稠油水平井均勻注汽技術(shù)

劉德鑄

(中油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

引 言

遼河油田水平井已超過1300口，其中80%以上為稠油熱采水平井，并且大多采用篩管完井，注汽時大都采用籠統(tǒng)注汽方式。由于井筒內(nèi)、地層與篩管環(huán)空之間沒有有效的封隔，加上油藏在平面及縱向的非均質(zhì)性，動用不均的現(xiàn)象普遍存在。生產(chǎn)數(shù)據(jù)和產(chǎn)液剖面資料分析顯示，85%以上的水平井1/3～1/2的水平段存在動用不均的現(xiàn)象，蒸汽局部突進現(xiàn)象嚴重影響了水平井產(chǎn)能優(yōu)勢的發(fā)揮[1-2]。為此，針對不同地質(zhì)及井況條件進行研發(fā)，形成了管外封隔器、蒸汽傘等關(guān)鍵工具及不同的均勻注汽工藝技術(shù)，有效提高了稠油水平井水平段動用程度。

1 水平井均勻注汽技術(shù)

1.1 水平井雙管注汽工藝技術(shù)

針對常規(guī)水平井籠統(tǒng)注汽水平段動用不均的普遍問題，急需一種能夠均勻注汽并實現(xiàn)及時調(diào)控的注汽工藝技術(shù)，為此研發(fā)了水平井雙管注汽工藝技術(shù)[3-6]。如圖1所示，管柱部分主要由內(nèi)注汽管和外注汽管組成，采用氮氣隔熱的方式，內(nèi)注汽管由?48.3 mm的無接箍油管+?48.3 mm無接箍篩管組成，下至B點(腳尖處);外注汽管為?114.3 mm真空隔熱管 +?88.9 mm油管組成。其中，?88.9 mm油管作為?48.3 mm無接箍油管的保護管，防止?48.3 mm無接箍油管脫扣后打撈困難;在?88.9 mm油管上連接2段篩管，每段篩管長度為9 m，一段對應A點，一段對應B點。通過對內(nèi)外管的分注實現(xiàn)對水平井的A點(腳跟)和B點(腳尖)的雙管注汽，提高水平段動用程度。

圖1 水平井雙管注汽管柱示意圖

該技術(shù)在很大程度上改善了水平段動用不均的問題，并能根據(jù)需要及時實現(xiàn)地面調(diào)控。但缺點是只能實現(xiàn)腳跟、腳尖2點注汽，適用于非均質(zhì)性不是很強的水平井。

1.2 水平井分段注汽工藝技術(shù)

針對雙管注汽只有2個注汽出口，對于長水平段適應性仍存在局限的問題，進一步針對性研發(fā)形成了分段注汽工藝技術(shù)。

水平井分段注汽工藝技術(shù)包括管內(nèi)分段注汽工藝技術(shù)和分段完井分段注汽工藝技術(shù)。管內(nèi)分段注汽管柱如圖2所示，由?114.3 mm真空隔熱管+?88.9 mm油管+蒸汽傘+注汽閥組成。根據(jù)地質(zhì)、流體參數(shù)及水平段長度確定注汽閥個數(shù)、位置及孔徑，根據(jù)分段數(shù)的要求確定蒸汽傘的位置及個數(shù)，實現(xiàn)管內(nèi)分段，提高分段注汽的實施效果。分段完井分段注汽管柱如圖3所示，在分段注汽基礎(chǔ)上利用管外封隔器實現(xiàn)管外封隔，實現(xiàn)真正意義上的分段注汽。該技術(shù)適用于任何地質(zhì)條件下的分段注汽，大大提高了水平段動用程度。

圖2 水平井管內(nèi)分段注汽管柱示意圖

圖3 分段完井段注汽管柱示意圖

1.3 水平井分段可調(diào)注汽技術(shù)

隨著注汽的進行，地層壓力發(fā)生變化，水平段各段的吸汽量也會發(fā)生相應變化，為均勻動用水平段，需對注汽量進行調(diào)整。而上述介紹的各類分段注汽技術(shù)除雙管注汽外，在調(diào)整注汽量時需要起下管柱以更換配汽閥，作業(yè)工作量大。為此，針對需要多點注汽且頻繁調(diào)整注汽量的水平井，研發(fā)了可調(diào)注汽閥及配套的投撈工具，形成了水平井可調(diào)注汽工藝技術(shù)。管柱結(jié)構(gòu)如圖4所示，由?114.3 mm真空隔熱管+?88.9 mm油管+蒸汽傘+分段可調(diào)注汽閥+管外封隔器組成，在注汽過程中根據(jù)需要下入配套的投撈工具以調(diào)整注汽量。

圖4 水平井分段可調(diào)注汽管柱示意圖

2 關(guān)鍵工具的研制

實現(xiàn)水平井均勻注汽技術(shù)，需要研發(fā)與雙管注汽、分段注汽及分段可調(diào)注汽等技術(shù)系列相配套的關(guān)鍵工具，主要包括蒸汽傘、管外封隔器、可調(diào)注汽閥等。

