稠油注汽過程中高壓異常分析及優化治理策略

何平 陳寶國

摘要：注汽開發是一項廣泛應用的稠油熱采工藝技術，強化注汽高壓井的治理，解決高壓井注汽難題，提高稠油產量和采出程度，降低注汽單耗和生產開發成本是一項十分重要的工作。只要加強分析和治理，積極推廣應用新工藝、新技術，綜合運用，就一定能收到良好的稠油開發和節能降耗效果。

關鍵詞：注汽開發；稠油熱采；新技術；注汽高壓井；工藝

1高壓注汽井現狀分析

研究區井儲量動用程度差，多為低輪次注汽，因油稠或泥質含量高等多種因素的影響，造成這部分井的注汽壓力普遍偏高，注汽難度大，不但注汽效果差，而且注汽單耗高。高壓注汽井因注汽壓力高、固井條件差、井況復雜、開采難度大、油層發育條件差、原油黏度高，使用普通鍋爐注汽壓力達不到要求，注汽效果不理想，造成稠油地質儲量井采出程度低，開發潛力未得到充分發揮。

2高壓井產生的機理分析

2.1泥質含量高

研究區油田稠油油藏泥質含量普遍偏高，其泥質含量在4%～35%之間，其中蒙脫石含量47%～63%。這意味著組成油藏的巖石的敏感性相對較高。當高壓高溫蒸汽不斷地沖刷儲層的時候，儲層經受著熱敏、汽敏、水敏的傷害，泥質組分就會從膠結的巖石中脫落出來，隨蒸汽運移，并且吸收其中的水分而膨脹。當遇到相對較小的孔道時，會因為體積過大無法通過而堵住蒸汽的滲流通道，從而影響蒸汽的注入效果，使一些孔道成為死孔道，大大降低了蒸汽的波及體積，從而造成高壓井。

2.2油層污染

隨著稠油井的生產周期的延長，由于頻繁地采取作業、洗井等措施，導致地面上一些未經處理的流體進入地層。這些流體往往含有一些能夠對地層造成傷害的物質，比如體積較大的顆粒物，以及與地層配伍性較差的化學物質。當外來流體進入地層后，較大的顆粒堵塞了油層的孔道，降低了蒸汽的波及范圍，提升了注汽的壓力。與地層配伍性較差的化學物質同樣可以引起地層巖石性質和結構的改變，使巖石發生剝離和運移，極大地影響了注汽施工，導致了高壓井的出現。

2.3油稠

由于原油過于黏稠，黏稠的原油占據了滲流孔道，阻止了熱蒸汽的順利注入。其具體表現在試擠過程中壓力超過15MPa，注汽時注汽壓力超過了17MPa。要通過這層阻礙，需要一個足夠高的突破壓力，但是由于注汽設備老化，很難實現這么高的突破壓力。在現有的條件下，無法通過更新設備來滿足稠油生產的需要。因此，需要采用適當的工藝方法達到降低注汽壓力的目的。

3治理高壓井的工藝措施

3.1振動解堵

振動波在地層中的傳播，實際上是能量在地層中的傳播。由聲波衰減現象可知，聲波頻率越高，其能量衰減越大。一般的地層對20kHz的超聲波的衰減系數高達6.85，而對100Hz的低頻波的衰減系數為0.0246。當頻率在15Hz以內時，地層對它的衰減系數僅為O.00268，這時低頻波對地層的有效影響范圍可達200m以上。根據以上原理，設計制造了高壓注汽井使用的井下雙重振源，它主要由主軸、滑動塊、套筒及彈簧4部分組成。除此之外，為了正常工作，還配備了轉換接頭和堵頭等附件。該工藝是把水力振動器對準油層，靠地面泵入裝置把液體傳入井下后，對振動器活塞面產生高壓作用力，當振動器內部受高壓時，由于柱塞左端受壓面積大于右端受壓面積，導致活塞受到自左向右的推力，此推力的大小為活塞面積與壓強的乘積。在此過程中，推力壓縮彈簧，當壓力達到工作壓力時，活塞向右移動到下死點，同時出水孔被打開，管內的高壓水瞬間排出，作用于油層段。這時由于管內的高壓水以瞬間排出，壓力大幅度下降，導致管內外壓力平衡，活塞在高壓彈簧壓縮力的作用下被推復原位，待振動器內部壓力又升至工作壓力時，活塞又重復上述動作。振動器在井下周而復始地工作，就產生了一種低頻、高幅水力沖擊波。

