海上油田多元熱流體吞吐隔熱工藝*

孫 玉 豹 孫 永 濤 山 金城 鄒劍 張衛(wèi)行

（1.中海油 田 服務(wù)股 份 有限公 司 油田生 產(chǎn) 事業(yè)部 ；2.中 海 石油 （中 國）有 限 公司天 津 分公司）

海上油田多元熱流體吞吐隔熱工藝*

孫 玉 豹1孫 永 濤1山 金城2鄒劍2張衛(wèi)行1

（1.中海油 田 服務(wù)股 份 有限公 司 油田生 產(chǎn) 事業(yè)部 ；2.中 海 石油 （中 國）有 限 公司天 津 分公司）

海上稠油油藏埋深多在1000m以上，采用普通光油管注汽，井筒熱損失大、熱能利用率低，同時(shí)，套管及水泥環(huán)經(jīng)受高溫作用易變形損壞。為此，根據(jù)不同環(huán)空隔熱工藝技術(shù)及海上油田熱采作業(yè)特點(diǎn)，優(yōu)選隔熱油管+環(huán)空注氮作為海上油田熱采隔熱工藝。利用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及理論計(jì)算：確定采用高真空預(yù)應(yīng)力、內(nèi)連接、P110鋼級隔熱油管，綜合考慮管柱承壓、隔熱效果及安全等因素：環(huán)空注氮壓力小于 20MPa、純度大于 97%?，F(xiàn)場應(yīng)用情況表明，隔熱油管+環(huán)空注氮隔熱措施現(xiàn)場操作方便，能夠滿足現(xiàn)階段海上稠油熱采工藝及安全控制要求。

海上油田 熱力采油 隔熱措施 變形損壞

在多元熱流體吞吐過程中，如何保證套管及水泥環(huán)安全和盡可能減少井筒熱損失是熱采工藝方案設(shè) 計(jì) 中 不 可 忽 略 的 環(huán) 節(jié)[1]。 降 低 井 筒 熱 損 失 最 有 效的途徑主要有兩種：一是采用高熱阻的隔熱管；二是降低油套環(huán)空流體的導(dǎo)熱系數(shù)。由于渤海稠油油藏埋深 多在 1000m 以上，且生 產(chǎn)井多為大斜度井，井眼軌跡長，而目前隔熱油管下入深度有限，超過其下入深度的以外井段只能采用普通油管，造成局部套管及水泥環(huán)溫度高，井筒沿程熱損失大，長時(shí)間多輪次吞吐后，套管易變形損壞、管外水泥環(huán)強(qiáng)度降低，且后續(xù)修井成本昂貴。因此，海上稠油熱采要做好井筒隔熱，在優(yōu)選合適的高質(zhì)量隔熱管柱外，做好環(huán)空隔熱，對于提高熱能利用率、保護(hù)套管及水泥環(huán)十分重要。

1 隔熱方式優(yōu)選

1.1不同隔熱方式適應(yīng)性分析

目前，國內(nèi)外稠油熱采主要隔熱工藝技術(shù)有：隔熱油管+環(huán)空水/氣；隔熱油管+熱采封隔器+環(huán)空水/氣；隔熱油管+環(huán)空注氮。由于熱采封隔器存在密封不嚴(yán)和解封困難等作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)[2-3]，進(jìn) 而 造 成 井 筒 隔熱效果變差及后續(xù)作業(yè)成本增大。為最大限度保障海上熱采隔熱效果及作業(yè)施工安全，目前，隔熱油管+環(huán)空注氮較其它隔熱工藝更適合海上稠油熱采工藝及安全需求。

1.2不同隔熱工藝計(jì)算分析

由于渤海稠油油藏埋深多在 1000m 以上，且生產(chǎn)井多為大斜度井，斜深多在 2500m 左右，而隔熱油管下入深度有限。結(jié)合海上多元熱流體吞吐注入?yún)?shù)，及油井井身結(jié)構(gòu)，對不同隔熱工藝隔熱效 果 進(jìn) 行 了 計(jì) 算[4-6]， 見 表1。 由 表1 可 知 ： 采 用 隔熱油管+環(huán)空注氮工藝，井筒沿程熱損失較其它隔熱措施小，套管溫度低。

表1 不同環(huán)空隔熱工藝井筒沿程熱損失

2 隔熱油管

2.1隔熱油管類型優(yōu)選

為減少井筒熱損失，最大限度的保證套管安全，根據(jù)海上多元熱流體熱采井注入?yún)?shù)，同時(shí)結(jié)合不同隔熱油管的結(jié)構(gòu)、機(jī)械及隔熱性能等，確定采用預(yù)應(yīng)力高真空隔熱油管，隔熱等級為E級。

2.2隔熱油管材質(zhì)優(yōu)選

多元 熱流 體中 含有 CO2及少量余 O2，在注熱 過程 中 會 對 隔 熱 油 管 造 成 腐 蝕[7]。 通 過 模 擬 多 元 熱 流體注入工況，對 N80 和 P110 兩種鋼材開展腐蝕速率研究實(shí)驗(yàn)，見表2。由表2可知：N80鋼的腐蝕速率均大于 P110 鋼，耐腐蝕性能較差，高溫下鋼表面形成的碳酸亞鐵膜更為致密從而降低鋼鐵腐蝕。

