稠油開采中蒸汽吞吐的熱損失因素分析

蒸汽吞吐是國內外稠油開采的主要方法，通常是作為油田規模蒸汽驅開發之前一個先驅開發方式，是提高原油采收率的最重要手段之一。通過對遼河油田的部分油井進行了吸汽剖面測試，可以看出絕大多數油井在注汽時井筒熱損率都在20%以上，井底的蒸汽干度僅有37.06%，嚴重影響蒸汽吞吐的效果。該文對造成蒸汽吞吐井筒熱損失的諸多因素進行了分析、研究和探討，提出了一些改善井筒隔熱效果的方法和措施，取得了較好的經濟效果。

1 問題的提出

我國有豐富的稠油資源，稠油油田開發過程中，注汽鍋爐系統能耗占總能耗的絕大部分，因此提高注汽鍋爐系統熱效率是節能降耗、降本增效的重要研究方向。本文主要論述了提高油田注汽鍋爐燃燒控制系統熱效率的新技術，以有效促進節能降耗，提升經濟效益。蒸汽吞吐是國內外稠油開采的主要方法，其效果如何，在很大程度上取決于注入到井底的蒸汽干度。研究采收率與井底干度的關系可以看出：要取得較高的采收率，井底蒸汽干度要保持在40%以上。而國內普遍使用的“隔熱管+伸縮補償器+熱敏金屬封隔器+喇叭口”的注汽管柱形式在經過多輪次的蒸汽吞吐后，存在著隔熱效果差，熱損失嚴重等問題。對遼河油田的部分油井進行了吸汽剖面測試，可以看出絕大多數油井在注汽時井筒熱損率都在20%以上，井底的蒸汽干度僅有37.06%，從而嚴重影響了蒸汽吞吐的效果。

2 造成井筒熱損失的主要因素

在蒸汽吞吐中影響井筒隔熱效果的主要原因是目前采用的注汽管柱在隔熱技術上還存在許多問題。

隔熱管的影響。隔熱管是蒸汽吞吐中輸送蒸汽到井下的主要井下工具，其在注汽時傳輸熱量距離最長、熱損失也最多。目前我們所使用的隔熱管雙層預應力隔熱管，隔層充惰性氣體，隨著隔熱管長期的使用，其隔熱效果自然變差。另外，由于長期使用，絲扣的磨損，造成隔熱管接箍處蒸汽泄漏，這也是造成井筒熱損失的不利因素之一。

封隔器的影響。封隔器作為密封油套環形空間的工具，在注汽時防止油套環形空間進入高溫蒸汽，保護套管不受高溫熱脹伸長而損壞，同時也是為了將熱能最大限度輸送到到油層當中去，要求有良好的密封性。我們目前所使用的封隔器多為熱敏金屬封隔器，注汽時當達到一定溫度時才能將油套環空密封。熱采封隔器又是在注汽管柱的最下端，在封隔器密封前，蒸汽將從注汽管柱下端返到環形空間一部分，舉升油套環形空間的液體，當封隔器密封后，環形空間的液體無法排出，隔熱效果差的隔熱管柱加熱油套環形空間液體，形成對流換熱，消耗大量的熱能。液面越高，熱損失越大。

伸縮補償器的影響。注汽管柱都裝有伸縮補償器，伸縮補償器是由兩個不同直徑的油管組成，在兩管相互活動連接處有密封件密封，細管可以在粗管內沿軸向伸縮，他的作用是當封隔器密封后，注汽管柱受熱伸長使注汽管柱不受軸向壓力而損壞，起到管柱的伸縮補償作用。但目前伸縮補償器沒有保溫層，不具備隔熱性能，現場所使用的伸縮管長度5米左右，與其配合的管長度有10米，全部伸出在15米左右，這么長的管柱是加熱油套環形空間液體而使熱損失最大的部位。據現場測試，伸縮補償器部分的熱損失大約占總損失量的15%以上。

影響注汽時井筒內熱損失的因素還有很多，例如稠油油藏經過長期的開采，地層壓力大幅度下降，特別是受邊底水的影響，油水關系重新分布、采油井段過長、套管外竄槽等因素都將直接影響蒸汽吞吐的效果。因此，有必要進行提高蒸汽吞吐井筒隔熱效果的新工藝、新技術、新方法的綜合性研究，從而降低注汽時井筒內的熱損失，進而提高蒸汽吞吐的效果。

3 減少井筒熱損失的主要方法

在注汽管柱上加強隔熱技術的研究，優化注汽管柱結構，降低熱量損失是我們研究的主要內容。

加強隔熱管的改進。根據目前現場隔熱管的使用狀況，考慮到注汽成本，大批量更換新管有相當大的難度。因此我們要挑出損壞的隔熱管，在下井的隔熱管接箍處加裝密封圈、安裝隔熱套、涂抹絲扣油等措施來防止管柱的漏失，從而減少熱損失。

熱采封隔器的改進。熱采封隔器經過多年的研究，已經有了較大的改進，由原來的卡瓦封隔器逐漸到現在的熱敏封隔器，依靠溫度自動密封，該文原載于中國社會科學院文獻信息中心主辦的《環球市場信息導報》雜志http：//www.ems86.com總第528期2013年第47期-----轉載須注名來源給施工帶來了極大的方便。無論哪種封隔器在密封后，在封隔器上部的油套環空中都存在一定的液體，因此我們正在對封隔器進行研究，將封隔器設計成帶有單流閥的裝置，注汽時用注氮車將套管環形空間液體擠入到油層，消除套管環空液體，可以極大地降低井筒熱損失，同時起到了保護套管的作用。

采用分層注汽技術。分層注汽技術是提高油藏動用程度的有效方法，也是提高蒸汽機利用率的有利措施。目前能夠實現的分注方式有；封上注下、 封下注上、上下定量、封中間注上下、封上下注中間、中上層分別定量，中下層分別定量以及多層段分別定量細分注汽等方式。用數字模擬優選注汽層段、優化注汽量是分層注汽的細化工作，用專家系統軟件通過計算機模擬分析油井的生產、地質、油層情況，找出最佳的注汽層段和最佳的注汽量，以便取得較好的注汽采油效果。另外在分注時可將含水高的層、受水竄影響嚴重的層封堵，僅對油層注汽。為了使注汽層得到較好的采油效果，注汽后還可將高含水層和水淹層暫時封堵，只生產注汽層。主要采用高溫封隔器進行臨時封堵，對部分井可采用一次管柱分注分采，同時我們還開展了高溫調剖和化學助劑的選擇性堵水的研究工作。盡量避免注汽后注汽層壓力高竄入其它層而減少熱損失。這些分注方式對于減少注汽時井筒內的熱損失發揮了重要作用。

4 現場實施情況

在采取了上述嚴把入井隔熱管的質量關，在隔熱管的節箍處安裝隔熱節，在有條件的井上取消伸縮補償器，在對部分油井進行了調堵封竄等綜合治理后大量采用了分層注汽、投球選注等配套工藝技術后，在08年我們又對部分油井進行了高溫吸汽剖面測試，井底的蒸汽干度比措施前大幅提高，減少了井筒的熱損失，取得了較好的蒸汽吞吐效果。在遼河油田部分井各類蒸汽吞吐1000多井次，經濟效益顯著。

5 結論及建議

在采取有效的井筒隔熱措施后，可減少井筒的熱損失，提高蒸汽吞吐的效果。但要切實減少注汽時井筒內的熱損失還有許多問題有待解決，是一項長期的工作，我們應不斷加強技術研究，使蒸汽吞吐在稠油開采中發揮更大的作用。

（作者單位：遼河石油勘探局華油實業公司）