海上稠油油田蒸汽驅(qū)高效隔熱注熱管柱設(shè)計

張衛(wèi)行，孫玉豹，林珊珊，姬 輝，梅 偉

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)研究院，天津 300450）

海上稠油油田自2008年首次開展熱采試驗以來，稠油熱采技術(shù)已累計應(yīng)用30余井次，以多元熱流體吞吐為主，多采用“高真空隔熱油管+水平段均衡注熱管柱”的簡易式注熱管柱，并采取環(huán)空連續(xù)注氮氣隔熱工藝，多元熱流體吞吐技術(shù)在渤海普通稠油油田和特稠油油田開采中取得了顯著增產(chǎn)效果[1-5]。

蒸汽驅(qū)是吞吐開發(fā)的主要接替技術(shù)之一，蒸汽驅(qū)在國內(nèi)外陸地油田已實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，是一項成熟技術(shù)。目前NB35-2油田南區(qū)已完成了多輪次熱采吞吐作業(yè)，地質(zhì)油藏物性、地層壓力狀況、采出程度等已具備轉(zhuǎn)驅(qū)條件，亟待轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)開發(fā)。對于中深層稠油油藏實施長時間的蒸汽驅(qū)作業(yè)，作業(yè)成本及注熱管柱的整體隔熱性能要求更高。

為此，本文以南堡35-2油田南區(qū)B36M井為例，開展海上油田蒸汽驅(qū)高效隔熱注汽管柱設(shè)計。該井為水平井，井深1 752 m，垂深949 m，地層溫度為45℃，地溫梯度為3℃/100m。套管程序：339.725 mm（N80）×212.70 m+244.475 mm（TP100H）×1 437.07 m，完井防砂方式：裸眼+礫石充填，防砂篩管尺寸139.7 mm。

1 注汽管柱設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)

1.1 海上稠油油藏埋深大

南堡35-2油田南區(qū)熱采水平井斜深在2 000 m~2 500 m，垂深＞1 000 m，渤海其他區(qū)塊的油藏埋深甚至達(dá)到1 500 m左右，屬于中深層稠油油藏?！案魺嵊凸?環(huán)空連續(xù)注氮”的簡易式注熱管柱結(jié)構(gòu)簡單，作業(yè)風(fēng)險小。但是由于油藏埋深較大，使用該類型注熱管柱注入難以保證井底蒸汽干度大于68%。

1.2 井下工具散熱

海上稠油熱采井以大斜度水平井為主，由于未采用扶正器，注汽管柱躺壁現(xiàn)象較普遍，井筒內(nèi)注入流體熱量易通過隔熱油管接箍處傳導(dǎo)至套管壁及水泥環(huán)。由于接箍、扶正器等井下工具均不具有隔熱性能，雖然在注汽管柱總長度中所占比例較小，但是井下工具的隔熱性能與常用的E級高真空隔熱油管本體相差上萬倍[6-8]；另一方，井下工具處套管及水泥環(huán)長期處于高溫狀態(tài)，影響使用壽命。因此，有必要開展井下工具散熱研究，以確保井底蒸汽干度，提高熱采效果[9-11]。

1.3 非穩(wěn)態(tài)傳熱

蒸汽驅(qū)相對吞吐而言作業(yè)時間更長、加熱區(qū)域更大，地層巖石及流體不斷被加熱，溫度、干度等參數(shù)隨時間逐漸變化，地層各項參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需要的時間也就越長。因此，蒸汽驅(qū)注汽管柱設(shè)計時應(yīng)考慮非穩(wěn)態(tài)傳熱對井筒溫度場分布的影響。

