油油藏既要保證管柱在井下的適應性，同時也要保證井下管柱作業的可靠性、經濟性。通過優化設計，測試作業采用了防砂泵抽保溫一體化管柱。在測試管柱上部下入保溫管，利用保溫管的隔熱性能，減少原油向地層的散熱，以保持原油的流動性。在保溫管的下部下入螺桿泵定子，當井內流體自噴時，不需下入轉子，地層流體直接通過定子空間流到地面進行測試；當井內流體不能自噴時，下入螺桿泵轉子即可啟動驅動裝置排液，這種地面驅動螺桿泵能滿足自噴、非自噴2種作業工況，增加了管柱井下功能并提高了經濟性。螺桿泵定子為高性能塑膠，與其他類型的泵相比，螺桿泵具有相對強的攜砂能力。但是，對于埋深較淺、地層壓實差、出砂非常嚴重的PLA－1油藏來說，盡管螺桿泵具有一定的攜砂能力，也還須加強防砂才行。為了取得更好的求產效果，對渤海探井作業中經常使用的優質篩管［4］進行了改造，根據復合滲壁、滲流排砂、二階濾砂等設計原理，采取了“減少篩布層數、增大過濾面積、允許部分細砂能夠通過篩管進入井筒”的措施，以避免油、砂“糊死”在篩管上。改造后的優質篩管具有了更好的彈性“自潔”能力，能破壞泥砂淤塞，解決了高含泥淺層疏松砂巖稠油環境測試堵塞問題。

在改造優質篩管的同時，還打破傳統作業模式，對篩管位置進行優化，改變了將篩管置于射孔段之上的做法，而是把篩管對準射孔層段，使地層砂在地層與優質篩管之間形成砂橋（圖6），獲得了“以砂防砂”的效果，有效阻止了地層的后續出砂。這一創新思路及其實施，為簡易防砂熱采作業獲得成功提供了保障。

圖6 砂橋示意圖

5 PLA－2特稠油油藏熱采測試技術實踐

2000年4 月Phillips石油公司在渤海合作區內PLA區塊鉆探了PLA－1井，發現了數十米油層，由于油稠，測試未獲得產能。2009年，中國海洋石油有限公司獲得該區塊的勘探權益后，積極探索新工藝，鉆探PLA－2井累計發現油層約160 m，選擇新近系A組和B組疏松砂巖油層為測試目的層進行多元熱流體吞吐測試作業，其中A組測試層射孔7 m，B組測試層射孔15 m。

5．1 測試作業實踐

PLA－2井A、B組油層均分別進行了常規測試和熱采測試。

（1）常規測試

首先組合復合射孔管柱下井進行射孔作業，之后下APR＋PCP測試管柱進行螺桿泵泵抽作業獲取地層產能，其中在測試管柱內底部下入防砂管防砂，在管柱上部下入保溫管防止流體在上升過程中散失熱量，最大程度保持了地層原油溫度。測試管柱組合：防砂管＋封隔器＋安全接頭＋震擊器＋液壓旁通＋壓力計＋RD取樣閥＋LPR－N測試閥＋JJ－1＋泄壓閥＋OMNI閥＋RD循環閥＋φ165．1 mm鉆鋌＋伸縮接頭＋螺桿泵＋保溫管＋φ127．0 mm鉆桿。

（2）熱采測試

①注氮氣正擠防膨劑進地層

在114．3 mm隔熱油管下入預定深度后，坐油管掛，裝熱采采油樹，預制焊接注熱流體管線，連接注氮氣管線，并按設計要求進行試壓；然后用10%的防膨劑溶液替出井筒內完井液，關閉注熱流程，導通注氮氣流程，啟動氮氣設備，以600 m3／h氮氣排量將油套環空內防膨劑溶液全部擠入地層。之后再導通注熱流程開始進行注熱流體作業，期間環空連續以500～600 m3／h的排量注入氮氣。

②注熱、燜井

在進行多元熱流體熱采作業之前，綜合考慮探井測試作業特點、作業規模、注熱參數優選數值模擬結果等因素確定的注熱施工參數見表1。

表1 PLA－2油藏多元熱流體熱采測試注熱參數

在作業過程當中，利用火箭動力熱力采油裝備并結合鉆井平臺已有作業設施，通過科學布局、合理優化及配套后在PLA－2油藏實現了多元熱流體熱采測試。隔熱措施：隔熱油管＋環空連續注氮。注熱期間，多元熱流體及水處理的加藥方法嚴格按照工藝設計的要求進行。注熱流程見圖7。注入多元熱流體后，燜井24 h后放噴。

