火驅(qū)移動(dòng)式電點(diǎn)火技術(shù)研究

劉 利，張福興，楊顯志，于曉聰，張成博

(中油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

引 言

火燒油層是一種高效可行的稠油開采方式，油層點(diǎn)火技術(shù)是火燒油層開發(fā)成敗的關(guān)鍵。目前，國(guó)內(nèi)外常用的點(diǎn)火方式主要包括蒸汽點(diǎn)火、化學(xué)點(diǎn)火、井下氣體燃燒器點(diǎn)火及電點(diǎn)火。蒸汽點(diǎn)火方式成本相對(duì)較低，操作安全，但對(duì)于低溫重質(zhì)油藏較難實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火;化學(xué)點(diǎn)火技術(shù)在遼河油田應(yīng)用較為普遍，注入的化學(xué)劑在蒸汽環(huán)境下瞬間產(chǎn)生高溫點(diǎn)燃油層，但該技術(shù)縱向上點(diǎn)火效果差，多發(fā)生低溫氧化現(xiàn)象;井下氣體燃燒器點(diǎn)火可以實(shí)現(xiàn)高溫燃燒，但該技術(shù)溫度控制難，安全性差;電點(diǎn)火技術(shù)由于點(diǎn)火溫度高、可控性好等特點(diǎn)，已被國(guó)內(nèi)外油田火驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)普遍采用，但目前的捆綁式電點(diǎn)火器具有不能重復(fù)利用、工藝復(fù)雜、運(yùn)行成本高等問題。針對(duì)上述問題，研制了一種移動(dòng)式電點(diǎn)火器，并形成了完整的移動(dòng)式電點(diǎn)火工藝。該工藝簡(jiǎn)便可靠，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到稠油油藏的高溫點(diǎn)火要求，點(diǎn)火器可重復(fù)使用和帶壓起下，有效降低了火驅(qū)生產(chǎn)運(yùn)行成本。

1 工藝原理及系統(tǒng)組成

1.1 技術(shù)原理

移動(dòng)式電點(diǎn)火技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施工藝原理見圖1?，F(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)火時(shí)，先將測(cè)溫?zé)犭娕即┰椒飧羝骱筮B接在特制的喇叭口上，將喇叭口與隔熱管連接好下入井中，封隔器安裝在隔熱管與油管連接處，再順次下入油管并逐級(jí)安裝油管接箍型電纜保護(hù)器，直至設(shè)計(jì)位置;測(cè)溫電纜隨管柱下入后經(jīng)地面上的井口四通及電纜密封器引出至地面的信號(hào)采集系統(tǒng)，測(cè)溫點(diǎn)根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行布點(diǎn)。

圖1 火驅(qū)移動(dòng)式電點(diǎn)火工藝原理

待管柱完全下入后，連接井口裝置及過連續(xù)管密封裝置等。在注氣過程中，利用連續(xù)管起下裝置將電點(diǎn)火器下入到預(yù)定位置，點(diǎn)火器在隔熱管內(nèi)通電點(diǎn)火，對(duì)注入空氣進(jìn)行加熱，根據(jù)多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果調(diào)整注氣量和點(diǎn)火器功率，當(dāng)點(diǎn)火參數(shù)完全滿足方案要求后，點(diǎn)火井轉(zhuǎn)入正?；痱?qū)。待點(diǎn)火完成后，利用連續(xù)管起下裝置提出移動(dòng)式電點(diǎn)火器。

1.2 系統(tǒng)組成

移動(dòng)式電點(diǎn)火技術(shù)系統(tǒng)主要由移動(dòng)式電點(diǎn)火裝置、井下工藝管柱、井下溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及點(diǎn)火器配套起下裝置等組成。

