Buffalo油田高壓注空氣項(xiàng)目:技術(shù)動(dòng)態(tài)和作業(yè)挑戰(zhàn)

編譯:趙越 (大慶油田采油工程研究院)

金佩強(qiáng) (大慶油田勘探開發(fā)研究院)

審校:楊克遠(yuǎn) (大慶石油學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院)

Buffalo油田高壓注空氣項(xiàng)目:技術(shù)動(dòng)態(tài)和作業(yè)挑戰(zhàn)

編譯:趙越 (大慶油田采油工程研究院)

金佩強(qiáng) (大慶油田勘探開發(fā)研究院)

審校:楊克遠(yuǎn) (大慶石油學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院)

Buffalo油田位于南達(dá)科他州西北,是實(shí)施高壓注空氣 (HPAI)項(xiàng)目最早的油田。1977年中期,意識(shí)到在一次采油過程中產(chǎn)量迅速遞減,經(jīng)營(yíng)者實(shí)施了一個(gè)IOR方案,包括實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、可行性研究和先導(dǎo)性注空氣能力試驗(yàn)。1978年9月組建了原來的3.5個(gè)區(qū)域的Buffalo Red River單元 (BRRU)。1980年將該單元擴(kuò)大到了9個(gè)區(qū)域,1981年5月擴(kuò)大到了12個(gè)區(qū)域。在BRRU HPAI項(xiàng)目成功的基礎(chǔ)上,1983年6月組建了30.5個(gè)區(qū)域的南Buffalo Red River單元 (SBRRU),并且在 1985年開始見到注空氣效果。此外,在BRRU和SBRRU HPAI項(xiàng)目成功的情況下,組建了7個(gè)區(qū)域的西Buffalo Red River單元并且于1987年11月開始注空氣?？偨Y(jié)了3個(gè)項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)和注空氣近30年后經(jīng)營(yíng)者獲得的所有經(jīng)驗(yàn)。幾乎涉及了開始作業(yè)以來全部作業(yè)的各個(gè)方面;討論了一般的管理實(shí)踐、遇到的技術(shù)和作業(yè)挑戰(zhàn)、注入和生產(chǎn)設(shè)備以及完井實(shí)踐;還包括注空氣增油量的估算以及如何隨著時(shí)間改變空氣用量。到目前為止,Buffalo油田的3個(gè) HPAI項(xiàng)目連續(xù)在商業(yè)上獲得成功。在最近3年,在40多口老垂直井中鉆了水平側(cè)向井段以提高產(chǎn)量、有效利用油藏累積能量和提高波及效率。不可能在老垂直井中鉆水平注入井段,因?yàn)槁阊蹅?cè)向井段穿過了一個(gè)孔隙層,該層會(huì)把一些注入空氣送入非產(chǎn)層。

Buffalo油田 高壓注空氣技術(shù)動(dòng)態(tài) 作業(yè)挑戰(zhàn)

1 油藏性質(zhì)

Buffalo Field油田位于美國(guó)北部Williston盆地的西南翼部,從奧陶系Red River油藏產(chǎn)油。

Red River組在整個(gè)盆地內(nèi)分布,油氣藏出現(xiàn)在構(gòu)造圈閉和地層圈閉內(nèi)。該地層主要由灰?guī)r和白云石質(zhì)灰?guī)r組成,分成上下單元。上Red River組包括4個(gè)孔隙層段,用降序“A”、“B”、“C”and“D”層標(biāo)記。另一方面,在下單元識(shí)別出了2個(gè)孔隙層段“E”和“F”。

在上Red River組的4個(gè)孔隙層中,Red River組“B”層分布最廣泛并且一直在開發(fā),且也是Buffalo油田的主力產(chǎn)油層。巖心、電測(cè)井和中途測(cè)試表明孔隙度和滲透率范圍窄。

Buffalo油田位于平行Cedar Creek背斜的小型背斜構(gòu)造上。油藏圈閉機(jī)理主要是地層圈閉,垂向和橫向孔隙度不同,但是沿著Cedar Creek背斜的東南翼部也出現(xiàn)了一些低起伏構(gòu)造閉合度趨勢(shì)。

