火驅(qū)移動式電點火技術(shù)研究

劉 利，張福興，楊顯志，于曉聰，張成博

(中油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

引 言

火燒油層是一種高效可行的稠油開采方式，油層點火技術(shù)是火燒油層開發(fā)成敗的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)外常用的點火方式主要包括蒸汽點火、化學點火、井下氣體燃燒器點火及電點火。蒸汽點火方式成本相對較低，操作安全，但對于低溫重質(zhì)油藏較難實現(xiàn)點火;化學點火技術(shù)在遼河油田應(yīng)用較為普遍，注入的化學劑在蒸汽環(huán)境下瞬間產(chǎn)生高溫點燃油層，但該技術(shù)縱向上點火效果差，多發(fā)生低溫氧化現(xiàn)象;井下氣體燃燒器點火可以實現(xiàn)高溫燃燒，但該技術(shù)溫度控制難，安全性差;電點火技術(shù)由于點火溫度高、可控性好等特點，已被國內(nèi)外油田火驅(qū)現(xiàn)場普遍采用，但目前的捆綁式電點火器具有不能重復(fù)利用、工藝復(fù)雜、運行成本高等問題。針對上述問題，研制了一種移動式電點火器，并形成了完整的移動式電點火工藝。該工藝簡便可靠，經(jīng)現(xiàn)場試驗，各項指標均能達到稠油油藏的高溫點火要求，點火器可重復(fù)使用和帶壓起下，有效降低了火驅(qū)生產(chǎn)運行成本。

1 工藝原理及系統(tǒng)組成

1.1 技術(shù)原理

移動式電點火技術(shù)現(xiàn)場實施工藝原理見圖1。現(xiàn)場點火時，先將測溫熱電偶穿越封隔器后連接在特制的喇叭口上，將喇叭口與隔熱管連接好下入井中，封隔器安裝在隔熱管與油管連接處，再順次下入油管并逐級安裝油管接箍型電纜保護器，直至設(shè)計位置;測溫電纜隨管柱下入后經(jīng)地面上的井口四通及電纜密封器引出至地面的信號采集系統(tǒng)，測溫點根據(jù)設(shè)計要求進行布點。

圖1 火驅(qū)移動式電點火工藝原理

待管柱完全下入后，連接井口裝置及過連續(xù)管密封裝置等。在注氣過程中，利用連續(xù)管起下裝置將電點火器下入到預(yù)定位置，點火器在隔熱管內(nèi)通電點火，對注入空氣進行加熱，根據(jù)多點溫度監(jiān)測結(jié)果調(diào)整注氣量和點火器功率，當點火參數(shù)完全滿足方案要求后，點火井轉(zhuǎn)入正常火驅(qū)。待點火完成后，利用連續(xù)管起下裝置提出移動式電點火器。

1.2 系統(tǒng)組成

移動式電點火技術(shù)系統(tǒng)主要由移動式電點火裝置、井下工藝管柱、井下溫度監(jiān)測系統(tǒng)及點火器配套起下裝置等組成。

1.2.1 移動式電點火裝置

移動式電點火裝置主要由電點火器及功率調(diào)節(jié)裝置組成，移動式電點火器采用MI電纜制作工藝，以鎳鉻絲作為加熱電阻，通電后在電流的焦耳效應(yīng)作用下，將電能轉(zhuǎn)變成熱能并對注入的空氣介質(zhì)加熱，通過高溫空氣點燃油層。電點火器整體外徑為25.4 mm，額定功率為80 kW，工作溫度達到800℃。電點火器纏繞在滾筒上，可反復(fù)使用，現(xiàn)場點火時，可以根據(jù)設(shè)計的點火位置自由移動，可實現(xiàn)分段、分層點火。

功率調(diào)節(jié)裝置是電點火供電裝置的核心部分，可根據(jù)油層的點火溫度，進行加熱功率的無級調(diào)節(jié)，從而滿足不同溫度的點火要求。

1.2.2 井下工藝管柱

火驅(qū)移動式電點火工藝管柱主要包括專用喇叭口、隔熱管、過測溫電纜封隔器、油管及接箍型過電纜保護器(圖2)。喇叭口為特殊制作的專用喇叭口，主要用來固定保護測溫熱電偶，并防止電點火器發(fā)生落井事故;隔熱管下深與移動式電點火器熱端下深位置匹配，有效地降低了點火過程中所造成的散熱損失;過電纜封隔器采用熱力坐封方式，坐封溫度為225℃，通過向上移動點火器，加熱封隔器，實現(xiàn)坐封。在點火過程中起隔熱作用，可降低熱耗、保護套管;在正常注氣階段起隔氣作用，防止氧氣對管柱的氧化腐蝕;同時，為測溫電纜提供通道。