3.2伴蒸汽注化學劑技術

伴蒸汽注化學劑技術是提高注蒸汽開采稠油效果的有效手段。室內研究表明，伴蒸汽注入降黏劑可以提高蒸汽的驅替效率，降低注汽壓力；伴蒸汽注入高溫黏土防膨劑可以抑制黏土膨脹，降低注汽壓力；伴蒸汽注入泡沫劑可以調節注汽剖面，提高油層的縱向動用程度。此外，將聲波振動解堵與伴蒸汽注降黏劑技術結合起來進行稠油開采是一種新型高效復合技術。利用井下可控振源進行先期振動解堵，采用小排量泵連續加降黏劑。既可通過先期振動的解堵降壓，降低注汽時的啟動壓力，又可在注汽時發揮在高溫下化學藥劑反應速度快、降黏效果好的特點，雙重降壓，達到降壓幅度大的目標。對因近井地帶堵塞或因油稠而注入壓力高、注汽困難的井，解除地層堵塞，降低注汽壓力，提高注汽效果。目前熱采鍋爐注汽量在9～23t/h之間，注汽壓力17.5～21MPa。為此，我們所選用的泵的輸出壓力首先應與鍋爐等值或超過一定值，這樣才能使化學劑注入蒸汽中，因此，選用了25MPa的柱塞計量泵。該泵壓力高，流量連續可調10～400L/h，從而滿足了注入不同藥劑的需求。既可以注降黏劑、泡沫劑，也可以注防膨劑。為了使該泵能夠應用于現場，為其配套了耐震壓力表、超壓力保護泵頭、管線流程、井口流程、泵吸水裝置、電氣控制等輔助部分，使其實用性和安全性得到了保障。

4治理效果

共實施高壓注汽井治理21口，其中采用振動解堵處理10口井，采取伴蒸汽注化學劑技術措施11口井。從采用振動解堵處理后的10口井的注汽情況可以看出，注汽高壓井的振動解堵降壓處理，注汽效果有了較大程度的提高，注汽壓力平均下降了2.1MPa，措施成功率達到100%，其中7口井基本實現了關掉排放注汽的目標，另有3口井措施后的注汽壓力均降到15MPa以下，達到目前注汽設備的要求，平均注汽干度提高了28.1%。注汽單耗也由治理前的17.98kWh/m3下降到治理后的9.01kWh/ms，累計實現節電211.86X104kWh。應用結果表明，大功率井下可控振源運行狀況好，在井下工作正常，各項指標均達到設計要求，性能可靠。采取伴蒸汽注化學劑技術措施共實施了11口井，見效8口，注汽壓力均得到不同程度的下降。以A井為例，在治理前的幾個注汽周期中，注汽壓力均高于16MPa，干度為O，注汽后生產周期不足2個月，且低液量低效生產。在使用該工藝之后，注汽壓力下降到14.6MPa，干度達到了70%，注汽效果得到了明顯的改善。作業后，液量達到28.6m3/d，油量達到16.5m3/d。注汽耗電單耗也由治理前的16.78kWh/m3下降到治理后的8.12kWh/m3，累計實現節電291.18×104kWh/m3。

5結束語

油田注汽系統能耗僅次于輸油系統的能耗，約占采油廠總能耗量的23%。稠油注汽高壓井的存在，不利于稠油的正常生產，影響注汽鍋爐的安全平穩運行，造成注汽效果不理想，注汽壽命大幅度降低，也不利于注汽系統的節能降耗和降低注汽開發成本。文章分析了高壓注汽井的現狀以及高壓注汽井的產生機理，采用了波振動解堵與伴蒸汽注降黏劑新型工藝技術。實踐證明，這些措施均十分有效，不僅提高稠油產量和采出程度，而且降低了注汽單耗。