該油田主要從Red River組“B”孔隙層產(chǎn)油。約8500 ft深的凈產(chǎn)油層厚度平均約為15 ft,該油田內(nèi)的孔隙度平均約為16%。空氣平均絕對(duì)滲透率為10 mD(1 mD=1.02×10-3μm2)。原始油藏壓力為3600 psi(1 psi=6.895 kPa),油藏溫度為215℉,平均含水飽和度為50%。油藏原油泡點(diǎn)壓力為300 psi,API重度為32。原油溶解氣油比GOR為173 SCF/STB(1 SCF/STB=0.178 m3/m3),體積系數(shù)為1.174 RB/STB。飽和原油壓縮系數(shù)為8.8×10-6psi-1,而其黏度為2.4 mPa·s。在表1中示出了3個(gè) HPAI單元的一些平均油藏性質(zhì)。

表1 Buffalo油田每個(gè) HPAI單元的油藏性質(zhì)

2 實(shí)驗(yàn)室研究

完成實(shí)驗(yàn)室和可行性研究 (包括1977年中期的注空氣能力試驗(yàn))后實(shí)施了 HPAI EOR方案。實(shí)驗(yàn)室研究工作包括油藏流體研究、特殊巖心分析、燃燒管試驗(yàn)、以CO2和N2的不同比例對(duì)煙道氣進(jìn)行的膨脹試驗(yàn)以及在不同CO2/N2/氮比例和不同壓力下用煙道氣進(jìn)行的混相能力研究。對(duì)于本例最感興趣的是混相能力研究和燃燒管試驗(yàn),以下對(duì)這兩個(gè)方面進(jìn)行討論。

2.1 燃燒管試驗(yàn)

在低壓 (215psi)下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室燃燒管研究以確定油藏的燃燒特性。把壓碎的巖心物質(zhì)和從Red River“B”油藏采出的原油用于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。雖然該試驗(yàn)是在低壓 (不代表油藏條件)下進(jìn)行的,但是結(jié)果顯示 Red River“B”油藏對(duì)采用HPAI工藝進(jìn)行采油敏感。燃燒管研究期間的耗氧量平均為70.23%,在油藏條件 (高壓)下應(yīng)該提高這一百分比,因?yàn)樵谟筒貤l件下,原油變得更具有活性。平均燃燒溫度為478 ℃,估算的空氣需要量為360 ft3/0.03 ft3(1 ft3=28.317 dm3) (巖石)。采出氣體中的摩爾 CO2含量為 7.60%～13.00%,平均為10.56%。

2.2 細(xì)管試驗(yàn)

在4500 psi和212℉下,用48/52和76/24CO2/N2(摩爾百分?jǐn)?shù))進(jìn)行了細(xì)管試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明在試驗(yàn)條件下,48/52煙道氣混合物不與油藏原油混相,而76/24混合物接近混相。這能夠得出結(jié)論,在Buffalo油田采用 HPAI工藝過程中產(chǎn)生的煙道氣 (79%N2)與在該油藏中遇到的壓力 (低于4500 psi)下的天然原油不混相。而且為了在油藏條件下達(dá)到混相,煙道氣中CO2的摩爾濃度應(yīng)該高于76%。

3 項(xiàng)目動(dòng)態(tài)

圖1示出了這3個(gè)單元的總產(chǎn)水量和總產(chǎn)氣量。在老井中最近側(cè)鉆的水平井段通過提高波及效率達(dá)到了降低氣油比趨勢(shì)和延長(zhǎng)項(xiàng)目期限的目標(biāo)。

圖1 所有 HPAI單井的平均 GOR和含水 (1954—2007年)

3.1 注空氣

1979年1月在BRRU開始注空氣,以高達(dá)16×106ft3/d的注氣量和高達(dá)4400 psi的注入壓力連續(xù)注空氣到現(xiàn)在。2007年12月,以10×106ft3/d的注氣量和平均3800 psi的注入壓力將空氣注入6口注空氣井。直到2007年12月共向該單元注空氣93×109ft3。

1984年1月在 SBRRU開始注空氣,以高達(dá)23×106ft3/d的注氣量連續(xù)注空氣到現(xiàn)在,注入壓力高達(dá)4400 psi。2007年12月,以18×106ft3/d的注氣量和平均3500psi的注入壓力將空氣注入12口注空氣井。直到2007年12月總共向該單元注空氣123×109ft3。

1987年1月在WBRRU開始注空氣,以高達(dá)5.4×106ft3/d的注氣量和高達(dá)4400 psi的注入壓力連續(xù)注空氣到現(xiàn)在。2007年12月,以4×106ft3/d的注氣量和平均3800psi的注入壓力將空氣注入5口注空氣井。直到2007年12月約向該單元注空氣24×109ft3。

總起來說,以高達(dá)42×106ft3/d的注氣量和高達(dá)4400 psi的注入壓力在該油田3個(gè) HPAI單元注空氣28年。2007年12月,以32×106ft3/d的注氣量向22口注空氣井中注空氣。直到2007年12月約向該油田注空氣240×109ft3。

