稠油熱采測試井口防噴系統(tǒng)隔熱降溫裝置研制

黃 佳，李孟超，鄒 琦，姜曉君

(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)①

稠油熱采測試井口防噴系統(tǒng)隔熱降溫裝置研制

黃 佳，李孟超，鄒 琦，姜曉君

(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)①

海上油田稠油熱采的開發(fā)，需要錄取井下數(shù)據(jù)資料，對油藏提供井下動態(tài)數(shù)據(jù)的支持。由于鋼絲試井防噴系統(tǒng)無法承受熱采開發(fā)過程中產(chǎn)生的高溫蒸汽和熱流體，不能在熱采井中應(yīng)用。研制了一種稠油熱采測試井口防噴系統(tǒng)隔熱降溫裝置，形成了一套完善的海上油田熱采測試工藝技術(shù)，解決了海上油田高溫熱采井井下資料錄取的難題。可對油藏注熱方案的制定及熱采開發(fā)提供技術(shù)指導(dǎo)。

稠油熱采；高溫蒸汽；測試；防噴系統(tǒng)；隔熱降溫裝置

海上油田稠油資源豐富，符合熱采條件的稠油地質(zhì)儲量達9.8×108m3。2010年，中海油對熱采測試鋼絲作業(yè)防噴系統(tǒng)密封工藝進行立項研究，提出了高溫蒸汽和熱流體[1]環(huán)境下密封橡膠熱物理特性研究為關(guān)鍵技術(shù)，并采用杜邦耐高溫橡膠，完成了鋼絲作業(yè)防噴系統(tǒng)的(防噴盒、防噴器等)改進，實現(xiàn)了耐溫等級327 ℃的鋼絲試井防噴系統(tǒng)研發(fā)，并成功應(yīng)用在渤海灣南堡35-2油田的276 ℃多元熱流體注熱測試作業(yè)中[2]；2013-12，在渤海灣旅大油田27-2平臺A22h蒸汽吞吐先導(dǎo)性實踐[3]注熱階段進行鋼絲作業(yè)熱采測試過程中，采用耐溫等級327 ℃的防噴系統(tǒng)，由于高溫注熱蒸汽接近350 ℃。造成鋼絲試井防噴系統(tǒng)橡膠密封多處發(fā)生泄漏，測試作業(yè)被迫終止，井下數(shù)據(jù)錄取工作失敗。

針對海上油田超高溫環(huán)境下的稠油熱采測試，需要對防噴系統(tǒng)進行改進，研發(fā)隔熱降溫裝置，使高溫注熱蒸汽到達防噴系統(tǒng)橡膠密封位置前，溫度被降至300 ℃以下，提升防噴系統(tǒng)的耐溫等級。通過設(shè)計井口隔熱和降溫裝置，形成了一套完善的海上油田熱采測試防噴系統(tǒng)工藝技術(shù)，為海上稠油的高效開發(fā)提供有效的技術(shù)方案，為熱力采油提供指導(dǎo)，在節(jié)約能源的同時提高油田采收率。

1 井口隔熱降溫裝置

1.1 法蘭連接式升高管

1.1.1 工作原理

圖1 法蘭連接式升高管

1.1.2 法蘭結(jié)構(gòu)及材質(zhì)

法蘭的尺寸應(yīng)與稠油熱采專用采油樹結(jié)構(gòu)保持一致，為保證高溫蒸汽的密封性，法蘭與油管連接后的焊接為其關(guān)鍵技術(shù)。法蘭的技術(shù)要求如表1。

表1 法蘭技術(shù)要求

1.2 隔熱短節(jié)——金屬密封式BOP

1.2.1 工作原理

金屬密封式BOP如圖2所示。側(cè)蓋與本體之間要求采用載絲法蘭連接方式，采用金屬密封，通過側(cè)翼旋桿實現(xiàn)內(nèi)部金屬閘板的移動。要求?2.7 mm(0.108英寸)和?3.2 mm(0.125英寸)直徑的試井鋼絲能夠自由通過防噴器閘板，在不剪切鋼絲的前提下盡量減小閘板間的間隙，最大限度縮小介質(zhì)過流面積，以實現(xiàn)隔熱降溫作用[5-8]。

圖2 金屬密封式BOP結(jié)構(gòu)

1.2.2 關(guān)鍵技術(shù)

閘板全部采用金屬材料結(jié)構(gòu)，厚度40～50 mm；本體上下為法蘭結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)防噴系統(tǒng)一體連接。金屬密封式BOP技術(shù)要求如表2。

表2 金屬密封式BOP技術(shù)要求

1.3 井口循環(huán)降溫裝置

1.3.1 工作原理

循環(huán)短節(jié)是利用普通油管加裝外部水套，上下各開一孔，通過注入海水逆流循環(huán)吸收管內(nèi)熱量，實現(xiàn)防噴系統(tǒng)內(nèi)流體降溫作用。如圖3所示。

