渤海稠油蒸汽吞吐環(huán)空注氮隔熱工藝優(yōu)化

渤海稠油蒸汽吞吐環(huán)空注氮隔熱工藝優(yōu)化李金蔓;霍宏博;陳毅;劉春艷;劉海龍【期刊名稱】《《石油化工應(yīng)用》》【年(卷)，期】2019(038)010【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P37-40)【關(guān)鍵詞】渤海;稠油熱采;氮?dú)?反循環(huán);蒸汽吞吐【作者】李金蔓;霍宏博;陳毅;劉春艷;劉海龍【作者單位】中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司天津300459【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】TE357.7稠油在石油資源中所占比例較大，稠油開采技術(shù)受到世界石油行業(yè)關(guān)注［1］，渤海稠油儲(chǔ)量占渤?？們?chǔ)量2/3以上，其高效開發(fā)對(duì)國(guó)家發(fā)展有直接、深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義［2］。稠油開采技術(shù)主要包括：蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、注水等［3-5］,渤海稠油黏度在350mPa?s~10000mPa-s的稠油油藏通常采用蒸汽吞吐環(huán)空注氮?dú)飧魺峒夹g(shù)開采［6］。通過(guò)隔熱管向地層注熱蒸汽并在油套管環(huán)空注入氮?dú)庖宰柚篃崃肯蛱坠芗暗貙訑U(kuò)散［7,8］。趙利昌等通過(guò)建立井筒數(shù)學(xué)模型論證了油套環(huán)空注氮工藝的隔熱效果優(yōu)于環(huán)空充氮?dú)夤に嚕?］，劉利等對(duì)環(huán)空注氮排量等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化［10］。針對(duì)于環(huán)空注氮隔熱工藝主要關(guān)注參數(shù)研究，對(duì)注氮工藝優(yōu)化較少，注氮隔熱工藝存在一定缺陷：環(huán)空注氮?dú)飧魺峁に噷⒌獨(dú)夂蜔嵴羝煌⑷刖畠?nèi)［11-13］,會(huì)將井內(nèi)低溫完井液被擠入地層，使井周地層孔隙中充滿完井液，熱蒸汽首先加熱完井液，剩余熱量才用于加熱遠(yuǎn)離井眼的地層孔隙中的稠油，完井液升溫對(duì)增產(chǎn)并無(wú)意義，消耗大量寶貴的熱能。受海上油氣開發(fā)法規(guī)的限制［14］，稠油熱采的注熱和生產(chǎn)需要兩套管柱，多輪次注熱會(huì)使消耗的熱量累積［15］，因此對(duì)環(huán)空注氮工藝的優(yōu)化非常有必要。在渤海稠油注熱開發(fā)對(duì)蒸汽吞吐環(huán)空注氮?dú)夤に囘M(jìn)行優(yōu)化并首次應(yīng)用，先采用氮?dú)馀趴沼吞篆h(huán)空的完井液后再進(jìn)行注熱，有效提高了稠油蒸汽吞吐注熱效率。1蒸汽吞吐環(huán)空注氮?dú)夤に噧?yōu)化對(duì)環(huán)空注氮?dú)飧魺徇M(jìn)行工藝改進(jìn)：在注蒸汽前，增加氮?dú)夥囱h(huán)的步驟，頂替出井內(nèi)完井液，使井筒內(nèi)充滿氮?dú)?。?jīng)過(guò)工藝優(yōu)化可減少低溫完井液進(jìn)入地層消耗熱蒸汽的熱量，也減少添加劑高溫變質(zhì)堵塞儲(chǔ)層風(fēng)險(xiǎn)，此外氮?dú)獾脑鰤罕Ｄ茏饔脮?huì)更好。