表2 不同材質(zhì)隔熱油管的腐蝕速率

2.3隔熱油管連接方式研究

針對不同連接方式隔熱油管，結(jié)合鋼材性能進(jìn)行 管 柱 強(qiáng) 度 校 核 計(jì) 算[8-9]， 計(jì) 算 結(jié) 果 見 表3。 由 表3可知，內(nèi)連接隔熱油管下入深度比外連接隔熱油管大。同時(shí)，由于外連接隔熱油管的內(nèi)徑在接箍處變化較大，流體容易產(chǎn)生紊流狀態(tài)，紊流狀態(tài)的出現(xiàn)急劇加速了腐蝕介質(zhì)對變徑部位的腐蝕速度，而內(nèi)連接隔熱油管則減少了內(nèi)部變徑。因此，內(nèi)連接隔熱油管更有利于減少井筒熱損失，更加有利于保護(hù)套管。

表3 不同連接方式隔熱油管的最大下入深度

3 環(huán)空注氮

3.1關(guān)鍵參數(shù)控制

在保證注入壓力低于海上稠油油田地層破裂壓力的情況下，綜合考慮設(shè)備性能、注熱管線承壓能力、隔熱效果及井下安全等因素，對環(huán)空注氮關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，見表4。

表4 環(huán)空隔熱工藝參數(shù)控制

3.2主要工藝步驟

1）啟動制氮設(shè)備，環(huán)空注氮?dú)猓獨(dú)庾M油套環(huán)空體積后，啟動多元熱流體設(shè)備，正式開始注熱作業(yè)。

2）在多元熱流體注入期間，實(shí)時(shí)觀察油、套壓變化情況，可根據(jù)油套壓力變化情況采取連續(xù)注氮，或間歇注氮方式。

3）多元熱流體注入量達(dá)到設(shè)計(jì)值后，先停止多元熱流體注入，2～3h后再停止環(huán)空注氮作業(yè)。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

截至 2012年 11月，隔熱油管+環(huán)空注氮工藝已在渤海某油田成功應(yīng)用 13井次，經(jīng)現(xiàn)場溫度測試及對隔熱油管檢測得知：隔熱油管+環(huán)空注氮沿程熱損失小，能夠有效保護(hù)套管安全，且隔熱油管沒有發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕現(xiàn)象，可重復(fù)利用。

5 結(jié)論及認(rèn)識

1）通過對比分析不同環(huán)空隔熱工藝優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合海上油田作業(yè)特點(diǎn)，選擇隔熱油管+環(huán)空注氮工藝做為海上油田熱采井環(huán)空隔熱工藝。

2）利用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及理論計(jì)算，優(yōu)選了隔熱油管類型及材質(zhì)，綜合考慮管柱承壓、隔熱效果及安全等因素，確定了環(huán)空注氮壓參數(shù)。

3）多元熱流體吞吐實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，隔熱油管+環(huán)空注氮工藝能夠有效降低多元熱流體注入過程中井筒沿程熱損失、保護(hù)套管及水泥環(huán)，且管柱結(jié)構(gòu)簡單，易于現(xiàn)場施工，適合現(xiàn)階段海上熱采工藝及安全管理要求。

[1] 唐曉旭,馬躍,孫永濤.海上稠油多元熱流體吞吐工藝研究及現(xiàn)場試驗(yàn)[J].中國海上油氣,2011,23(3):185-188.

[2] 王忠華,劉曉燕,趙海謙.無襯套真空隔熱油管接箍視導(dǎo)熱系數(shù)模擬計(jì)算[J].油氣田地面工程,2007,21(2):94-96.

[3] 陳紅梅.蒸汽驅(qū)高溫長效隔熱注汽管柱的研制[J].石油鉆采工藝,2008,30(3):362-364.

[4] 劉紅英,黃善波.隔熱油管接箍對井筒熱損失的影響與修正[J].特種油氣藏,2009,41(4):97-100.

[5] 王志國,馬一太,李東明,等.注汽過程井筒傳熱及熱損失計(jì)算方法研究[J].特種油氣藏,2003,10(5):38-41.

[6] 魯港,李新強(qiáng),楊兆臣,等.井筒熱損失計(jì)算的改進(jìn)方法[J].特種油氣藏,2006,13(3):99-101.

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[8] 劉文章.稠油注蒸汽熱采工程[M].北京:石油工業(yè)出版社,1997:348-389．

[9] 萬仁薄.采油技術(shù)手冊（稠油熱采工程技術(shù)）.北京:石油工業(yè)出版社,1996:48-389．

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.007.008

2013-02-04）

孫玉豹， 2009 年畢業(yè)于東北石油大學(xué) （油氣田開發(fā) 專 業(yè)）， 從 事 海 上 油 田 稠 油 熱 采 工 藝 研 究 ， E-mail： sunyb@cosl. com.cn，地址：天津市塘沽區(qū)營口道天津科技大學(xué) 2號樓，300450。*國家重大科技專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”—子課題“海上稠油油田熱采技術(shù)試驗(yàn)示范”（編號：2011ZX05057-005）成果。