稠油水平井注蒸汽開采工藝優(yōu)化對策

曹繼鋒

摘 要：稠油由于其在油層中的粘度很高，滲流阻力大，舉升難度大，常規(guī)開發(fā)產(chǎn)能低，含水上升速度快，動用程度低，最終采收率低，因而用常規(guī)開采方法難以實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效的開發(fā)。目前稠油開采的主要方法有冷采和熱采兩大類方法，冷采稠油方法包括：無砂冷采、出砂冷采、注煙道氣等方法。熱采稠油方法包括：蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、熱水驅(qū)、火燒油層、蒸汽輔助重力泄油和電加熱等方法，而其中蒸汽吞吐是目前開采稠油最主要的技術(shù)。

關(guān)鍵詞：稠油；水平井；蒸汽；設(shè)計

水平井注蒸汽開采稠油可以提高油層吸氣能力，加速井筒到油藏之間的熱傳遞，提高波及系數(shù)，增加原油的流動能力，提高生產(chǎn)井的生產(chǎn)能力；同時水平井注蒸汽可以不用壓裂而將蒸汽大面積注入油藏，提高了注入蒸汽同稠油之間的接觸面積，從而提高了從井筒到低溫油藏的熱傳導(dǎo)效應(yīng)。因此，在石油資源日益緊張的今天，在基于實際地質(zhì)條件以及技術(shù)水平的基礎(chǔ)上，開發(fā)出適合應(yīng)用的水平井蒸汽稠油開采的工藝技術(shù)，能有效的提高稠油開采率，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

水平井注蒸汽開采方式包括水平井蒸汽吞吐、水平井蒸汽驅(qū)、蒸汽輔助重力泄油。水平井蒸汽的采油機(jī)理主要表現(xiàn)在降低原油粘度、原油重力泄油和流體驅(qū)替的相互結(jié)合，使原油被驅(qū)出或被攜帶出。蒸汽吞吐通常作為注蒸汽開采的第一階段，主要有兩個作用：一是降低原油粘度、增加原油流動能力，提高波及體積；二是使油層壓力下降，作為蒸汽驅(qū)及蒸汽輔助重力驅(qū)的預(yù)熱階段，可以使注采井之間形成熱聯(lián)通，為下一步驅(qū)替創(chuàng)造有利條件。

蒸汽吞吐主要依靠油層的天然能量將降粘的原油驅(qū)動到井底，當(dāng)蒸汽吞吐達(dá)到一定程度，隨著油層壓力下降，油井產(chǎn)量下降、油氣比降低，要進(jìn)一步提高原油采收率，則需要轉(zhuǎn)入蒸汽驅(qū)。針對不同原油粘度的油藏，注采井距需要優(yōu)化來選擇經(jīng)濟(jì)合理的井距。

水平井注蒸汽開采的注采工藝參數(shù)主要包括：注汽速度、周期注氣量、注汽干度、生產(chǎn)井排液速度、蒸汽吞吐轉(zhuǎn)汽驅(qū)時機(jī)、蒸汽驅(qū)結(jié)束油氣比等。這些參數(shù)可由油藏工程計算、數(shù)值模擬、類比等方法得出，并結(jié)合現(xiàn)場實際操作條件確定。隨著稠油開發(fā)和水平井技術(shù)的不斷發(fā)展，水平井以其射孔井段長，儲層動用程度大，能量利用率高等特點(diǎn)被廣泛運(yùn)用于稠油開采領(lǐng)域。由于沿水平井段壓力變化，儲層滲透率差異以及在老區(qū)沿水平井段剩余油分布不均勻等原因?qū)е铝嗽诔碛退骄⑵麜r水平井段橫向上吸汽不均勻蒸汽沿著更容易進(jìn)入的地層突進(jìn) 難以實現(xiàn)蒸汽的均勻注入，降低了注汽效果。因此，如何提高稠油水平井注汽效率，達(dá)到水平井開發(fā)稠油油藏應(yīng)有的效果，是一項亟待解決的技術(shù)難題。

1.熱采水平井管柱優(yōu)化設(shè)計

1.1 設(shè)計原理

常規(guī)的熱采水平井開發(fā)稠油工藝包括單管柱注汽工藝、雙管或同心管柱注汽工藝。單管注汽工藝水平段集中吸汽現(xiàn)象嚴(yán)重，高溫區(qū)域集中分布于注汽點(diǎn)附近，水平動用程度差，注汽效率很低。雙管或同心管柱注汽工藝實現(xiàn)了水平段跟端和趾端同時分別注汽，一定程度上提高了注汽效率，但是水平段中部的注汽效果依然不理想。以上的常規(guī)注汽工藝均存在因水平段壓力失衡而引起的蒸汽互竄，蒸汽沿著阻力小的儲層突進(jìn)，水平段集中吸汽現(xiàn)象突出嚴(yán)重，影響了注汽的效率。