3.2 采油量

在BRRU注空氣給油藏再加壓方面是很成功的,到1982年3月已經(jīng)鉆了22口新生產(chǎn)井。采油量從1978年11月的162 bbl/d(1 bbl/d=0.159 m3/d)增加到1985年3月的最高峰值1000 bbl/d。2007年12月,18口井的采油量為474 bbl/d。自從開始注空氣以來,直到2007年12月,從該單元約采出原油6.1×106bbl。

在SBRRU,采油量從 1983年 12月的 310 bbl/d增加到 1991年 1月的最高 1754 bbl/d。2007年12月34口井的采油量為1012 bbl/d。自從開始注空氣以來,直到2007年12月,約從該單元采出原油10.2×106bbl。

在WBRRU,采油量從1987年10月的183 bbl/d增加到1990年1月的最高498 bbl/d。2007年12月,11口井的采油量為450 bbl/d。自從開始注空氣以來,直到2007年12月,從該單元采出原油將近2.5×106bbl。

總的來說,Buffalo油田 HPAI的采油量從1978年12月的162 bbl/d上升到1991年6月的最高產(chǎn)量2979 bbl/d。2007年12月,63口井的采油量為1925 bbl/d。自從開始在每口單井注空氣以來,直到2007年12月,3個(gè)單元采出原油將近18.8×106bbl。

3.3 產(chǎn)氣量和產(chǎn)水量

所有3個(gè)單元的產(chǎn)水量一直都高,原因是該油藏的原始含水飽和度高 (表1)。開始注空氣前的含水一般為50%以上,開始注空氣以RGK含水上升,目前所有單元的含水平均為70%。開始注空氣后,采油量和產(chǎn)水量幾乎馬上增加,這表明,再加壓工藝對(duì)油藏流體的流動(dòng)是非常有效的。

在3個(gè)單元開始注空氣不久以后 (即注入5%烴類儲(chǔ)集空間之前)出現(xiàn)了氣突破。盡管如此,采油量沒有降低,這在預(yù)料之中。GOR沒有顯示出典型的指數(shù)上升,雖然產(chǎn)水量、采油量和產(chǎn)氣量沒有變化,但是許多井顯示出了 GOR穩(wěn)定的異常生產(chǎn)特征。

3.4 增油量

進(jìn)行了常規(guī)遞減曲線分析后,估算了每口單井高壓注空氣的增油量。使用了5 bbl/d的經(jīng)濟(jì)極限。假定開始注空氣后鉆的井的采油量是增油量。像前面指出的那樣,假定了開始實(shí)施項(xiàng)目的情況(即油藏壓力低,含水高,建井費(fèi)用高,油價(jià)沒有吸引力),在沒有實(shí)施 IOR方案的情況下沒有鉆新井。

直到 2007年 12月,BRRU、SBRRU和WBRRU分別采出了約 5.5×106、9.6×106和2.1×106bbl增油量,3個(gè)單元的總增油量為17.2×106bbl。

3.5 空氣用量

把空氣利用率定義為增采1 bbl原油注入的空氣量,也可表示為增加的空氣-油比 (AOR),一般用AOR測(cè)量注空氣項(xiàng)目動(dòng)態(tài)。圖2說明了3個(gè)HPAI單元的年增加的總AOR以及累積AOR。

到目前為止,BRRU、SBRRU和WBRRU年增加的平均AOR分別為1.6×104ft3/bbl、1.4×104ft3/bbl和1.2×104ft3/bbl。29年后,BRRU、SBRRU和 WBRRU增加的累積AOR分別為1.69×104ft3/bbl、1.29×104ft3/bbl和1.16×104ft3/bbl。3個(gè)單元增加的累積 AOR為 1.4×104ft3/bbl(增加的原油)。

3.6 最終采收率

HPAI項(xiàng)目的最終采收率估算是復(fù)雜的,最好用熱油藏模擬方法進(jìn)行估算。

HPAI單元的動(dòng)態(tài)不像非混相氣驅(qū),以前用外推油田GOR確定最終采收率會(huì)低估儲(chǔ)量。如前所述,在過去3年期間,通過在老井中鉆水平側(cè)向井段能夠增加采油量并且降低氣油比,這延長(zhǎng)了項(xiàng)目期限。雖然如此,根據(jù) GOR趨勢(shì)預(yù)測(cè),該油田這3個(gè)單元的累積采油量至少為33×106bbl(約為OOIP的18%)。

