蒸汽驅技術在多層砂巖的開采技術研究

陳鵬

(中國石油遼河油田公司鉆采工藝研究院,遼寧盤錦 124010)

蒸汽驅技術在多層砂巖的開采技術研究

陳鵬

(中國石油遼河油田公司鉆采工藝研究院,遼寧盤錦 124010)

蒸汽驅開采是稠油油藏經過蒸汽吞吐開采以后接著為進一步提高原油采收率必然的熱采階段,開展分層汽驅工藝技術研究是減少注汽時層間干擾,提高油層縱向動用程度和蒸汽驅效果的重要方法。遼河油田已經在利用兩種新的完井方法,通過單井對多個油層有控制地注入蒸汽。利用這兩種完井方法(即平行管柱注入法和限流量注入法)可提高蒸汽的利用率,并且可減少新鉆的注入井數。本文評述同心管柱注入法并介紹這二種新方法的概念細節。同時還介紹有關應用這些方法的理論計算。

稠油油藏 同心管柱 砂巖層 蒸汽驅

1 概況

在蒸汽驅工程中,總是希望利用一個通用的注入井筒同時對多油層注入蒸汽,也希望某一種規定值,保證注入各層蒸汽的干度和注入量。

多層注蒸汽的完井方案主要是用一根管柱對兩層砂巖同時注入蒸汽。然而,在用一根管柱對上部兩個層注蒸汽時就比較困難,因為蒸汽趨向于進入滲流阻力最小的層段。可能最終僅注入二個層中的一個層,或者看來似乎是向二層注入,就算使用孔徑限制注入量的方法,但蒸汽的分配很可能和所期望的不同。因此,在用單管柱向多層注入時,必須采取某些機械手段來達到分別注入流體的目的。

過去曾用過幾項技術,其中包括同心管柱注入法和限制套管射孔的方法。但實際生產時發現這些方法均存在一些缺點。由于這一原因,以及遼河油田要實施縱向擴展蒸汽驅計劃,需要發展新的注入方法。目前已經研制并在油田現場進入先導試驗的新方法是:(1)平型管柱注入法;(2)限流量注入法。使用這些方法是為了提高蒸汽的利用率和減少為實施縱向擴展注蒸汽方案新鉆的井數。

本文介紹了這兩種新完井方法的概念細節,并且與以前所用的方法對比,討論了它們的優越性。還討論了應用新方法的理論計算。

2 平行管柱注入法

2.1 方法描述

平行管柱注入法是指把兩根油管柱并排下入井筒的注入方法。它是使用兩種標準尺寸的管柱,并在每根管柱上裝一伸縮裝置。把井口改裝得能夠掛兩根并排的管柱。為適應下二根管柱,要求使用大套管完井典型的為(7英寸或9 5/8英寸)。在上部油層的上面裝一個雙管柱耐高溫封隔器,在兩個目的油層間裝一個單管柱耐高溫封隔器。在上下封隔器之間使用隔熱管,以減少直接與油套管環空中低壓蒸汽相接觸的那根管柱在此處的熱損失。平行管柱系統分三個階段安裝:(1)坐封永久性耐高溫封隔器;(2)用長管坐封雙管柱封隔器總成;(3)用J形鎖銷插入短油管柱。

長管柱上的活動接頭和短管柱上用的J型槽密封件,允許兩根管柱彼此獨立地伸縮。

2.2 熱損失計算

使用計算軟件估算平行管柱注入井的熱損失。結果表明平行管柱之間的熱傳是最小的,這主要是因為兩根管柱之間實質上是彼此獨立的。在這一計算實例中,同心管柱和平行管柱的注蒸汽條件是一致的。然而,同心管柱之間的熱傳遞要比平行管柱之間的大很多。這是因為同心管柱就像雙管熱交換器,它為從一根管柱向另一根管柱傳熱提供了極為有效的條件。可以看出,在一個井筒中并排下入兩根管柱,使其彼此獨立,傳熱大大減少。因為兩根管柱的尺寸相同,注入條件一致(與同心管柱注入條件一致),所以,兩根管柱的干度曲線相互重疊,壓力損失相同。在兩根管柱之間不存在溫差,因而不存在傳熱現象。由于向圍巖傳熱造成的熱損失,每一管柱內蒸汽的干度都有輕微的降低。