1.2.1 移動(dòng)式電點(diǎn)火裝置

移動(dòng)式電點(diǎn)火裝置主要由電點(diǎn)火器及功率調(diào)節(jié)裝置組成，移動(dòng)式電點(diǎn)火器采用MI電纜制作工藝，以鎳鉻絲作為加熱電阻，通電后在電流的焦耳效應(yīng)作用下，將電能轉(zhuǎn)變成熱能并對(duì)注入的空氣介質(zhì)加熱，通過高溫空氣點(diǎn)燃油層。電點(diǎn)火器整體外徑為25.4 mm，額定功率為80 kW，工作溫度達(dá)到800℃。電點(diǎn)火器纏繞在滾筒上，可反復(fù)使用，現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)火時(shí)，可以根據(jù)設(shè)計(jì)的點(diǎn)火位置自由移動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)分段、分層點(diǎn)火。

功率調(diào)節(jié)裝置是電點(diǎn)火供電裝置的核心部分，可根據(jù)油層的點(diǎn)火溫度，進(jìn)行加熱功率的無級(jí)調(diào)節(jié)，從而滿足不同溫度的點(diǎn)火要求。

1.2.2 井下工藝管柱

火驅(qū)移動(dòng)式電點(diǎn)火工藝管柱主要包括專用喇叭口、隔熱管、過測(cè)溫電纜封隔器、油管及接箍型過電纜保護(hù)器(圖2)。喇叭口為特殊制作的專用喇叭口，主要用來固定保護(hù)測(cè)溫?zé)犭娕?，并防止電點(diǎn)火器發(fā)生落井事故;隔熱管下深與移動(dòng)式電點(diǎn)火器熱端下深位置匹配，有效地降低了點(diǎn)火過程中所造成的散熱損失;過電纜封隔器采用熱力坐封方式，坐封溫度為225℃，通過向上移動(dòng)點(diǎn)火器，加熱封隔器，實(shí)現(xiàn)坐封。在點(diǎn)火過程中起隔熱作用，可降低熱耗、保護(hù)套管;在正常注氣階段起隔氣作用，防止氧氣對(duì)管柱的氧化腐蝕;同時(shí)，為測(cè)溫電纜提供通道。

1.2.3 井下溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

測(cè)溫?zé)犭娕疾捎醚趸V填充的絕緣方式，最高耐溫為700℃，精度范圍為±1℃，熱電偶捆綁在注氣管柱外側(cè)下至喇叭口處。測(cè)溫點(diǎn)可根據(jù)需要設(shè)置，通常至少在封隔器以上1 m左右、隔熱管外側(cè)和喇叭口處設(shè)置3個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。井下溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為點(diǎn)火過程中封隔器的坐封驗(yàn)封、電加熱器及電纜的保護(hù)、各加熱階段加熱功率的調(diào)控提供了依據(jù)，是實(shí)現(xiàn)高溫電點(diǎn)火的關(guān)鍵，為火驅(qū)的成功實(shí)施提供指導(dǎo)依據(jù)。

圖2 移動(dòng)式電點(diǎn)火井下工藝管柱

1.2.4 點(diǎn)火器配套起下裝置

該裝置主要由電動(dòng)滾筒、導(dǎo)向器、注入頭裝置、連續(xù)管井口密封裝置、計(jì)深裝置及電控裝置等組成。點(diǎn)火時(shí)，通過注入頭向下的摩擦力將點(diǎn)火器下入到指定位置，完成點(diǎn)火后，通過滾筒的收卷力及注入頭向上的摩擦力順利提出點(diǎn)火器。該裝置可提供30 kN的注入力和65 kN的上提力，起下速度為0～1 200 m/h，可以安全、準(zhǔn)確、快速地實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式電點(diǎn)火器的帶壓起下。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2013年11月14日，在遼河油田曙1-39-041井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。按照試驗(yàn)方案要求，本次試驗(yàn)的點(diǎn)火過程分為3個(gè)階段。

(1)初期預(yù)熱階段。注氣量為3 000～3 500 m3/d，點(diǎn)火器出口空氣溫度設(shè)計(jì)為150～200℃，主要作用是預(yù)熱油層，驅(qū)替近井地帶水分及輕組分;點(diǎn)火期間向上移動(dòng)點(diǎn)火器，將封隔器加熱至250℃實(shí)現(xiàn)熱力坐封，然后恢復(fù)原位。