通過研究分析發(fā)現(xiàn)，注汽點(diǎn)是制約目前水平井注汽效率的關(guān)鍵因素，要解決水平井橫向上吸汽不均勻的問題，必須適當(dāng)增加注汽管柱上注汽點(diǎn)的個數(shù)，并且每個注汽點(diǎn)間應(yīng)進(jìn)行有效地封隔，形成獨(dú)立的蒸汽壓力腔室，各腔室中蒸汽以相同的注汽量均衡地向儲層推進(jìn)，徹底消除蒸汽互竄的影響，從根本上解決水平段橫向上吸汽不均勻的問題，提高注汽效率。

1.2 管柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

為了滿足水平段均勻注汽的要求，我們對熱采水平井完井管柱和注汽管柱進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。

1） 完井管柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

為了有效防止水平段蒸汽互竄對蒸汽注入的影響，在常規(guī)完井管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，配套了抗高溫管外裸眼封隔器，封隔了裸眼與篩管之間的環(huán)空。該封隔器密封件選用了能夠滿足熱采井高溫要求的特殊密封材料，座封方式突破了常規(guī)水力坐封的限制，組裝方便操作簡單，性能可靠。

2） 注汽管柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

按照水平段均勻注汽的理念，根據(jù)儲層的條件適當(dāng)?shù)卦黾恿俗⑵苤⑵椎膫€數(shù)，各個注汽孔之間配套了注汽封隔器，有效地封隔了注汽管柱和篩管之間的環(huán)空，抗高溫裸眼管外封隔器和注汽封隔器一一對應(yīng)，最終在水平段上形成了一個個獨(dú)立的蒸汽腔室，為蒸汽的均勻注入奠定了基礎(chǔ)，其中抗高溫裸眼管外封隔器的個數(shù)與注汽封隔器的個數(shù)相適應(yīng)。

通過對以上完井管柱和注汽管柱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，熱采水平井管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計蒸汽從注汽管柱均勻地分配到各個腔室中，在蒸汽腔室與儲層壓差的推動下均衡地向儲層遠(yuǎn)端推進(jìn)，實現(xiàn)了熱采水平井均勻注汽。

2 水平井非均質(zhì)儲層蒸汽分配模型

2.1 基本原理

由于熱采水平井地層非均質(zhì)的影響 通過注汽孔注入儲層的蒸汽往往是不均勻的，為了達(dá)到蒸汽均勻注入的目的，流經(jīng)各個注汽孔的蒸汽量Q必須滿足以下條件：

Q1 =Q2 =…=Qn

式中：Q1 、Q2 、……Qn為各段注汽量。

由于儲層非均質(zhì)性的影響，水平段橫向和縱向上滲透率的差異使得各個蒸汽腔室所影響到的遠(yuǎn)端地層壓力可能會有所不同，甚至壓力差異很大，即屬于不同的壓力系統(tǒng)。

在注汽過程中，由于摩擦阻力的影響，沿水平段注汽管段上注汽壓力呈下降的趨勢，蒸汽通過注汽孔是一個節(jié)流降壓的過程，不同的注汽孔泄流面積會產(chǎn)生不同的壓力降，從而影響到各注汽孔之間的蒸汽分配。因此，必須對儲層條件、注汽過程壓力變化及注汽孔泄流面積進(jìn)行綜合的計算分析，才能保證蒸汽均勻地注入儲層。

2.2 注汽孔前后壓力計算

蒸汽從蒸汽發(fā)生裝置進(jìn)入井筒，沿水平段流動，再到最終注入儲層是一個壓力逐漸降低的過程，要使蒸汽能夠穩(wěn)定地注入儲層，流經(jīng)注汽孔后形成的孔后壓力一定要大于原始地層壓力，注汽孔孔后壓力與原始地層壓力之間的壓力差，后面簡稱為注汽壓差，是蒸汽能夠順利注入儲層的先決條件。在儲層條件一定的情況下，蒸汽注入量和注汽壓差呈正比關(guān)系因各段的蒸汽注入量都相等，因此可通過注汽壓差計算得到注汽孔孔后壓力。在蒸汽注入量一定的條件下，注汽孔孔前壓力與孔后壓力的壓差越大，注汽孔的等效泄流面積也就越小。因此，注汽孔等效泄流面積的確定必須與節(jié)流壓降聯(lián)系起來。