海上稠油油田蒸汽驅(qū)高效隔熱注熱管柱設計

張衛(wèi)行，孫玉豹，林珊珊，姬 輝，梅 偉

（中海油田服務股份有限公司油田生產(chǎn)研究院，天津 300450）

海上稠油油田自2008年首次開展熱采試驗以來，稠油熱采技術已累計應用30余井次，以多元熱流體吞吐為主，多采用“高真空隔熱油管+水平段均衡注熱管柱”的簡易式注熱管柱，并采取環(huán)空連續(xù)注氮氣隔熱工藝，多元熱流體吞吐技術在渤海普通稠油油田和特稠油油田開采中取得了顯著增產(chǎn)效果[1-5]。

蒸汽驅(qū)是吞吐開發(fā)的主要接替技術之一，蒸汽驅(qū)在國內(nèi)外陸地油田已實現(xiàn)規(guī)模化應用，是一項成熟技術。目前NB35-2油田南區(qū)已完成了多輪次熱采吞吐作業(yè)，地質(zhì)油藏物性、地層壓力狀況、采出程度等已具備轉(zhuǎn)驅(qū)條件，亟待轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)開發(fā)。對于中深層稠油油藏實施長時間的蒸汽驅(qū)作業(yè)，作業(yè)成本及注熱管柱的整體隔熱性能要求更高。

為此，本文以南堡35-2油田南區(qū)B36M井為例，開展海上油田蒸汽驅(qū)高效隔熱注汽管柱設計。該井為水平井，井深1 752 m，垂深949 m，地層溫度為45℃，地溫梯度為3℃/100m。套管程序：339.725 mm（N80）×212.70 m+244.475 mm（TP100H）×1 437.07 m，完井防砂方式：裸眼+礫石充填，防砂篩管尺寸139.7 mm。

1 注汽管柱設計面臨的挑戰(zhàn)

1.1 海上稠油油藏埋深大

南堡35-2油田南區(qū)熱采水平井斜深在2 000 m~2 500 m，垂深＞1 000 m，渤海其他區(qū)塊的油藏埋深甚至達到1 500 m左右，屬于中深層稠油油藏。“隔熱油管+環(huán)空連續(xù)注氮”的簡易式注熱管柱結(jié)構(gòu)簡單，作業(yè)風險小。但是由于油藏埋深較大，使用該類型注熱管柱注入難以保證井底蒸汽干度大于68%。

1.2 井下工具散熱

海上稠油熱采井以大斜度水平井為主，由于未采用扶正器，注汽管柱躺壁現(xiàn)象較普遍，井筒內(nèi)注入流體熱量易通過隔熱油管接箍處傳導至套管壁及水泥環(huán)。由于接箍、扶正器等井下工具均不具有隔熱性能，雖然在注汽管柱總長度中所占比例較小，但是井下工具的隔熱性能與常用的E級高真空隔熱油管本體相差上萬倍[6-8]；另一方，井下工具處套管及水泥環(huán)長期處于高溫狀態(tài)，影響使用壽命。因此，有必要開展井下工具散熱研究，以確保井底蒸汽干度，提高熱采效果[9-11]。

1.3 非穩(wěn)態(tài)傳熱

蒸汽驅(qū)相對吞吐而言作業(yè)時間更長、加熱區(qū)域更大，地層巖石及流體不斷被加熱，溫度、干度等參數(shù)隨時間逐漸變化，地層各項參數(shù)達到穩(wěn)定狀態(tài)所需要的時間也就越長。因此，蒸汽驅(qū)注汽管柱設計時應考慮非穩(wěn)態(tài)傳熱對井筒溫度場分布的影響。

1.4 注入流體由上返至油套環(huán)空

由于簡易式注熱管柱底部無熱采封隔器，油管內(nèi)注入熱流體會由井底上返至油套環(huán)空，從而造成環(huán)空介質(zhì)導熱系數(shù)提高，套管及水泥環(huán)因溫度升高而壽命降低。為了解決該問題，蒸汽驅(qū)過程中需要保持長期連續(xù)注入高純度氮氣，這會使蒸汽驅(qū)作業(yè)成本大幅度增加，熱采設備占地較大、影響修井等日常作業(yè)；并且，由于吞吐后地層存氣量增加，環(huán)空連續(xù)注入氮氣會使氣竄/汽竄風險加大。

2 蒸汽驅(qū)高效隔熱注汽管柱設計

2.1 設計思路

綜合考慮蒸汽驅(qū)油藏需求、NB35-2油田埋深條件及井筒安全開展蒸汽驅(qū)高效隔熱注汽管柱設計。關鍵點一：盡量提高注汽管柱的隔熱等級及下入深度；關鍵點二：消除注汽管柱的局部熱點，避免套管及水泥環(huán)長期受熱損壞；關鍵點三：阻止水平段注入流體上返到上部油套環(huán)空，以提高上部油套環(huán)空隔熱性能。

2.2 結(jié)構(gòu)組成

海上稠油油田蒸汽驅(qū)高效隔熱注汽管柱的結(jié)構(gòu)組成（見圖1），自下而上依次為：引鞋+水平段均衡注汽管柱+變扣+熱敏封隔器+隔熱扶正器+隔熱油管（含隔熱接箍）+隔熱補償器+隔熱油管（含隔熱接箍）+隔熱扶正器（若干）+隔熱油管（含隔熱接箍）。蒸汽驅(qū)高效隔熱注汽管柱關鍵工具技術參數(shù)（見表1）。

2.3 工作原理

圖1 海上蒸汽驅(qū)高效隔熱注汽管柱結(jié)構(gòu)圖

表1 關鍵工具技術參數(shù)

注熱前向油套環(huán)空內(nèi)注入氮氣，通過熱敏封隔器上單向閥將油套環(huán)空內(nèi)的液體驅(qū)替至熱敏封隔器以下，油套環(huán)空內(nèi)充滿氮氣，從而保證環(huán)空的隔熱性能。增加隔熱接箍、隔熱型扶正器等隔熱工具，可進一步提高管柱的整體隔熱性能，避免局部熱點出現(xiàn)，降低局部熱點對套管、水泥環(huán)的損害。注入蒸汽時，熱敏封隔器坐封，防止井底注入流體上返至油套環(huán)空，保證注汽期間油套環(huán)空的隔熱性能。根據(jù)不同部位的滲透率，在水平段布置多個均衡配注閥，從而達到水平段均勻注入熱流體的目的。

3 高效隔熱注汽管柱隔熱性能評價

（1）計算條件（見表2）。

表2 計算條件

圖2 不同類型注汽管柱井筒干度計算結(jié)果

（2）計算結(jié)果：從圖2可以看出，不加隔熱型工具，井筒干度損失為27%；加隔熱型工具后，井筒干度損失降低至9.8%。采用高效隔熱注汽管柱后井筒干度損失較簡易式注汽管柱進一步降低了17.2%，采用目前出口干度為80%的蒸汽鍋爐即可滿足注汽要求。

4 結(jié)論

（1）針對NB35-2油田油藏埋藏深散熱大的問題，設計出“高真空隔熱油管+熱流體驅(qū)封隔器+隔熱型補償器+隔熱型接箍”的蒸汽驅(qū)高效隔熱注熱管柱。

（2）經(jīng)過計算得出，蒸汽驅(qū)高效隔熱注汽管柱井筒干度損失較簡易式注汽管柱降低了17.2%，該注汽管柱能有效降低熱損失，同時也能降低對地面鍋爐干度和溫度的要求，有利于提升驅(qū)替效果，降低蒸汽成本。