蒸汽發(fā)生器在海洋探井測試中應用

趙啟彬，楊 子，馮衛(wèi)華，張興華，施 洋，高科超，錢大偉，盧中原

（1.中海石油（中國）有限公司 勘探部，北京100010；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津300452；3.中海石油（中國）有限公司 天津分公司，天津300452）

蒸汽發(fā)生器在海洋探井測試中應用

趙啟彬1，楊 子2，馮衛(wèi)華3，張興華2，施 洋2，高科超2，錢大偉2，盧中原2

（1.中海石油（中國）有限公司 勘探部，北京100010；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津300452；3.中海石油（中國）有限公司 天津分公司，天津300452）

介紹了蒸汽發(fā)生器的工作原理，分析了其在海上油田稠油探井測試工藝中的應用情況。作業(yè)實踐表明，該設備能滿足多元熱流體吞吐作業(yè)的要求，并大幅降低設備投入費用和運行成本。通過實施多元熱流體吞吐熱采測試作業(yè)，可充分釋放海上稠油油藏產(chǎn)能。

蒸汽發(fā)生器；海上開采設備；應用

隨著渤海油田勘探開發(fā)進程的加快，區(qū)域勘探開發(fā)程度日益提高，難度不斷加大，而稠油作為渤海原油儲量中重要組成部分，其勘探開發(fā)問題已經(jīng)迫在眉睫。多元熱流體吞吐熱采技術(shù)作為稠油開采的方法之一，由于效果顯著，其越來越被重視。在海上油田稠油探井測試作業(yè)中，由于稠油具有黏度高、密度大、在地層中流動阻力大［1］等特點，決定了稠油油藏在測試求產(chǎn)過程中表現(xiàn)為地飽壓力低、通常不能自溢、出砂壓差低、稠油到井口溫降后難以流動、脫氣時間長，最終難以獲得商業(yè)性產(chǎn)能，而多元熱流體吞吐技術(shù)作為稠油熱采的核心技術(shù)，其所使用的蒸汽發(fā)生器便是起到了重要作用。該裝置利用其產(chǎn)生的高溫高壓二氧化碳、氮氣、水蒸氣攜帶大量燃燒熱量形成復合熱載體，通過多元熱流體吞吐技術(shù)的實施，成功地達到了稠油探井測試的目的，有效地解放了稠油油藏的產(chǎn)能，為儲量申報和ODP的編制夯實了堅定的基礎。

1 流程簡介

蒸汽發(fā)生器主要由氣體發(fā)生器、高壓空氣、油、水供給系統(tǒng)、全自動電腦監(jiān)控系統(tǒng)及機箱等組成。其主體設備為蒸汽發(fā)生器，主要由燃燒室和混合室構(gòu)成，它充分利用了火箭動力發(fā)生器的燃燒噴射機理，在高壓燃燒室中以工業(yè)柴油（原油或天然氣）為燃燒劑、高壓空氣為氧化劑，在高壓條件下點火燃燒，形成高溫氣體，再噴入混合室與噴入的高壓水摻混，通過熱交換產(chǎn)生水蒸氣、氮氣和二氧化碳的混合氣，在高溫、高壓下高速注入油層［2］，以增加油層內(nèi)壓力和熱能，降低原油黏度，提高驅(qū)油效率，進而增加油田采收率。多元熱流體在蒸汽發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、形成及注入流程如圖1～3所示。

圖1 蒸汽發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖2 多元熱流體形成及注入流程示意

圖3 拖三型蒸汽發(fā)生器及流程示意

該蒸汽發(fā)生器向油層注入高溫、高壓混合氣，可對石油熱采產(chǎn)生熱力、壓力和其他物理化學作用。由該蒸汽發(fā)生器向油層輸入高溫、高壓的混氣體作為驅(qū)油介質(zhì)，注入體積非常大、波及范圍廣，且具有彈性、驅(qū)替作用強、可較快提高地層壓力，同時輸入氣體溫度高，特別是含有相當比例的不凝氣體N2和CO2，可有效降低原油黏度，增加原油流動性能，降低殘余油飽和度，并提高蒸汽波及系數(shù)，補充地層能量等［3-4］。

