水平井多介質(zhì)調(diào)剖技術(shù)及應(yīng)用

蔣立明，敬思偉，劉歡，蒙延沖，宋棟(新疆油田重油開(kāi)發(fā)公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引言

本項(xiàng)目采用水平注水的方式，它是近年來(lái)逐漸普及的石油開(kāi)采優(yōu)化技術(shù)，它能夠水平井能夠有效增加水下油田的泄油面積，將油田潛能充分發(fā)揮出來(lái)，在一定程度上提高油井采油效率。但實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)，由于水平井自身存在水重力分異、粘性指進(jìn)及水平井段長(zhǎng)、不同區(qū)域原油滲透性差異較大等問(wèn)題，使得原油含水上升速度較快、注入壓力高、注入工藝難，影響油田后期增產(chǎn)效果。

1 項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)背景

某地下油藏采用蒸汽熱采開(kāi)發(fā)模式，其完鉆開(kāi)發(fā)井838口，包含40多口水平井。現(xiàn)階段還在開(kāi)采的水平井為23口，且以蒸氣吞吐為主的開(kāi)采模式在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中后期，其含水量超過(guò)了85%，嚴(yán)重影響油田產(chǎn)油效率，平均日產(chǎn)油小于1.3 t，需要選擇新的水平井開(kāi)發(fā)方式，用以提升石油開(kāi)采作業(yè)效果。

2 工藝原理介紹

通過(guò)多介質(zhì)輔助蒸汽吞吐進(jìn)行水平井調(diào)剖堵水，能夠在注水井進(jìn)行封堵高滲透層，通過(guò)調(diào)整吸水剖面，或直接從采油井進(jìn)行封堵高滲透層時(shí)，可減少油井產(chǎn)水，從而提高油田石油開(kāi)采速度。它在水平井注入蒸汽前就開(kāi)始尿素溶液反應(yīng)，并在井下環(huán)境中水解生成二氧化碳和氨氣，在這兩種氣體進(jìn)入地下層后，能夠部分溶于原油液體中，使得原油在自身質(zhì)量不變的情況下體積膨脹，增強(qiáng)內(nèi)部動(dòng)能。而未能溶入原油液體中的二氧化碳和氨氣，會(huì)充滿地層中的孔隙，從而增強(qiáng)蒸汽波的體積，提高原油回采效率。并且氨氣與原油融合過(guò)程中，能夠在表面生成活性劑，降低原油表面張力及殘余油飽和度，減少原油啟動(dòng)壓力，提高驅(qū)油效率。而二氧化碳極易溶于水中，可以改善原油相滲情況，從而降低原油粘度，提高原油的流動(dòng)能力。并且二氧化碳和氨氣注入完成后，原油表面的活性劑能夠防止蒸汽自由流竄，起到擴(kuò)大蒸汽波體積的效果[1]。

3 技術(shù)實(shí)施要求

其一，事先在60～70℃的熱水環(huán)境中進(jìn)行尿素融化，控制熱水與尿素的比例為2:1。其二，分別進(jìn)行四口水平井的藥劑注入后，再統(tǒng)一進(jìn)行蒸汽注入，其注入量要根據(jù)項(xiàng)目吞吐設(shè)計(jì)方案執(zhí)行。其三，在水平井多介質(zhì)調(diào)剖技術(shù)施工環(huán)節(jié)，要持續(xù)進(jìn)行井下氣體濃度檢測(cè)，并且24 h連續(xù)采點(diǎn)進(jìn)行計(jì)量注汽量；若尿素溶液緩解析出大量氨氣及二氧化碳，將極易造成氣體中毒事故。其四，調(diào)剖堵水環(huán)節(jié)要根據(jù)單井輪次注采情況，對(duì)蒸汽注入量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。其五，堵水環(huán)節(jié)要對(duì)水平井取套管氣樣數(shù)據(jù)、油樣水樣進(jìn)行分析，按照項(xiàng)目要求對(duì)原油進(jìn)行加測(cè)取樣。其六，項(xiàng)目注汽、采油生產(chǎn)數(shù)據(jù)的錄取標(biāo)準(zhǔn)，要嚴(yán)格遵循國(guó)家對(duì)相關(guān)行業(yè)制定的SY/T 6102—2000《稠油油藏注蒸汽開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)錄取資料的內(nèi)容及要求》。其七，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中尿素遇水在高溫下會(huì)分解出二氧化碳和氨氣，密閉環(huán)境中這兩種氣體存在一定的毒性，若產(chǎn)出液中含有少量的NH4+，則出井口有可能會(huì)析出氨氣，所以需要完善項(xiàng)目監(jiān)測(cè)與環(huán)保工作[2]。