尤其有利于多輪次注熱開發(fā)，為海上及陸地稠油油田油套環(huán)空注氮?dú)飧魺岬恼羝掏麻_發(fā)模式提供一種簡(jiǎn)單易行的新方法。注熱過(guò)程中井筒內(nèi)溫度高、壓力高，井下工具需具有承受高溫能力，電泵、電纜高溫下安全性難以保證，因此注采一體化管柱結(jié)構(gòu)在海上較難實(shí)現(xiàn)，完井管柱分為注熱完井管柱和生產(chǎn)完井管柱兩套［16］，注熱完畢依靠地層能量生產(chǎn)階段結(jié)束后，起出井內(nèi)注熱管柱，再下入電潛泵生產(chǎn)，避免地下高溫對(duì)電纜等的破壞。渤海蒸汽吞吐過(guò)程一般設(shè)計(jì)8輪次，每輪次注熱后，依靠地層能量生產(chǎn)階段結(jié)束后需要壓井，下入電潛泵生產(chǎn)，即每輪次都面臨井內(nèi)完井液、壓井液處理問(wèn)題。渤海熱采井通常用三開井身結(jié)構(gòu)：339.7mm表層套管+244.475mm生產(chǎn)套管+177.8mm篩管，177.8mm篩管采用裸眼礫石充填完井方式完井注氣階段，完井管柱結(jié)構(gòu)為：114.3mm隔熱油管+帶開啟閥的環(huán)空封隔器+88.9mm隔熱油管+注氣閥+盲堵，注熱管柱結(jié)構(gòu)和氮?dú)忭斕媪鞒蹋ㄒ?jiàn)圖1）。圖1注熱管柱結(jié)構(gòu)和氮?dú)忭斕嫱昃毫鞒痰獨(dú)夥囱h(huán)頂替井內(nèi)完井液工藝無(wú)需增加大量的設(shè)備改造。只需在采油樹連接生產(chǎn)流程前安裝節(jié)流閥，節(jié)流閥前安裝壓力表，氮?dú)夥囱h(huán)施工步驟為：（1） 氮?dú)馍稍O(shè)備連接油套管環(huán)空，隔熱油管頂部通過(guò)采油樹連接生產(chǎn)管匯；（2） 制氮設(shè)備將氮?dú)庥森h(huán)空注入井內(nèi)，同時(shí)控制節(jié)流閥，使氮?dú)夥囱h(huán)進(jìn)入井筒，通過(guò)注氣管匯中的注氣閥進(jìn)入注氣管匯，將整個(gè)井筒內(nèi)的完井液頂替出井筒，使油套管環(huán)空和注氣管柱內(nèi)充滿氮?dú)猓陂g保持井底壓力基本不變；（3） 油套管環(huán)空注入氮?dú)?，隔熱油管?nèi)注入熱蒸汽；（4） 熱蒸汽將隔熱油管內(nèi)氮?dú)鈹D入地層，同時(shí)油套環(huán)空內(nèi)注入氮?dú)猓S持熱蒸汽和氮?dú)馔瑫r(shí)注入直到注熱階段結(jié)束。2注氮工藝優(yōu)化增產(chǎn)機(jī)理在竇宏恩等［17］提出的蒸汽吞吐加熱熱平衡方程基礎(chǔ)上，進(jìn)行以下假設(shè)：蓋層和底層不傳熱；進(jìn)行蒸汽吞吐加熱模型推導(dǎo)，反循環(huán)出，熱采最大加熱半徑為：若考慮完井液被擠入地層：則加熱半徑之比為：其中：n-注熱輪次；-熱采最大加熱半徑，m；qs-注汽速度，m3/d；Xs-井底的蒸汽干度，%；Lv-蒸汽潛熱，kJ/kg；Ts-注汽溫度，°C；Tr-原始地層溫度，°C；Hws-Ts下水的焓，kJ/kg；Hwf-Tr下水的焓，kJ/kg；t-注汽時(shí)間，h；h-油層厚度，m；M-油層熱容量，kJ/（m3?°C）；Mc-井筒完井液熱容量，kJ/（m3%）；Qi-注汽速率，kg/h；Qr-上一輪次余熱，kJ,第一輪次Qr=0。