圖7 PLA－2特稠油油藏多元熱流體熱采測試注熱流程

③機采求產作業

燜井放噴后使用APR＋PCP測試管柱求產。在管柱組下到位后，坐封封隔器，安裝螺桿泵泵頭，下抽油桿，裝螺桿泵驅動，下加熱電纜，用加熱海水替出井筒內海水，下加熱電纜通電加熱1 h后，啟動螺桿泵進行泵抽作業。

5．2 熱采作業效果分析

熱采作業達到了預期目的。從熱采測試前后2次螺桿泵泵采產液結果對比（表2、3）可以看出，在多元熱流體吞吐后A、B稠油層產液量發生了較大變化，產油量明顯增加。通過產能對比，說明熱采取得了較好的效果，在作業成本低、時效高的前提下，獲取到了合格的地層數據資料。

表2 PLA－2特稠油油藏A組油層熱流體吞吐前后日產油量對比表

表3 PLA－2特稠油油藏B組油層熱流體吞吐前后日產油量對比表

6 結論與認識

（1）將多元熱流體熱采技術應用于海上稠油探井測試領域在國內外尚屬首次，解決了常規探井測試無法解決的問題。

（2）在海上鉆井平臺對多元熱流體熱采設備進行優化布局，解決了受甲板空間以及平臺吊車吊卸能力的限制利用大型設備在鉆井平臺上進行作業難度大的問題。

（3）通過加熱保溫技術、防砂管技術改造，對測試管柱進行設計、優化，保證了流體的流動性和作業的連續性，解決了常規探井測試無法正確認識稠油地層的難題。

（4）通過熱采測試參數優化，實現了低成本、高時效，達到了以有限測試規模認識特稠油油藏的目的。

（5）應用多元熱流體熱采測試為海上稠油油田探井測試開辟了一條新思路。

［1］ 劉明，吳國偉，王來旺，等．勝利油田稠油熱采測試技術［J］．石油地質與工程，2008，22（6）：114－116．

［2］ 唐曉旭，馬躍，孫永濤．海上稠油多元熱流體吞吐工藝研究和現場試驗［J］．中國海上油氣，2011，23（3）：185－188．

［3］ 裴潤有，蒲春生，吳飛鵬，等．深層稠油混合高溫蒸汽吞吐工藝參數優化研究與實踐［J］．西安石油大學學報：自然科學版，2010，25（2）：44－47．

［4］ 譚忠健，項華，劉富奎，等．渤海復雜油氣藏測試技術研究及應用效果［J］．中國海上油氣，2006，18（4）：223－228．

（編輯：張 敏）

Researching and applying test techniques of thermal recovery in offshore exploration wells with extra－heavy oil

Tan Zhongjian1Xu Bing1Feng Weihua1Wen Quan2Zhou Baosuo1Yang Qinian1Shi Yang3
（1．Tianjin Branch of CNOOC Ltd．，Tianjin，300452；2．China Oilfield Services Ltd．，Tianjin，300452；3．Supervision ＆Technology Co．，CNOOC Energy Technology ＆Services Ltd．，Tianjin，300452）

In view of the unconsolidated testing formation and extra－heavy oil in PLA－2 reservoir，Bohai bay，and its drilling platform conditions，the thermal injection technology，thermal injection parameter optimization and test string optimization were researched，resulting in a set of test techniques of thermal recovery in exploration wells with extra－heavy oil．By their successful applications，the extra－heavy oil reservoirs can be actually identified with a lower cost and a higher time efficiency．Such thermal recovery testing in multiple fluids may open a new way to test offshore exploration wells in extra－heavy oil fields．

Bohai；exploration well；extra－heavy oil；oil reservoir；thermal recovery testing in multi ple fluids

譚忠健，男，高級工程師，1987年畢業于中國海洋大學，現為中國海洋石油總公司勘探專家，主要從事勘探作業（錄井、測井、測試）技術工作。地址：天津市塘沽區渤海石油路688號海洋石油大廈A座（郵編：300452）。電話：022－25803546。

1）張風義，劉小鴻，黃凱，等．海上稠油熱采初探．2010．

2011－10－28 改回日期：2012－03－07