4 水平井多介質(zhì)調(diào)剖技術(shù)及應(yīng)用效果探討

4.1 井下探測(cè)

水平井技術(shù)主要應(yīng)用于稠油油藏或是滲透力較低的油藏環(huán)境中，能夠有效降低石油開(kāi)采難度，提高石油開(kāi)采效率。同傳統(tǒng)直井開(kāi)采技術(shù)手段比較而言，水平井多介質(zhì)調(diào)剖技術(shù)具有較為明顯的開(kāi)采優(yōu)勢(shì)，在世界各地油田開(kāi)采項(xiàng)目中發(fā)揮著重要作用。水平井多介質(zhì)調(diào)剖技術(shù)在進(jìn)行井下探測(cè)作業(yè)時(shí)，不能在過(guò)程中出現(xiàn)表套，針對(duì)某些坡度較大的或是完全水平的地段，需要利用濕接頭進(jìn)行對(duì)接，并且等到方鉆頭連接工作完成后，在利用加壓的方式輸送母槍。等到方鉆桿拆除工藝完成后將整個(gè)鉆具輸送到井下進(jìn)行測(cè)井作業(yè)。由于泵送油管測(cè)井技術(shù)在作業(yè)過(guò)程中的加壓力度較大，若鉆機(jī)質(zhì)量及操作工藝得不到保障，將有可能出現(xiàn)加壓事故。要將母槍輸送的速度盡量保持在3 500～5 600 m/h的額定范圍內(nèi)，且泥漿泵的泵壓要小于12 MPa，但在實(shí)際探測(cè)作業(yè)環(huán)節(jié)，常會(huì)發(fā)生因鉆機(jī)性能不穩(wěn)定造成公母槍對(duì)接失敗的情況。此外，在水平井多介質(zhì)調(diào)剖技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)，還要考慮到原油性能對(duì)整個(gè)設(shè)備的影響，在水平井泵送的過(guò)程中，原油中若出現(xiàn)了雜物沉淀，在油井輸送環(huán)節(jié)便會(huì)造成雜物堵塞，同樣導(dǎo)致公母槍對(duì)接失敗。若堵塞情況嚴(yán)重，還有可能會(huì)對(duì)水平井測(cè)井工具造成直接損壞，從而導(dǎo)致井下探測(cè)作業(yè)失敗。

4.2 優(yōu)化技術(shù)