2.3 現場應用

到目前為止,遼河油田已經在實施蒸汽驅的地區用平行管柱法完成了先導試驗井的現場試驗。目前正在實施一個縱向擴展蒸汽驅計劃。對于蒸汽已驅過砂巖上面的兩個彼此分隔的目的層,用平行管柱注入法分別注入蒸汽。這個地區的大部分老注入井用51/2英寸(14.0厘米)套管完井,因而它們不能使用平行管柱注入法[適于并排下入兩根23/8英寸(6.03厘米)管柱的最小套管直徑為7英寸(17.8厘米)]。現有注入井轉為蒸汽驅后對砂巖進行水驅的注水井。為適應并排下入兩根管柱,正在鉆大井眼,以便對兩個新的目的層開始蒸汽驅。

3 限流量注入法

3.1 方法描述

鉆采院的限流量注入法是在正對目的層的注入管柱上安裝限流量出口或控制射孔數來實現的。根據每孔所期望的注入速率、蒸汽干度、注入條件和井底壓力來確定所射孔眼的尺寸和數目。當蒸汽通過每一出口達到臨界流動時,可簡單地改變限流量出口的數目及大小來精確地調節更層的注蒸汽速率。

各種限流量法曾成功地用于井筒周圍地層的處理,以提高井的生產能力或注入能力。國外公司已經利用限流量完井法把蒸汽注入幾個彼此分隔的砂層。用這些方法時,在套管上進行限流量射孔。60年代中期外國公司已經試驗過這種套管射孔技術,因為在套管上不能獲得精確的射孔尺寸,并在射孔后,隨著時間的推移,由于沖蝕和結垢等原因,孔眼的尺寸發生變化,就放棄了這種技術。后來改在油管上進行限流量射孔,因為這樣做可在地面上確定出孔眼的尺寸,并把孔眼的沖蝕和結垢減小到最低限度。

只要能達到和保持蒸汽的臨界流動,就可以通過多種方法來設計和制造限流量出口。例如,可以用臨界流動噴嘴、蒸汽嘴或蒸汽轉向器。臨界流動噴嘴主要由帶有擴口進口段的短圓筒組成。一般情況下,直段的長度是喉道直徑的二分之一,但也可以再長點。此外,可把錐形擴口段加在喉道出口上,使排除蒸汽的壓力有所恢復。

蒸汽嘴與噴嘴很相似,但沒有收縮進口和擴展出口段,蒸汽嘴常用于地面管線限制蒸汽流動。一部分蒸汽流通過一個或多個安裝在油管周圍的同心槽進入油管柱,銑槽的總面積等于達到和保持臨界流動所要求的橫斷面積。在兩個目的層間坐封一個耐高溫封隔器,以保證蒸汽通過限流量出口以后分別注入目的層。

3.2 現場應用

到目前為止,區塊已在140口注入井中下入井下蒸汽嘴。每口井下入兩個蒸汽嘴,取代以前用來改善厚砂層注入剖面的同心管柱注入法。

在現場試驗之后,蓮花地區下入了24對蒸汽嘴。地面及井下試驗表明,如果蒸汽干度較高(比如大于70%),則井下蒸汽嘴就能把蒸汽質量和干度對等地分配給兩個蒸汽嘴,當然,兩個蒸汽嘴應該具有相同的尺寸。

4 結語

遼河油田公司已經開發了平行管柱法和限流量法這兩種新的注入井完井方法,并把它們成功地用于實施縱向擴展蒸汽驅的地區。到目前為止,根據應用新方法的經驗,可以認為,在一口井上利用平行管柱和限流量注入法,可以有效地對兩個或更多的目的油層同時注入蒸汽。

[1]羅鈺涵.多套油水系統層狀油藏開發實踐與啟示.特種油氣藏,2014(06).

[2]周大勝.超稠油水平井分層開發技術.特種油氣藏,2013,4.