圖3 井口循環(huán)降溫短節(jié)結(jié)構(gòu)

1.3.2 循環(huán)降溫短節(jié)

將350 ℃的高溫蒸汽降至280 ℃以下，循環(huán)短節(jié)環(huán)形空間尺寸的選擇決定降溫效果。按照采油樹出口蒸汽壓力40 MPa，循環(huán)水30 ℃，注入速度1 m/s，通過傳熱過程中熱力學能的變化，徑向熱傳導(dǎo)公式及Churchill-bernstein關(guān)系式進行計算，并利用FLUENT建立流動模型，進行流場傳熱模擬[9-10]，得到循環(huán)降溫短節(jié)技術(shù)參數(shù)如表3。

表3 循環(huán)降溫短節(jié)技術(shù)要求

2 現(xiàn)場應(yīng)用

2015-04，渤海灣旅大油田27-2平臺A23h井進行蒸汽吞吐稠油熱采。在注熱前期，注熱穩(wěn)定期和燜井階段分別進行鋼絲5參數(shù)測試及取樣作業(yè)，井口隔熱降溫裝置為此次測試作業(yè)的順利進行奠定了良好基礎(chǔ)。

2.1 隔熱降溫總成連接方式

在旅大27-2A23h井熱采作業(yè)鋼絲試井過程中，防噴系統(tǒng)總成連接方式如圖4。通過法蘭鋼圈密封整體與采油樹頂部結(jié)構(gòu)相連，兩級金屬BOP對井內(nèi)高溫蒸汽進行隔熱限流，通過循環(huán)短節(jié)對隔熱后的蒸汽再次降溫，注入泵進行海水冷循環(huán)，通過升高管到達耐高溫橡膠BOP之前實現(xiàn)整體降溫，保證鋼絲測試過程中的防噴可靠性。

圖4 防噴系統(tǒng)總成連接方式示意

2.2 效果評價

在注熱過程中，啟動注入泵進行循環(huán)降溫短節(jié)海水冷循環(huán)，關(guān)閉兩級金屬BOP閘板，進行隔熱限流，準備就緒后打開采油樹閥門使其與防噴系統(tǒng)連通。井口溫度場穩(wěn)定后，通過紅外線測溫儀對防噴系統(tǒng)總成各關(guān)鍵位置溫度進行測量并記錄，如表4。

表4 防噴系統(tǒng)總成關(guān)鍵點溫度數(shù)據(jù)表

通過對溫度數(shù)據(jù)分析，熱采測試井口防噴系統(tǒng)隔熱降溫裝置效果明顯，成功進行了多趟鋼絲試井作業(yè)，防噴系統(tǒng)無蒸汽泄漏現(xiàn)象。

3 結(jié)論

1) 通過現(xiàn)場應(yīng)用，熱采測試井口防噴系統(tǒng)隔熱降溫裝置各組成部件材質(zhì)、力學性能等滿足設(shè)計要求，適合海上平臺試井防噴系統(tǒng)連接方式。

2) 防噴系統(tǒng)隔熱降溫裝置在采油樹井口蒸汽壓力16 MPa、溫度350 ℃的注入條件下，經(jīng)金屬防噴器隔熱限流、循環(huán)降溫短節(jié)循環(huán)降溫后，溫度降至280 ℃以下，滿足防噴要求。

3) 形成了一套適合海上油田稠油熱采測試的井口防噴系統(tǒng)工藝技術(shù)，解決了海上油田高溫熱采井井下數(shù)據(jù)資料錄取的難題，具有較好的社會及經(jīng)濟效益。

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Development of Heat Insulation and Cooling Device of Wellhead BOP System for Heavy Oil Thermal Recovery Testing

HUANG Jia，LI Mengchao，ZOU Qi，JIANG Xiaojun

(Ener Tech-drilling & Productio Co.，CNOOC，Tianjin 300452，China)

There are abundant offshore heavy oil reserves and the amount that could be developed by thermal recovery method is about 9.8×108m3.For the offshore heavy oil thermal recovery，it is urgent to obtain and provide the down-hole dynamic data.The current BOP system used for wire well testing could not stand the high temperature during the steam injection process and couldn’t be applied on the offshore thermal wells.Aiming at this problem，a new heat insulation and cooling device for the thermal wellhead BOP system was developed.A set of perfect thermal recovery test technology for offshore oil field was established for solving the problem of offshore high-temperature logging of the thermal wells and providing guidance for the project design of the steam injection and thermal recovery.

heavy oil thermal recovery；high-temperature steam；logging；BOP system；heat insulation and cooling device

1001-3482(2016)12-0048-04

2106-06-09

黃 佳(1982-)，男，天津人，工程師，主要從事海洋石油鋼絲試井及電纜生產(chǎn)測井工作，E-mail：huangjia2@cnooc.com.cn。

TE952

B

10.3969/j.issn.1001-3482.2016.12.013