該設備在具體應用過程中，可以根據(jù)不同油藏的變化情況，在注入氣體中分別加入耐高溫起泡劑、瀝青膠質(zhì)溶劑及其他化學制劑等，以增進采油效果。多元熱流體吞吐技術(shù)與常規(guī)蒸汽吞吐熱采技術(shù)比較，更有增產(chǎn)效果。注入油層中的大量熱能能大幅度降低原油黏度，而且CO2及溶劑溶解于原油也提高了其流動性。產(chǎn)生的泡沫流能夠控制氣體竄流、擴大加熱帶體積，N2等非凝結(jié)氣體不僅擴大掃油體積，而且在注熱流體后，開井回采時，助排、解堵，提高回采水率，這種綜合增產(chǎn)效果在很大程度上優(yōu)于常規(guī)注蒸汽技術(shù)。

圖4列舉出了目前海上油田稠油探井熱采測試常用的3種蒸汽發(fā)生器。

圖4 海上油田常用的蒸汽發(fā)生器

2 設備特點及增油機理

蒸汽發(fā)生器工作過程中，其壓力（最高為亞臨界壓力）、溫度、流量等多種參數(shù)可調(diào)，并可實現(xiàn)自動、手動控制方式自由切換，現(xiàn)場全過程自動控制及遠程監(jiān)控，工作穩(wěn)定、性能可靠，完全可以滿足不同油藏注入工藝的各種需要。

水蒸汽、氮氣、二氧化碳、化學制劑等的綜合增產(chǎn)作用，已被多種組合現(xiàn)場試驗所證實。表1列舉了多元熱流體主要成分及其作用。

表1 多元熱流體主要成分作用解析

3 多元熱流體吞吐技術(shù)特點

1） 提高油藏采收率。據(jù)研究資料分析、物模研究、數(shù)模計算及現(xiàn)場試驗所得到的研究結(jié)果，該技術(shù)對國內(nèi)已陸續(xù)進入高含水、高產(chǎn)出的大慶、勝利、新疆、遼河等各大油田油藏具有較為普遍的實用性，可在現(xiàn)有油藏基礎上進一步提高采收率，提高原油產(chǎn)量數(shù)億噸。

2） 注入體積大。地層壓力可快速提高到一個新的水平。蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的混合氣中含有大量的氮氣和二氧化碳，由于氣體體積非常大，且具有可壓縮性，可向地層提供較大的勢能，迅速使地層壓力提高到所需要的水平。

3） 高效節(jié)能，降低成本。同體積蒸汽發(fā)生器的成本低于高壓鍋爐成本，更換燃料后，其使用成本將更低，可以滿足現(xiàn)有稠油及稀油油藏的經(jīng)濟評價要求。此外，蒸汽發(fā)生器為集裝箱式或集成式裝備，可隨時靈活地轉(zhuǎn)移和安裝，工藝簡單，配套方便，因此，可以彌補蒸汽鍋爐的某些不足，進而進一步節(jié)約供氣成本。

4） 無環(huán)境污染。無論注水還是注高壓蒸汽都要消耗大量的水資源，進而增加水處理費用；同時高壓鍋爐在使用過程中還會向大氣中排出大量的二氧化碳等氣體，惡化周圍環(huán)境。使用蒸汽發(fā)生器則不同，蒸汽發(fā)生器將全部燃燒物質(zhì)直接注入地下，用水少，效率高，不但可以節(jié)約大量水資源，而且無任何遺留物，可以節(jié)約大量環(huán)保費用。

5） 提高能源利用效率，可實現(xiàn)資源綜合利用。蒸汽發(fā)生器工作過程中，由于將燃燒產(chǎn)物中通常含有約10%的剩余能量直接注入地下，提高了能源利用率，因而進一步節(jié)約了能源。

4 應用分析

渤海油田XX區(qū)塊是2條近于東西走向的U型斷層所控制的斷塊構(gòu)造，儲層理想、油層集中、儲量大，測試層段經(jīng)過常規(guī)測試無產(chǎn)能，產(chǎn)能無法得到動用。2013年在該構(gòu)造鉆探A井準備進行多元熱流體吞吐熱采測試，后對A井進行了數(shù)值模擬。從模擬結(jié)果看，隨著多元熱流體注入量的增加，累計產(chǎn)量隨著增加。在注入量超過2 000 m3后，累計產(chǎn)油增加幅度變小，建議注入量選2 000 m3。模擬數(shù)據(jù)如圖5～8，表2～3。