圖2 總空氣用量 (1979—2007年)

4 項(xiàng)目設(shè)備和作業(yè)挑戰(zhàn)

4.1 壓縮和配氣系統(tǒng)

1979年1月開始向BRRU 2-16井注高壓空氣。用由600 hp(1 hp=0.746 kW)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的6級(jí)往復(fù)式空氣壓縮機(jī)在4000 psi下以1.47×106ft3/d注空氣,最高排出溫度約為351℉。

1980年和1981年安裝了3臺(tái)6級(jí)往復(fù)式空氣壓縮機(jī)以便適應(yīng)擴(kuò)大的BRRU注入需要。每臺(tái)壓縮機(jī)由1000 hp電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)并且在5000 psi下以23×106ft3/d注空氣,最高排出溫度約為351℉。

1982年增加了2臺(tái)7級(jí)往復(fù)式空氣壓縮機(jī)。在7級(jí)往復(fù)式空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)中把最后排出溫度降低到了約250℉。每臺(tái)壓縮機(jī)由2000 hp雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī) (重新額定到1500 hp)驅(qū)動(dòng),用該壓縮機(jī)在5000 psi下以2.5×106ft3/d注空氣。雙燃料包括6%柴油和94%天然氣。從電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)換成雙燃燒氣體發(fā)動(dòng)機(jī)的主要原因是試驗(yàn)用原油代替柴油/氣體混合物。通過節(jié)省了天然氣和電的費(fèi)用大大改善了項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)情況,假定天然氣和電的費(fèi)用的增長(zhǎng)與原油價(jià)格上漲無關(guān)。此外,用于單元作業(yè)的原油免收稅金和礦區(qū)使用費(fèi)。因?yàn)樘荚诨钊烷y門上的沉積造成維修費(fèi)用高,所以這一試驗(yàn)沒有成本效益。原油中的硫磨蝕性很強(qiáng)并且在短期內(nèi)損壞了柴油注入系統(tǒng)和汽缸套。

1984年,在新組建的SBBRU安裝了2臺(tái)7級(jí)往復(fù)式空氣壓縮機(jī)。每臺(tái)壓縮機(jī)在5500 psi下以5×106ft3/d注空氣并且由2650 hp天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)?，F(xiàn)在,不再使用原來的600 hp壓縮機(jī)了,因?yàn)檫@種壓縮機(jī)沒有大功率壓縮機(jī)那么有效。2000年,把這2臺(tái)壓縮機(jī)從SBRRU壓縮機(jī)站運(yùn)到了北達(dá)科他州另一個(gè) HPAI項(xiàng)目。

1987年組建了 WBRRU。在BRRU和 SBRRU壓縮機(jī)站之間安裝了直徑4 in(1 in=25.4 mm)空氣配氣管線,用一條交叉管線把壓縮空氣輸送到WBRRU。在這3個(gè)單元之間通過談判達(dá)成了一個(gè)空氣銷售協(xié)議以便購(gòu)買和銷售壓縮空氣。

1992年,通過談判簽了一個(gè)有利的供電合同以便以約＄0.026/kW·h的有效比率供電。在BRRU又安裝了一臺(tái)壓縮機(jī),用該壓縮機(jī)在5500 psi下以13.3×106ft3/d注空氣。實(shí)際平均壓縮空氣量接近12×106ft3/d。這一壓縮機(jī)組包括2臺(tái)壓縮機(jī)。入口壓縮機(jī)是一臺(tái)3級(jí)3560 r/min離心式空氣壓縮機(jī),由3000 hp電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),用于把空氣從大氣壓壓縮到240 psi。該壓縮機(jī)組中的第二臺(tái)壓縮機(jī)是一臺(tái)4級(jí)900 r/min離心式空氣壓縮機(jī),由3000 hp電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),可把空氣壓力從240 psi提高到5500 psi。最后一級(jí)的排出溫度約為290℉。在1995年和1998年之間,把2臺(tái)2000 hp雙燃料BRRU壓縮機(jī)換成了電動(dòng)機(jī)以便利用有利的電比率和降低空氣成本。1994年,在SBRRU安裝了一個(gè)相同的壓縮機(jī)組,由2臺(tái)壓縮機(jī)組成,注空氣量為13.3×106ft3/d。3個(gè)單元的總壓縮機(jī)能力為35.9×106ft3/d,電動(dòng)機(jī)功率為1.9×104hp。