2.1 蒸汽傘

蒸汽傘是管內(nèi)分段注汽的關(guān)鍵配套工具，用以實現(xiàn)管內(nèi)封隔。蒸汽傘主要由壓帽、密封元件和連通孔等組成(圖5)。工作原理是利用注汽壓差撐開高溫膠筒，實現(xiàn)管內(nèi)封隔。高溫膠筒采用耐高溫復合材料制成，可在320℃的條件下長期使用，在注汽過程中靠注汽管柱內(nèi)外壓差撐開膠筒，密封注汽管柱與套管之間的環(huán)空，將水平井段分隔成幾個相對獨立的注汽單元。

蒸汽傘膠筒在常溫下可以耐壓7 MPa，高溫下耐壓5 MPa，能夠滿足現(xiàn)場施工要求。

圖5 蒸汽傘結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 管外封隔器

高溫管外封隔器采用熱力方式坐封，注汽后，井筒內(nèi)溫度升高，內(nèi)置膨脹劑體積急劇增大，膠筒膨脹，實現(xiàn)封隔器坐封，達到分段完井的目的[7-10]，如圖6所示。高溫管外封隔器結(jié)構(gòu)簡單、坐封便利，且穩(wěn)定可靠，適用裸眼直徑為216～235 mm的?177.8 mm篩管完井水平井。

圖6 管外封隔器結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 分段可調(diào)注汽閥

水平井可調(diào)注汽閥是分段可調(diào)注汽的關(guān)鍵配套工具，主要由中心管及外套構(gòu)成，注汽閥的孔眼設(shè)計在外套上，孔眼的大小分別為6、8、10、12 mm，中心管也設(shè)計了1個孔眼，當現(xiàn)場需要調(diào)整注汽量時，通過抽油桿下入投撈工具，將中心管上的孔眼與外套上4個孔眼中的1個連接，建立起注汽通道，通過此種方法來調(diào)整各段注汽量(圖7)。

3 現(xiàn)場應用及典型井例

截至2013年年底，水平井雙管注汽現(xiàn)場應用131井次，累計增油7.8×104t，平均提高動用程度24.2%。水平井多點注汽現(xiàn)場應用159井次，累計增油3.9×104t，平均提高動用程度23.3%。水平井分段注汽現(xiàn)場應用54井次，累計增油1.6×104t，平均提高動用程度25.5%。

圖7 水平井分段可調(diào)注汽閥結(jié)構(gòu)示意圖

典型井例:杜84-興H3221井是一口稠油熱采水平井，水平段長度為200.1 m，采用 ?244.5 mm套管懸掛?168.28 mm光管與篩管的完井結(jié)構(gòu)。2011年8月投產(chǎn)，籠統(tǒng)注汽。注汽1周期后，采用分段注汽管柱，為一級兩段，管柱結(jié)構(gòu)為絲堵(倒角)+分段注汽閥+?88.9 mm N80油管(倒角)+蒸汽傘+扶正器+?88.9 mm N80油管(倒角)+分段注汽閥+?88.9 mm N80油管(倒角)+?114.3 mm真空隔熱管。從生產(chǎn)效果可以看出，分段注汽后累計產(chǎn)油、日產(chǎn)油、油汽比指標明顯提升，生產(chǎn)效果明顯變好(表1)。

表1 杜84-興H3221不同周期分段注汽生產(chǎn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

(1)水平井雙管注汽、水平井分段注汽、水平井分段可調(diào)注汽等技術(shù)構(gòu)成了較為完善的水平井均勻注汽工藝技術(shù)系列。

(2)水平井均勻注汽技術(shù)在遼河油田稠油熱采水平井大規(guī)模應用，平均提高水平段動用程度達20%以上，大大提高了水平井的開發(fā)效果。

(3)根據(jù)地質(zhì)特點與水平段長度，將管外多段分段完井與管內(nèi)多段分段注汽相結(jié)合是稠油熱采水平井進一步提高開發(fā)效果的研究方向。

[1]張守軍.水平井分段優(yōu)化注汽技術(shù)及其應用[J].大慶石油學院學報，2010，34(4):62-63.

[2]尹虎，劉輝，李黔，等.提高稠油水平井注蒸汽效率的技術(shù)研究[J].石油天然氣學報，2011，33(12):119-123.

[3]Cooper G A.Deep heavy oil recovery by steam injection using twin horizontal draiholes[C].SPE24088MS，1992:801-805.

[4]Jamie Cuadros，Nicolas Ossa.Horizontal well placement optimization for heavy oil production in Girasol Field[C].SPE132884MS，2010:1-3.

[5]劉慧卿，等.水平井分段注采產(chǎn)能模型研究[J].水動力學研究與進展，2006，21(3):107-108.

[6]張國文，等.遇油遇水自膨脹封隔器在水平井完井中的應用[J]. 石油礦場機械，2012，41(2):41-44.

[7]孟紅霞，等.水平井分段射孔完井方案優(yōu)化[J].油氣地質(zhì)與采收率，2007，14(5):84-87.

[8]魏新芳，徐鑫，余金陵，等.水平井分段完井工具的室內(nèi)試驗及現(xiàn)場應用[J].石油鉆探技術(shù)，2010，38(2):55-57.

[9]文華，等.水平井中心管采油技術(shù)研究與應用[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2011，30(1):115-117.

[10]陳新民.水平井均勻注汽工藝在濱南油田的研究與應用[J]. 油氣地質(zhì)與采收率，2009，16(2):106-107，110.