(2)點(diǎn)火階段。注氣量為4 500～5 000 m3/d，點(diǎn)火器出口溫度為350℃左右，該階段作用是使水分蒸餾并加熱油層，點(diǎn)燃稠油部分重組分。

(3)加強(qiáng)點(diǎn)火階段。注氣量為6 500 m3/d，點(diǎn)火器出口溫度為450～520℃，點(diǎn)燃近井地帶焦炭，促進(jìn)火線前緣快速擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)油層高溫燃燒。

根據(jù)試驗(yàn)方案要求，點(diǎn)火器下至油層段914.5 m處，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置3個(gè)測(cè)溫點(diǎn):914、915 m處測(cè)溫點(diǎn)主要用來監(jiān)測(cè)點(diǎn)火器的出口空氣溫度;865 m處測(cè)溫點(diǎn)監(jiān)測(cè)封隔器上界面油套環(huán)空溫度?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際點(diǎn)火溫度監(jiān)測(cè)曲線見圖3。

圖3 曙1-39-041井下三點(diǎn)溫度實(shí)測(cè)曲線

由圖3可知，在試驗(yàn)期間，點(diǎn)火器出口的空氣溫度完全達(dá)到方案設(shè)計(jì)要求，特別是點(diǎn)火加強(qiáng)階段，點(diǎn)火器出口空氣溫度最高達(dá)527.6℃，充分達(dá)到高溫燃燒的條件;865 m處的測(cè)溫點(diǎn)除了在封隔器坐封階段達(dá)到248.9℃外，其他階段均低于105℃，表明封隔器起到了較好的保溫隔熱作用，防止了高溫空氣進(jìn)入油套環(huán)空，避免了油、套管的氧化腐蝕。

3 結(jié)論

(1)采用MI電纜整體拉拔制作工藝制作的等徑連續(xù)管電點(diǎn)火器，不僅實(shí)現(xiàn)了高溫點(diǎn)火，還可以在注氣過程中自動(dòng)移動(dòng)，反復(fù)使用。

(2)移動(dòng)式電點(diǎn)火工藝管柱可在點(diǎn)火過程中起隔熱作用，可降低熱耗、保護(hù)套管;在正常注氣階段可起隔氣作用，防止氧氣對(duì)管柱的氧化腐蝕;同時(shí)，為測(cè)溫電纜提供了通道和依托。

(3)井下溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為點(diǎn)火過程中封隔器的坐封驗(yàn)封、電加熱器及電纜的保護(hù)、各加熱階段溫度的調(diào)控提供了依據(jù)，是實(shí)現(xiàn)高溫電點(diǎn)火的關(guān)鍵。

(4)配套的起下裝置可實(shí)現(xiàn)電點(diǎn)火器的帶壓起下，為電點(diǎn)火器的重復(fù)使用提供了保障。

(5)以等徑連續(xù)管電點(diǎn)火器系統(tǒng)、電點(diǎn)火工藝管柱、井下溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及配套的起下裝置為載體的火驅(qū)移動(dòng)式電點(diǎn)火技術(shù)，為火燒油層開采工藝提供了一種高效的點(diǎn)火方法，對(duì)實(shí)現(xiàn)油層的高溫燃燒、提高火驅(qū)效果將發(fā)揮重要的作用，具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1]王彌康，張毅，黃善波.火燒油層熱力采油[M].東營(yíng):石油大學(xué)出版社，1985:5-20，149.

[2]張敬華，楊雙虎，王慶林.火燒油層采油[M].北京:石油工業(yè)出版社，2000:11-17，19-25.

[3]邢景奎，苗崇良.高3-6-18塊火驅(qū)采油數(shù)值模擬研究[J]. 特種油氣藏，2009，16(3):62-64.

[4]郎兆新.油藏工程基礎(chǔ)[M].東營(yíng):石油大學(xué)出版社，1991:24-25.

[5]岳清山，王艷輝.火驅(qū)采油方法的應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社，2000:117-132.

[6]劉慧卿，范玉平，等.熱力采油技術(shù)原理與方法[M].東營(yíng):石油大學(xué)出版社，2000:55-56.