在所有壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)中使用級(jí)間冷卻裝置和滌氣器以便清除水和過量潤(rùn)滑油。最初評(píng)價(jià)了幾種潤(rùn)滑油以便確定潤(rùn)滑能力和閃點(diǎn)。根據(jù)壓縮機(jī)制造商的建議和另一個(gè)注空氣項(xiàng)目的結(jié)果選擇了合成潤(rùn)滑油。最初使用了具有490℉閃點(diǎn)的合成潤(rùn)滑油。20世紀(jì)80年代以后,使用了具有480℉閃點(diǎn)的較輕潤(rùn)滑油。較輕潤(rùn)滑油被驅(qū)掃出了管道,與較重的潤(rùn)滑油相比,冷卻裝置運(yùn)轉(zhuǎn)得更好。在80年代期間,發(fā)生了壓縮機(jī)裝置內(nèi)的幾起燃燒和爆炸事故。有2篇論文描述了在出現(xiàn)鐵銹和焦炭情況下的爆炸機(jī)理和降低潤(rùn)滑油閃點(diǎn)。燃燒現(xiàn)象是潤(rùn)滑油和空氣(氧)之間相對(duì)慢的放熱反應(yīng),空氣使滌氣器和管道變得“赤熱”。爆炸炸開了冷卻裝置段內(nèi)徑小的管線。爆炸導(dǎo)致潤(rùn)滑油、空氣和熱的不同組合,熱產(chǎn)生了比初始?jí)毫Ω?～6倍的壓力。燃燒和爆炸問題可能是由以下一個(gè)或多個(gè)原因造成的:鐵銹顆粒降低了潤(rùn)滑油閃點(diǎn);壓縮機(jī)氣缸過度潤(rùn)滑;殘余潤(rùn)滑油在低部位聚集;6級(jí)壓縮機(jī)的最后一級(jí)溫度高。通過以下方式緩解了這些問題:每季度用硝基溶液清洗設(shè)備和進(jìn)行蒸汽清洗;將潤(rùn)滑次數(shù)低于制造商建議的次數(shù);重新設(shè)計(jì)設(shè)備以便將低部位潤(rùn)滑油量減少到最低程度;在將來壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中增加級(jí)數(shù)以便降低最后一級(jí)溫度。最初每個(gè)壓縮機(jī)站24小時(shí)配備2個(gè)操作人員 (總共4個(gè)操作人員),12小時(shí)換班一次。在80年代末,把壓縮機(jī)站操作臺(tái)設(shè)計(jì)成具有監(jiān)測(cè)和報(bào)警幾種功能,這為減少人力創(chuàng)造了條件。在80年代和2000年初期間,總壓縮空氣生產(chǎn)成本 (能源、勞力、潤(rùn)滑油和供應(yīng)品)為＄0.26～0.57/1000 ft3。2007年,電力壓縮空氣生產(chǎn)成本平均為＄0.54/1000 ft3,天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮空氣的生產(chǎn)成本為＄0.90/1000 ft3。

最初從壓縮機(jī)站和單條管線到每口注入井,用管匯頭系統(tǒng)設(shè)計(jì)了配氣系統(tǒng)。90年代,用干線和井口監(jiān)視、控制和數(shù)據(jù)采集 (SCADA)系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)配氣系統(tǒng)以便監(jiān)測(cè)產(chǎn)量、壓力和溫度。配氣系統(tǒng)包括直徑2～4 in焊接鋼管線,用于在5500 psi下輸氣。這些管線外表有涂層,用陰極犧牲陽(yáng)極系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù),埋在結(jié)冰深度 (7ft)以下。把地面排出管線和閥門放置在距壓縮機(jī)站第一個(gè)低海拔部位。SCADA系統(tǒng)監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)和井口壓力并且每天進(jìn)行記錄。定期在這些低部位聚集的濕度、潤(rùn)滑油和鐵銹造成壓降增大。將管線向大氣中放空約10 min以便清除聚集物質(zhì)。對(duì)在壓縮機(jī)最后一級(jí)后面安裝空氣干燥器進(jìn)行了研究,以便清除管線中濕度的聚集。因?yàn)椴焕慕?jīng)濟(jì)情況沒有采用空氣干燥器選擇方案。通過在低部位安裝腐蝕試片和定期切割一段配電線路進(jìn)行檢查建立了腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。到目前為止,沒有出現(xiàn)真正的配電線路腐蝕。