1.2.3 井下溫度監(jiān)測系統(tǒng)

測溫熱電偶采用氧化鎂填充的絕緣方式，最高耐溫為700℃，精度范圍為±1℃，熱電偶捆綁在注氣管柱外側(cè)下至喇叭口處。測溫點可根據(jù)需要設(shè)置，通常至少在封隔器以上1 m左右、隔熱管外側(cè)和喇叭口處設(shè)置3個測溫點。井下溫度監(jiān)測系統(tǒng)為點火過程中封隔器的坐封驗封、電加熱器及電纜的保護、各加熱階段加熱功率的調(diào)控提供了依據(jù)，是實現(xiàn)高溫電點火的關(guān)鍵，為火驅(qū)的成功實施提供指導依據(jù)。

圖2 移動式電點火井下工藝管柱

1.2.4 點火器配套起下裝置

該裝置主要由電動滾筒、導向器、注入頭裝置、連續(xù)管井口密封裝置、計深裝置及電控裝置等組成。點火時，通過注入頭向下的摩擦力將點火器下入到指定位置，完成點火后，通過滾筒的收卷力及注入頭向上的摩擦力順利提出點火器。該裝置可提供30 kN的注入力和65 kN的上提力，起下速度為0～1 200 m/h，可以安全、準確、快速地實現(xiàn)移動式電點火器的帶壓起下。

2 現(xiàn)場試驗

2013年11月14日，在遼河油田曙1-39-041井進行了現(xiàn)場試驗。按照試驗方案要求，本次試驗的點火過程分為3個階段。

(1)初期預(yù)熱階段。注氣量為3 000～3 500 m3/d，點火器出口空氣溫度設(shè)計為150～200℃，主要作用是預(yù)熱油層，驅(qū)替近井地帶水分及輕組分;點火期間向上移動點火器，將封隔器加熱至250℃實現(xiàn)熱力坐封，然后恢復(fù)原位。

(2)點火階段。注氣量為4 500～5 000 m3/d，點火器出口溫度為350℃左右，該階段作用是使水分蒸餾并加熱油層，點燃稠油部分重組分。

(3)加強點火階段。注氣量為6 500 m3/d，點火器出口溫度為450～520℃，點燃近井地帶焦炭，促進火線前緣快速擴展，實現(xiàn)油層高溫燃燒。

根據(jù)試驗方案要求，點火器下至油層段914.5 m處，監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置3個測溫點:914、915 m處測溫點主要用來監(jiān)測點火器的出口空氣溫度;865 m處測溫點監(jiān)測封隔器上界面油套環(huán)空溫度。現(xiàn)場實際點火溫度監(jiān)測曲線見圖3。

圖3 曙1-39-041井下三點溫度實測曲線

由圖3可知，在試驗期間，點火器出口的空氣溫度完全達到方案設(shè)計要求，特別是點火加強階段，點火器出口空氣溫度最高達527.6℃，充分達到高溫燃燒的條件;865 m處的測溫點除了在封隔器坐封階段達到248.9℃外，其他階段均低于105℃，表明封隔器起到了較好的保溫隔熱作用，防止了高溫空氣進入油套環(huán)空，避免了油、套管的氧化腐蝕。

3 結(jié)論

(1)采用MI電纜整體拉拔制作工藝制作的等徑連續(xù)管電點火器，不僅實現(xiàn)了高溫點火，還可以在注氣過程中自動移動，反復(fù)使用。

(2)移動式電點火工藝管柱可在點火過程中起隔熱作用，可降低熱耗、保護套管;在正常注氣階段可起隔氣作用，防止氧氣對管柱的氧化腐蝕;同時，為測溫電纜提供了通道和依托。

(3)井下溫度監(jiān)測系統(tǒng)為點火過程中封隔器的坐封驗封、電加熱器及電纜的保護、各加熱階段溫度的調(diào)控提供了依據(jù)，是實現(xiàn)高溫電點火的關(guān)鍵。

(4)配套的起下裝置可實現(xiàn)電點火器的帶壓起下，為電點火器的重復(fù)使用提供了保障。

(5)以等徑連續(xù)管電點火器系統(tǒng)、電點火工藝管柱、井下溫度監(jiān)測系統(tǒng)以及配套的起下裝置為載體的火驅(qū)移動式電點火技術(shù)，為火燒油層開采工藝提供了一種高效的點火方法，對實現(xiàn)油層的高溫燃燒、提高火驅(qū)效果將發(fā)揮重要的作用，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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