由式（3）可知，若不將完井液循環(huán)出井筒，隨著加熱輪次增加，與將完井液循環(huán)出井筒相比，最大加熱半徑會(huì)降低。對(duì)南堡油田X井采用CMG軟件的STARS模塊進(jìn)行模擬，分析擠入地層中完井液對(duì)剩余油的影響，經(jīng)過(guò)8輪次開發(fā)，剩余油加熱面積會(huì)產(chǎn)生顯著變化。氮?dú)鈱⒕矁?nèi)完井液頂替出井筒，也可避免熱蒸汽對(duì)完井液加熱所消耗的能量，使更多蒸汽熱量被稠油吸收（見(jiàn)圖2、圖3）。并且，氮?dú)饪梢栽跓嵴羝统碛椭g形成隔層，氮?dú)鉄釋?dǎo)率低，其存在可以降低蒸汽露點(diǎn)，使蒸汽換熱速度減慢，降低高潛熱蒸汽的熱損失，有利于提高蒸汽波及效率。氮?dú)庾韪艨梢孕纬烧羝唤档蜔釗p失［18］，注蒸汽腔室（見(jiàn)圖4）。圖2完井液擠入地層的剩余油飽和度分布圖3注熱前將完井液循環(huán)出井筒的剩余油飽和度分布圖4注蒸汽剖面示意圖環(huán)空注入氮?dú)庠谧韪魺崃康耐瑫r(shí)還可以防止套管的過(guò)早腐蝕［19］，大量研究證實(shí)注入氮?dú)饪蓴U(kuò)大蒸汽波及體積，補(bǔ)充驅(qū)動(dòng)能量和降低殘余油飽和度，維持更高的地層壓力，提高驅(qū)油效率［20］。反循環(huán)氮?dú)忭斕婢畠?nèi)完井液技術(shù)無(wú)需改變井內(nèi)管柱結(jié)構(gòu)，只需增加注入熱蒸汽前環(huán)空注入氮?dú)忭斕婢畠?nèi)完井液步驟，施工簡(jiǎn)單。3注氮工藝優(yōu)化對(duì)熱效率的提高以渤海某井為例，該井采用井身結(jié)構(gòu)（見(jiàn)表1）。在井口注入溫度350^，蒸汽干度80%的注熱參數(shù)下，總注氣量3000t,井口干度＞80%,注入壓力16MPa,燜井5d,地層埋深1500m,初始地層溫度50°C,平均吸氣指數(shù)10.5t/（MPa?d），通過(guò)井筒模擬軟件，注熱結(jié)束時(shí)井底溫度340C。表1熱采井井身結(jié)構(gòu)分析加熱完井液與加熱氮?dú)馑鶕p失的熱量，常溫常壓下完井液和氮?dú)獾谋葻崛輩?shù)（見(jiàn)表2）。表2流體傳熱參數(shù)對(duì)比加熱一定質(zhì)量流體所需熱量計(jì)算公式為：式中：AQ-加熱流體所需熱量，kJ;AT-流體升高溫度，°C;p-流體密度，kg/m3;c-流體比熱容，kJ/kg?°C;AV-流體體積，m3。據(jù)此計(jì)算，該井井筒容積為88.6m3，隔熱油管閉排體積為8.2m3，即井筒內(nèi)完井液體積為80.4m3，完井液的比熱容是稠油的2.5倍，據(jù)公式(4)計(jì)算，加熱到相同溫度，井筒容積的完井液升溫消耗的熱能可加熱200m3稠油，按照8輪次計(jì)算，消耗于完井液升溫的熱量可用于加熱1600m3稠油，氮?dú)夥囱h(huán)頂替完井液技術(shù)可以有效提高蒸汽吞吐熱效率。在渤海某油田應(yīng)用，單井產(chǎn)量較工藝改進(jìn)前提高3%。4結(jié)論和建議通過(guò)數(shù)值模擬分析，稠油熱采注蒸汽前的環(huán)空氮?dú)夥囱h(huán)可以有效增加注熱波及范圍，降低注入蒸汽的熱損失，這是對(duì)稠油蒸汽吞吐的改進(jìn)，較目前常用技術(shù)相比優(yōu)勢(shì)明顯，可為未來(lái)海上稠油油藏開發(fā)提高熱效率起到幫助作用，該技術(shù)有以下優(yōu)勢(shì):此項(xiàng)技術(shù)不需要復(fù)雜的設(shè)備改造，只需在工藝上進(jìn)行調(diào)整。