1.4 注入流體由上返至油套環(huán)空

由于簡易式注熱管柱底部無熱采封隔器，油管內(nèi)注入熱流體會由井底上返至油套環(huán)空，從而造成環(huán)空介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)提高，套管及水泥環(huán)因溫度升高而壽命降低。為了解決該問題，蒸汽驅(qū)過程中需要保持長期連續(xù)注入高純度氮氣，這會使蒸汽驅(qū)作業(yè)成本大幅度增加，熱采設(shè)備占地較大、影響修井等日常作業(yè)；并且，由于吞吐后地層存氣量增加，環(huán)空連續(xù)注入氮氣會使氣竄/汽竄風(fēng)險加大。

2 蒸汽驅(qū)高效隔熱注汽管柱設(shè)計

2.1 設(shè)計思路

綜合考慮蒸汽驅(qū)油藏需求、NB35-2油田埋深條件及井筒安全開展蒸汽驅(qū)高效隔熱注汽管柱設(shè)計。關(guān)鍵點一：盡量提高注汽管柱的隔熱等級及下入深度；關(guān)鍵點二：消除注汽管柱的局部熱點，避免套管及水泥環(huán)長期受熱損壞；關(guān)鍵點三：阻止水平段注入流體上返到上部油套環(huán)空，以提高上部油套環(huán)空隔熱性能。

2.2 結(jié)構(gòu)組成

海上稠油油田蒸汽驅(qū)高效隔熱注汽管柱的結(jié)構(gòu)組成（見圖1），自下而上依次為：引鞋+水平段均衡注汽管柱+變扣+熱敏封隔器+隔熱扶正器+隔熱油管（含隔熱接箍）+隔熱補(bǔ)償器+隔熱油管（含隔熱接箍）+隔熱扶正器（若干）+隔熱油管（含隔熱接箍）。蒸汽驅(qū)高效隔熱注汽管柱關(guān)鍵工具技術(shù)參數(shù)（見表1）。

2.3 工作原理

圖1 海上蒸汽驅(qū)高效隔熱注汽管柱結(jié)構(gòu)圖

表1 關(guān)鍵工具技術(shù)參數(shù)

注熱前向油套環(huán)空內(nèi)注入氮氣，通過熱敏封隔器上單向閥將油套環(huán)空內(nèi)的液體驅(qū)替至熱敏封隔器以下，油套環(huán)空內(nèi)充滿氮氣，從而保證環(huán)空的隔熱性能。增加隔熱接箍、隔熱型扶正器等隔熱工具，可進(jìn)一步提高管柱的整體隔熱性能，避免局部熱點出現(xiàn)，降低局部熱點對套管、水泥環(huán)的損害。注入蒸汽時，熱敏封隔器坐封，防止井底注入流體上返至油套環(huán)空，保證注汽期間油套環(huán)空的隔熱性能。根據(jù)不同部位的滲透率，在水平段布置多個均衡配注閥，從而達(dá)到水平段均勻注入熱流體的目的。

3 高效隔熱注汽管柱隔熱性能評價

（1）計算條件（見表2）。

表2 計算條件

圖2 不同類型注汽管柱井筒干度計算結(jié)果

（2）計算結(jié)果：從圖2可以看出，不加隔熱型工具，井筒干度損失為27%；加隔熱型工具后，井筒干度損失降低至9.8%。采用高效隔熱注汽管柱后井筒干度損失較簡易式注汽管柱進(jìn)一步降低了17.2%，采用目前出口干度為80%的蒸汽鍋爐即可滿足注汽要求。

4 結(jié)論

（1）針對NB35-2油田油藏埋藏深散熱大的問題，設(shè)計出“高真空隔熱油管+熱流體驅(qū)封隔器+隔熱型補(bǔ)償器+隔熱型接箍”的蒸汽驅(qū)高效隔熱注熱管柱。

（2）經(jīng)過計算得出，蒸汽驅(qū)高效隔熱注汽管柱井筒干度損失較簡易式注汽管柱降低了17.2%，該注汽管柱能有效降低熱損失，同時也能降低對地面鍋爐干度和溫度的要求，有利于提升驅(qū)替效果，降低蒸汽成本。