在注氣環(huán)節(jié)，二氧化碳和在水平井下環(huán)境中會(huì)轉(zhuǎn)化為超臨界狀態(tài)，呈現(xiàn)為氣體、液體雙重狀態(tài)共存特定，自身具備較強(qiáng)流動(dòng)性。當(dāng)其作為水平井調(diào)剖填充介質(zhì)時(shí)，能夠在最短時(shí)間內(nèi)填充完整個(gè)蒸汽腔，并且在低壓區(qū)域內(nèi)構(gòu)成氣體堵塞，此時(shí)進(jìn)行蒸汽注入，基于蒸汽向未動(dòng)用區(qū)波及的特性，能夠有效提高蒸汽波體積。且石油回采階段，由于原油中還存在著一定量的二氧化碳，在水平井下壓力下降后，原油中儲(chǔ)存的二氧化碳會(huì)以氣泡的形式存在，在回采時(shí)彈性能量增大，提高油井產(chǎn)量。根據(jù)二氧化碳的自身特性可知，其在稠油中的溶解度同壓力呈正相關(guān)，而與溫度呈負(fù)相關(guān)。并且二氧化碳的比熱容與導(dǎo)熱系數(shù)都遠(yuǎn)小于水蒸汽，在完成二氧化碳介質(zhì)填充作業(yè)后，同一水平井下環(huán)境中，能夠降低蒸汽消散量，從而提高水平井調(diào)剖熱效率，減少熱量動(dòng)能損失。由于該實(shí)驗(yàn)原油閉口閃點(diǎn)為120～150 ℃，為丙類(lèi)火災(zāi)危險(xiǎn)物質(zhì)，存在一定火災(zāi)隱患，且多介質(zhì)的組成成為多為非烴，存在一定的毒性，對(duì)工作人員健康和環(huán)境有危害，所以要控制融化尿素時(shí)水溫不超過(guò)80 ℃。氨氣與原油融合過(guò)程中，會(huì)形成表秒活性劑，它能夠有效降低井下原油與土地巖石之間的張力，增強(qiáng)自身洗油效率。并且在這種狀態(tài)下，二氧化碳會(huì)通過(guò)氣泡的形式占據(jù)孔喉的中間位置，將油滴擠壓到邊緣地帶，多個(gè)分散油滴匯聚形成石油帶，產(chǎn)生流動(dòng)勢(shì)能，提高洗油效率[3]。

4.3 壓裂酸化

20世紀(jì)四五十年代，工人在進(jìn)行油田中的碳酸鹽巖的開(kāi)采作業(yè)中逐漸發(fā)現(xiàn)酸化壓裂開(kāi)采方法的局限性，但考慮到其自身的優(yōu)勢(shì)，只能繼續(xù)使用這種方法進(jìn)行開(kāi)采作業(yè)。到了20世紀(jì)七八十年代，在科學(xué)人員的努力測(cè)試下，加砂壓裂的增產(chǎn)模擬使得酸化壓裂的適用性得到了改善，并在20世紀(jì)末實(shí)現(xiàn)了油田壓裂酸化作業(yè)的完整化流程，能夠有效提高水平井多介質(zhì)調(diào)剖效率。油層壓裂技術(shù)主要是利用水的沖擊力，在油層中劈開(kāi)一條縫隙，并利用支撐劑阻礙油層復(fù)原，從而提高油田調(diào)剖堵水效率。而油層酸化技術(shù)要求在水平井多介質(zhì)調(diào)剖作業(yè)施工前，配置好能夠與油層進(jìn)行反應(yīng)的酸液，在與油層的化學(xué)作用下，溶解掉其中的雜質(zhì)以及難以滲透的物質(zhì)，從而達(dá)到地層滲透的目的。

4.4 項(xiàng)目防腐

水平井多介質(zhì)調(diào)剖堵水作業(yè)環(huán)節(jié)，水蒸汽帶來(lái)的溫度變化會(huì)對(duì)石油開(kāi)采設(shè)備腐蝕效果，這種腐蝕反應(yīng)常發(fā)生在碳鋼設(shè)備區(qū)域，如：空冷設(shè)備、分離器、脫硫化氫汽提塔換熱器等，其共同特點(diǎn)為自身溫度變化較大，且內(nèi)部含水量較高，存在良好的電化學(xué)腐蝕條件。并且這些部位設(shè)備的硬度較高，其晶格結(jié)構(gòu)與普通設(shè)備不同，存在易于發(fā)生腐蝕反應(yīng)的特征。而高溫蒸汽區(qū)域中，其工藝設(shè)備腐蝕主要存在于設(shè)備表面腐蝕或點(diǎn)蝕效果，兩種腐蝕共同存在的情況也較為普遍。由于水平井的特殊環(huán)境，在多介質(zhì)調(diào)剖堵水技術(shù)作業(yè)環(huán)節(jié)容易產(chǎn)生局部結(jié)垢現(xiàn)象，長(zhǎng)時(shí)間的污垢積累將加劇設(shè)備腐蝕效果，其根本原因在于結(jié)垢后設(shè)備電極電位出現(xiàn)了變化，提高電化學(xué)腐蝕效率[4]。