氮?dú)鈱⑼昃喉斕娉鼍部梢杂行Ы档蜔嵴羝挠谕昃旱臒釗p失，可以有效增加注熱波及范圍。氮?dú)獗粩D入地層后能夠有效的隔絕地層流體與熱蒸汽，形成熱蒸汽腔，起到提高熱效率和增壓保能的作用。完井液不擠入地層可減少完井材料受熱變質(zhì)所造成的地層損傷?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】[1]于連東.世界稠油資源的分布及其開采技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J].特種油氣藏，2001,8(2):98-103.[2]周守為.海上油田高效開發(fā)技術(shù)探索與實(shí)踐[J].中國(guó)工程科學(xué)，2009,11(10):55-60.王義剛，于文英，魯振國(guó).水平井電加熱油藏地層水熱采方法可行性分析一以遼河油田某底水稠油油藏為例[J].非常規(guī)油氣，2018,5(1):70-75.[4]黃曉東，等.新型在線深部調(diào)剖技術(shù)在海上稠油油田的研究與應(yīng)用[J].非常規(guī)油氣，2016,3(4):58-64.[5]李浩哲，梁琳琳，等.儲(chǔ)層參數(shù)對(duì)蒸汽輔助重力泄油技術(shù)開發(fā)效果的影響[J].非常規(guī)油氣，2017,4(1):84-87.[6]郭太現(xiàn)，蘇彥春.渤海油田稠油油藏開發(fā)現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展方向[J].中國(guó)海上油氣，2013,25:26-30.[7]孫景濤，呂瑞典，周錫容.油田注汽井氮?dú)飧魺峒夹g(shù)的研究與應(yīng)用[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008,10(5):19-22.[8]J.P.holman.傳熱學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.[9]趙利昌，林濤，孫永濤，等.氮?dú)飧魺嵩诓澈Ｓ吞餆岵芍械膽?yīng)用研究[J].鉆采工藝，2013,36(1):43-45.[10]劉利，馬振，黃武鳴，等.海上大斜度熱采井氮?dú)飧魺嶙⒌帕績(jī)?yōu)化研究[J].中國(guó)海上油氣,2015,27(6):80-86.[11]潘建華.氮?dú)飧魺峋矀鳠嵛锢砟M研究[J].特種油氣藏，2004,11(1):96-99.[12]劉東菊.氮?dú)馓岣叱碛蜔岵尚Чに嚰夹g(shù)[J].鉆采工藝，2006,27(5):59-60.[13]劉如杰.超稠油組合式吞吐在曙光油田的應(yīng)用[J].非常規(guī)油氣，2018,5(5):68-74.[14]國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.海洋石油安全管理細(xì)則[S].2009.[15]熊玉娟，郝大偉，張莉，等.扶余油田稠油分層注汽工藝技術(shù)試驗(yàn)與效果評(píng)價(jià)一以探91區(qū)塊為例[J].非常規(guī)油氣，2016,3(6):72-76.[16]盛磊祥，等.海上熱采井完井管柱設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)分析[J].海洋工程裝備與技術(shù)，2014,1(2):111-