陳鵬

(中國(guó)石油遼河油田公司鉆采工藝研究院,遼寧盤錦 124010)

蒸汽驅(qū)技術(shù)在多層砂巖的開采技術(shù)研究

陳鵬

(中國(guó)石油遼河油田公司鉆采工藝研究院,遼寧盤錦 124010)

蒸汽驅(qū)開采是稠油油藏經(jīng)過蒸汽吞吐開采以后接著為進(jìn)一步提高原油采收率必然的熱采階段,開展分層汽驅(qū)工藝技術(shù)研究是減少注汽時(shí)層間干擾,提高油層縱向動(dòng)用程度和蒸汽驅(qū)效果的重要方法。遼河油田已經(jīng)在利用兩種新的完井方法,通過單井對(duì)多個(gè)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?dāng)?shù)。本文評(píng)述同心管柱注入法并介紹這二種新方法的概念細(xì)節(jié)。同時(shí)還介紹有關(guān)應(yīng)用這些方法的理論計(jì)算。

稠油油藏 同心管柱 砂巖層 蒸汽驅(qū)

1 概況

在蒸汽驅(qū)工程中,總是希望利用一個(gè)通用的注入井筒同時(shí)對(duì)多油層注入蒸汽,也希望某一種規(guī)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(duì)兩層砂巖同時(shí)注入蒸汽。然而,在用一根管柱對(duì)上部?jī)蓚€(gè)層注蒸汽時(shí)就比較困難,因?yàn)檎羝呄蛴谶M(jìn)入滲流阻力最小的層段?？赡茏罱K僅注入二個(gè)層中的一個(gè)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(shí),必須采取某些機(jī)械手段來達(dá)到分別注入流體的目的。

過去曾用過幾項(xiàng)技術(shù),其中包括同心管柱注入法和限制套管射孔的方法。但實(shí)際生產(chǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)這些方法均存在一些缺點(diǎn)。由于這一原因,以及遼河油田要實(shí)施縱向擴(kuò)展蒸汽驅(qū)計(jì)劃,需要發(fā)展新的注入方法。目前已經(jīng)研制并在油田現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)入先導(dǎo)試驗(yàn)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(shí)施縱向擴(kuò)展注蒸汽方案新鉆的井?dāng)?shù)。

本文介紹了這兩種新完井方法的概念細(xì)節(jié),并且與以前所用的方法對(duì)比,討論了它們的優(yōu)越性。還討論了應(yīng)用新方法的理論計(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(gè)雙管柱耐高溫封隔器,在兩個(gè)目的油層間裝一個(gè)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(huán)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(tǒng)分三個(gè)階段安裝:(1)坐封永久性耐高溫封隔器;(2)用長(zhǎng)管坐封雙管柱封隔器總成;(3)用J形鎖銷插入短油管柱。

長(zhǎng)管柱上的活動(dòng)接頭和短管柱上用的J型槽密封件,允許兩根管柱彼此獨(dú)立地伸縮。

2.2 熱損失計(jì)算

使用計(jì)算軟件估算平行管柱注入井的熱損失。結(jié)果表明平行管柱之間的熱傳是最小的,這主要是因?yàn)閮筛苤g實(shí)質(zhì)上是彼此獨(dú)立的。在這一計(jì)算實(shí)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?yàn)橥墓苤拖耠p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?？梢钥闯?在一個(gè)井筒中并排下入兩根管柱,使其彼此獨(dú)立,傳熱大大減少。因?yàn)閮筛苤某叽缦嗤?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(xiàn)象。由于向圍巖傳熱造成的熱損失,每一管柱內(nèi)蒸汽的干度都有輕微的降低。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

到目前為止,遼河油田已經(jīng)在實(shí)施蒸汽驅(qū)的地區(qū)用平行管柱法完成了先導(dǎo)試驗(yàn)井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。目前正在實(shí)施一個(gè)縱向擴(kuò)展蒸汽驅(qū)計(jì)劃。對(duì)于蒸汽已驅(qū)過砂巖上面的兩個(gè)彼此分隔的目的層,用平行管柱注入法分別注入蒸汽。這個(gè)地區(qū)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)]?，F(xiàn)有注入井轉(zhuǎn)為蒸汽驅(qū)后對(duì)砂巖進(jìn)行水驅(qū)的注水井。為適應(yīng)并排下入兩根管柱,正在鉆大井眼,以便對(duì)兩個(gè)新的目的層開始蒸汽驅(qū)。

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(duì)目的層的注入管柱上安裝限流量出口或控制射孔數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)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(shù)目。當(dāng)蒸汽通過每一出口達(dá)到臨界流動(dòng)時(shí),可簡(jiǎn)單地改變限流量出口的數(shù)目及大小來精確地調(diào)節(jié)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(chǎn)能力或注入能力。國(guó)外公司已經(jīng)利用限流量完井法把蒸汽注入幾個(gè)彼此分隔的砂層。用這些方法時(shí),在套管上進(jìn)行限流量射孔。60年代中期外國(guó)公司已經(jīng)試驗(yàn)過這種套管射孔技術(shù),因?yàn)樵谔坠苌喜荒塬@得精確的射孔尺寸,并在射孔后,隨著時(shí)間的推移,由于沖蝕和結(jié)垢等原因,孔眼的尺寸發(fā)生變化,就放棄了這種技術(shù)。后來改在油管上進(jìn)行限流量射孔,因?yàn)檫@樣做可在地面上確定出孔眼的尺寸,并把孔眼的沖蝕和結(jié)垢減小到最低限度。

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

蒸汽嘴與噴嘴很相似,但沒有收縮進(jìn)口和擴(kuò)展出口段,蒸汽嘴常用于地面管線限制蒸汽流動(dòng)。一部分蒸汽流通過一個(gè)或多個(gè)安裝在油管周圍的同心槽進(jìn)入油管柱,銑槽的總面積等于達(dá)到和保持臨界流動(dòng)所要求的橫斷面積。在兩個(gè)目的層間坐封一個(gè)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(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

到目前為止,區(qū)塊已在140口注入井中下入井下蒸汽嘴。每口井下入兩個(gè)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(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)之后,蓮花地區(qū)下入了24對(duì)蒸汽嘴。地面及井下試驗(yàn)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(zhì)量和干度對(duì)等地分配給兩個(gè)蒸汽嘴,當(dāng)然,兩個(gè)蒸汽嘴應(yīng)該具有相同的尺寸。

4 結(jié)語

遼河油田公司已經(jīng)開發(fā)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(shí)施縱向擴(kuò)展蒸汽驅(qū)的地區(qū)。到目前為止,根據(jù)應(yīng)用新方法的經(jīng)驗(yàn),可以認(rèn)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(duì)兩個(gè)或更多的目的油層同時(shí)注入蒸汽。

[1]羅鈺涵.多套油水系統(tǒng)層狀油藏開發(fā)實(shí)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(fā)技術(shù).特種油氣藏,2013,4.