4.2 生產(chǎn)井和注入井

20世紀(jì)80年代鉆的生產(chǎn)井和注入井是用水基泥漿采用常規(guī)方法鉆至約8500 ft(1 ft=30.48 cm),用直徑41/2in的N-80生產(chǎn)套管完井,進(jìn)行了射孔并且用土酸進(jìn)行了酸化作業(yè)。因?yàn)辂}移動(dòng),幾口井在約6000 ft套管出現(xiàn)了問題。后來用油基泥漿鉆了幾口井,下了直徑41/2in的13.5 lb/ft(1 lb/ft=1.488 kg/m)P-110套管通過鹽層,分兩級(jí)固井。第一級(jí)固井使用輕量添加劑;第二級(jí)固井使用含有硅粉的 G級(jí)水泥作為高溫添加劑。90年代鉆的井用直徑51/2in(而不是41/2in)套管完井。較大直徑套管為生產(chǎn)井提供了較大的環(huán)形空間以便進(jìn)行氣體分離,對(duì)注水井進(jìn)行了較復(fù)雜的完井/修井作業(yè)。2000年初鉆了幾口水平井以便開發(fā)未波及到的油層。用油基泥漿將水平井垂直鉆至Red River“B”組以上300 ft,然后側(cè)鉆水平井段。這些井是用直徑7 in套管完井的,把重型套管下過鹽層,分兩級(jí)固井。用淡水鉆裸眼水平井段,其長(zhǎng)度約為5000 ft。

與生產(chǎn)井有關(guān)的主要問題一直是氣體干擾、CO2腐蝕、乳化液和套筒損壞。生產(chǎn)井歷史一般分為3個(gè)階段:泵抽、氣體干擾和自噴。氣體干擾是產(chǎn)生的煙道氣量增加造成的。當(dāng)氣油比約為3000～8000時(shí)出現(xiàn)氣體干擾。嘗試使用了幾種減小氣體干擾的氣錨,但是后來沒有繼續(xù)使用。把回壓施加到環(huán)形空間,但是降低了采油量。最佳解決辦法是把泵下在射孔孔眼以下“鼠洞”內(nèi)至少15 ft處,使環(huán)形空間壓力保持最低。通過擠注化學(xué)劑對(duì)環(huán)形空間定期進(jìn)行化學(xué)處理以便減輕CO2腐蝕。流體分析表明,擠化學(xué)劑效果約持續(xù)3個(gè)月。沿著環(huán)形空間向下擠注CO2防腐化學(xué)劑并且嘗試給抽油桿和在油管內(nèi)涂層。在氣體干擾期間減少了因?yàn)楦g造成的油管和抽油桿損壞。但是,在自噴階段,CO2腐蝕造成了幾次油管損壞。通過用塑料涂層油管代替鋼油管消除了油管腐蝕。因?yàn)闅怏w分離的不徹底,在氣體干擾和自噴階段出現(xiàn)了乳化液?jiǎn)栴}。因?yàn)樗V化度 (可溶性固體總量為0.005～0.02),Buffalo油田采出油和水重度差別相對(duì)較小。通過在井口分離大部分氣體、在井口增加破乳劑量和在生產(chǎn)設(shè)備中心增大氣體分離器容量,減小了乳化液?jiǎn)栴}。在過去1年期間,與該項(xiàng)目以外井的＄0.15/bbl(原油)破乳劑費(fèi)用相比,HPAI項(xiàng)目的破乳劑費(fèi)用約為＄0.75/bbl。

沒有找到解決套筒損壞井的好辦法。擠扁套筒實(shí)際上是地層鹽移動(dòng)產(chǎn)生的點(diǎn)載荷造成的,地層鹽移動(dòng)使套筒變形,與擠扁的罐頭盒相似。在幾口井上進(jìn)行了一些嘗試,但不成功?？紤]使用襯管,但是因?yàn)樘淄渤叽?(41/2in)太小沒有采用這一方案。在一些情況下,把這些損壞的井用于監(jiān)測(cè)關(guān)閉的油藏壓力;在另外一些情況下,封堵和廢棄這些井。主要采用油基泥漿鉆井和下高擠毀強(qiáng)度套筒使之通過鹽層來消除套筒損壞問題。

壓縮機(jī)系統(tǒng)和注空氣井的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)是Buffalo HPAI項(xiàng)目成功的關(guān)鍵。注空氣間斷會(huì)使燃燒前緣變得無效和采油量降低。與注水井有關(guān)的主要問題是近井地層堵塞和環(huán)形空間空氣滲漏。定期進(jìn)行壓降試井和測(cè) Hall曲線以監(jiān)測(cè)地層損害。確定損害的最佳方法是進(jìn)行30 min的地面降壓試井并且與以前的試井結(jié)果進(jìn)行比較。如果井受到損害,試井的前5 min示出壓力顯著下降。損害可能是由壓縮機(jī)潤(rùn)滑油和/或氧化鐵堵塞井筒造成的。將受到損害井的注入空氣向大氣中放空15～30 min,一般能夠解決該問題。在一些情況下,對(duì)井進(jìn)行酸化可消除損害。