圖5 注入溫度對累產(chǎn)油量的影響曲線

圖6 注入溫度對日產(chǎn)油的影響曲線

表2 多元熱流體不同注入量的生產(chǎn)效果預測

表3 數(shù)模優(yōu)化結(jié)果

圖7 多元熱流體不同注入量下的日產(chǎn)油

圖8 多元熱流體不同注入量下的累產(chǎn)油

2013-06-27 開始注熱作業(yè)，XX區(qū)塊注熱結(jié)束，注入溫度240℃，注入水量2 000 t，達到設計方案要求。燜井48 h后，開始放噴。生產(chǎn)數(shù)據(jù)如表4～5。

表4 實際施工參數(shù)

表5 2013-06燜井放噴后測試數(shù)據(jù)

通過蒸汽發(fā)生器在海上油田稠油探井測試工藝中實際應用和測試放噴數(shù)據(jù)分析得出：達到了測試求取地層產(chǎn)能、獲得地層物性資料的目的，為后期ODP編制開發(fā)提供了詳實有效的地層資料。

5 結(jié)論

1） 蒸汽發(fā)生器為節(jié)能、環(huán)保產(chǎn)品，可顯著提高稠油的采收率，并節(jié)約設備投資與運行費用，有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。它具有的諸多作業(yè)優(yōu)勢，可滿足海上油田稠油探井熱采測試作業(yè)要求。

2） 多元熱流體吞吐技術(shù)適合海上油田稠油探井測試作業(yè)，為諸多在常規(guī)測試作業(yè)中得不到工業(yè)油流的稠油油藏找到了更好的評價方法，能充分釋放海上稠油油藏的產(chǎn)能。

［1］ 李鵬飛.稠油開采技術(shù)現(xiàn)狀及展望［J］.油氣田地面工程，2009，28（2）：9-10.

［2］ 孫玉豹，孫永濤，林濤.渤海油田多元熱流體吞吐自噴期生產(chǎn)控制［J］.石油化工應用，2012，31（5）：10-12.

［3］ 付美龍，張鼎業(yè).CO2在遼河油田杜84塊超稠油中的溶解性研究［J］.鉆采工藝，2006，29（2）：l04-107.

［4］ 李睿姍，何建華，唐銀明，等.稠油油藏氮氣輔助蒸汽增產(chǎn)機理試驗研究［J］.石油天然氣學報，2006；28（1）：72-75.

［5］ 王雪飛，楊岐年，趙啟彬.多元熱流體吞吐技術(shù)在海洋稠油探井測試中的應用［J］.油氣井測試，2011，20（3）：35-36.

Application and Research of Steam Gas Generator in Offshore Oil Exploration Well Testing

ZHAO Qi-bin1，YANG Zi2，F(xiàn)ENG Wei-hua3，ZHANG Xing-hua2，SHI Yang2，
GAO Ke-chao2，QIAN Da-wei2，L U Zhong-yuan2（1.Explor ation Depart ment，CNOOC （China）Ltd.，Beijing 100010，China；2.CNOOC Ener Tech-Drilling&Production Co.，Tianjin 300452，China；3.Tianjin Br anch，CNOOC（China）Lt d.，Tianjin 300452，China）

The wor king mechanis m of steam gas generator is intr oduced and its application condition in offshore heavy oil exploration well testing technology is analyzed.Wor king practice shows t hat t he device can meet the needs f or carr ying out multiple t her mal fl uid t hr oughput operations.It not only drastically decrease input and running cost，but also f ully liberate productivity of offshore heavy oil reser voir by t he i mplement of multiple t her mal fl uid t hroughput t her mal recover y test operation.

steam generator；offshore pr oduction equip ment；application

TE952

B

1001-3482（2014）06-0069-05

2013-12-18

趙啟彬（1980-），男，山東煙臺人，2004年畢業(yè)于中國石油大學（華東）資源勘查工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事測試作業(yè)管理、測試工藝研究，E-mail：zhaoqb＠cnooc.co m.cn。