環(huán)形空間空氣滲漏不那么容易消除。對(duì)第一口注空氣井進(jìn)行了常規(guī)設(shè)計(jì),使用了直徑23/8in外加厚油管、密封總成、永久封隔器和封隔流體。在井眼中下油管時(shí)進(jìn)行了水試驗(yàn),下油管后對(duì)環(huán)形空間進(jìn)行了壓力試驗(yàn)。封隔流體包括緩蝕劑、除氧劑和殺蟲劑。用5000 psi的壓力表監(jiān)測(cè)環(huán)形空間壓力變化。通過小幅度提高環(huán)形空間壓力,隨后大幅度提高壓力,最后確定了所有早期注空氣井都存在環(huán)形空間滲漏問題。修井結(jié)果表明,大部分空氣滲漏出現(xiàn)在封隔器坐封部位或以上。起出油管示出了嚴(yán)重的外部氧化鐵腐蝕,在封隔器附近有像蟲一樣的金屬損失和洞。在一些情況下,發(fā)現(xiàn)油管外部腐蝕比油管柱內(nèi)嚴(yán)重。嘗試了以下幾種方法來消除或緩解空氣滲漏問題:

◇油管系統(tǒng)中采用優(yōu)質(zhì)接頭、O型接頭密封圈和防止少量空氣滲漏和腐蝕的塑料涂層;

◇給套筒內(nèi)的油管注水泥以便清除含水封隔流體;

◇更換油管絲扣的管子潤(rùn)滑油 (絲扣膠)以使絲扣膠氧化降至最低程度;

◇用氫和氦檢驗(yàn)油管接頭以更好地檢測(cè)可能的空氣滲漏;

◇用5000 psi壓力表替換1000 psi壓力表以便更快檢測(cè)出少量的空氣滲漏;

◇更換密封總成和封隔器彈性材料以使氧化降解降至最低程度,從封隔器上清除所有油漆,因?yàn)橛推嵊凶匀蝗紵呋瘎┑淖饔谩?/p>

最成功的注空氣井使用了帶有改進(jìn)的O型接頭密封圈的不加涂層鋼油管。把高閃點(diǎn)潤(rùn)滑油用于油管絲扣。用氮?dú)夂秃な聚檮z驗(yàn)每個(gè)油管接頭,壓力達(dá)到8000 psi。在每個(gè)接頭上安裝一個(gè)環(huán)繞“保護(hù)罩”,每個(gè)接頭與固定在質(zhì)譜儀的排出管線連接。用質(zhì)譜儀檢測(cè)少量氦示蹤劑。在永久性封隔器設(shè)計(jì)中使用了密封筒加長(zhǎng)接頭和異型螺紋接箍。密封筒加長(zhǎng)接頭是用抗蝕合金制成的并且能夠進(jìn)行多種密封圈組合。封隔器下面異型螺紋接箍允許用異型絲堵壓井,而不使用高成本加重流體或有負(fù)面作用的泥漿。封隔器是用抗蝕合金制成的,用高閃點(diǎn)潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑并且不涂油漆。把帶有組合密封圈的密封總成中的鎖銷固定在油管底部。鎖銷式總成防止由油管膨脹和冷卻效應(yīng)造成的從封隔器上脫離。組合密封圈是用全氟彈性材料 (Viton和Chemraz)模壓的。用3倍體積的淡水沖洗環(huán)形空間,循環(huán)含有涂層化學(xué)劑 (防止氧接觸金屬)的洗水并且循環(huán)含有殺蟲劑的封隔流體。用1000 psi的壓力表監(jiān)測(cè)環(huán)形空間壓力并且日檢小的壓力上升。進(jìn)行了反應(yīng)釜試驗(yàn)以確定在不同壓力下浸入充氣水中鋼的腐蝕速度。結(jié)果顯示,在井下溫度215℉和壓力約5500 psi下的腐蝕速度為360 mill/a。計(jì)算確定直徑23/8in 4.7 lb/ft油管和直徑41/2in 12.6 lb/ft套筒的預(yù)計(jì)穿透速度。這些計(jì)算表明,在約6個(gè)月后會(huì)在油管上出現(xiàn)洞。對(duì)從已經(jīng)滲漏了約1個(gè)月的井中起出的油管進(jìn)行的觀測(cè)表明,在底部接頭外面出現(xiàn)了嚴(yán)重腐蝕。因此,得出結(jié)論,檢測(cè)出空氣滲漏后的兩個(gè)星期內(nèi)停止向井內(nèi)注空氣,并且在封隔器以下異型螺紋接箍?jī)?nèi)下絲堵,盡快安排修井作業(yè)。以上描述的井設(shè)計(jì)和運(yùn)轉(zhuǎn)情況得到了改善,但是沒有完全消除注入井的問題。

4.3 生產(chǎn)設(shè)備

Buffalo油田的生產(chǎn)設(shè)施設(shè)計(jì)成了擁有多個(gè)衛(wèi)星設(shè)備的常規(guī)中央儲(chǔ)罐組。用把化學(xué)劑、加熱脫水器和氣體分離相結(jié)合的方法分離油、氣和水。由于采用HPAI開采技術(shù),采出氣和采出液開始增加,這時(shí)出現(xiàn)了一些問題。需安裝較大的氣體分離器和加熱脫水器以便處理增加的產(chǎn)量;添加化學(xué)劑處理腐蝕,并且增加了化學(xué)劑數(shù)量來處理乳化液?jiǎn)栴}。2007年,安裝了4個(gè)熱氧化物燃燒塔以便在1800℉時(shí)點(diǎn)燃采出的氣體。對(duì)于不同的設(shè)備來說采出氣的熱量為90～170 BTU。表2示出了來自2007年一個(gè)衛(wèi)星設(shè)備的典型氣體分析。用可移動(dòng)油氣井測(cè)試器每月或每季度對(duì)每口井進(jìn)行測(cè)試,相加測(cè)試產(chǎn)量并且與中央儲(chǔ)罐組產(chǎn)量進(jìn)行對(duì)比,確定分配系數(shù)以便校正單井測(cè)試結(jié)果。定期分析流體和氣體樣品以便獲得原油重度、原油蒸餾結(jié)果、礦化度、p H值、BTU、二氧化碳、氮和氧。原油分析顯示,一些井的原油重度增大,輕餾分減少。例如,lBRRU 14-17井的原油重度從API 31.9增大到API 34,然后減小到了API 30。一些井顯示水的礦化度稍微有所降低,但是p H值沒有很大變化。Buffalo項(xiàng)目中的所有井都顯示出氣體熱量降低了約150 BTU,燃燒氣體含量增加。在開始進(jìn)行補(bǔ)償注入后的第一年到第四年內(nèi),采出氣中的氮含量一般增加到了約80%,二氧化碳含量增加到了約14%,氮泄漏延遲了6～12個(gè)月。在注空氣28年期間,僅2口生產(chǎn)井 (WBRRU 11-25和SBRRU 12-12井)顯示,氧含量增加到約8%,這可能是因?yàn)檠a(bǔ)償注水井附近的斷層或裂縫造成的。在關(guān)井前,這些井的開采情況顯示出了燃燒過的原油氣味和嚴(yán)重的乳化液?jiǎn)栴}。最近從第三口井 (SBRRU 12-11井)中采出了氮,隨后在原來的垂直井中鉆了2個(gè)側(cè)向井段。正在對(duì)這口井進(jìn)行觀察以便找到解決這一問題的可能方法。

表2 來自WBRRU衛(wèi)星設(shè)備的氣體分析 (2007年)

5 結(jié)論

(1)1979年1月在Buffalo油田開始注空氣,連續(xù)注空氣28年。直到2007年12月向該油田注空氣約240×109ft3。在累積空氣-油比1.8×104ft3/bbl(增油量)的情況下,采出的總增油量為13.4×106bbl。

(2)項(xiàng)目的實(shí)施相對(duì)簡(jiǎn)單。采用慎重的工程作法預(yù)防和解決了大部分問題。

(3)用常規(guī)油田設(shè)備處理了該油田的增加產(chǎn)量,需要較大的分離器和較大量的破乳劑處理采出液。

(4)空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)使用高閃點(diǎn)潤(rùn)滑油,將管道內(nèi)的潤(rùn)滑油滯留量減少到最低程度和降低級(jí)間最高溫度。

(5)氣體干擾、二氧化碳腐蝕、乳化液和套筒損壞一直是生產(chǎn)井的主要問題。

(6)近井地層堵塞和環(huán)形空間空氣滲漏一直是注入井的主要問題。

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.3.004

資料來源于美國(guó)《SPE 113254》

2009-03-28)