4.5 裝填堵水劑

化學(xué)劑技術(shù)是調(diào)剖堵水作業(yè)中發(fā)展較為成熟的手段，通過(guò)對(duì)堵水劑作用于不同介質(zhì)油層與水層的堵塞效果，分級(jí)裝填堵水劑能夠有效降低系統(tǒng)壓差，借助不同規(guī)格、不同強(qiáng)度的填料或者保護(hù)劑，在保證堵水劑的使用序列基礎(chǔ)上，將整個(gè)堵水床層進(jìn)行裝填，從而降低床層空隙，完成油層與水層的封堵作業(yè)。此外，在堵水劑裝填時(shí)，將堵水劑根據(jù)活性的程度排列，以降低生成焦炭的速度，能夠有效降低水平井內(nèi)部的污染度，避免堵塞床層，采用分層裝填堵水劑，減輕反應(yīng)器壓差程度。常見(jiàn)的水平井多介質(zhì)調(diào)剖堵水劑根據(jù)堵截對(duì)象可分為非選擇性堵水劑與選擇性堵水劑，其判斷依據(jù)是對(duì)油層堵截效果，二者都能對(duì)原油中的水起作業(yè)，但非選擇性堵水劑能夠在封堵水層的同時(shí)封堵油層。

4.6 應(yīng)用效果分析

2020年6月—10月，該水平井開(kāi)發(fā)項(xiàng)目根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案要求，共注入復(fù)合調(diào)剖劑838 m3、尿素420 t，完工效果滿足預(yù)期指標(biāo)。水平井多介質(zhì)調(diào)剖技術(shù)應(yīng)用后，整個(gè)井內(nèi)輪次平均注汽壓力均上升0.79 MPa，符合項(xiàng)目方案標(biāo)準(zhǔn)要求。在多介質(zhì)復(fù)合調(diào)剖劑注入完工1～1.5 h內(nèi)，整個(gè)水平井下環(huán)境中的壓力較為平穩(wěn)，雖然不同水平井的壓力變化情況會(huì)出現(xiàn)一些變化，但其整體趨勢(shì)仍保持一致。同傳統(tǒng)蒸汽調(diào)剖技術(shù)相比，多介質(zhì)調(diào)剖技術(shù)的應(yīng)用能夠有效提高注氣量，施工完成后井內(nèi)氣壓顯著升高，使得水平井噴期延長(zhǎng)。就目前已有10口水平井的實(shí)驗(yàn)效果來(lái)看，通過(guò)對(duì)多介質(zhì)復(fù)合調(diào)剖項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)，能夠降低水平井內(nèi)蒸汽在高滲地層的竄流，起到蒸汽轉(zhuǎn)向、擴(kuò)大蒸汽波及體積的作用，為石油開(kāi)采項(xiàng)目后期降本增效作業(yè)提供了技術(shù)支持。

5 結(jié)語(yǔ)

油礦開(kāi)采是我國(guó)的支柱型產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目，關(guān)系著國(guó)家發(fā)展及現(xiàn)代化改革進(jìn)程，如何保證石油開(kāi)采工藝質(zhì)量，提高油田開(kāi)采效率，是我國(guó)石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根本路徑。進(jìn)行水平井多介質(zhì)調(diào)剖技術(shù)及應(yīng)用效果研究，基于水平井的井型結(jié)構(gòu)、水平注水滲流規(guī)律、調(diào)剖劑的性能特點(diǎn)等要素，完善試驗(yàn)項(xiàng)目細(xì)則，能夠有效提高水平井石油開(kāi)采效率，降低資源浪費(fèi)，完善資源管理體系，針對(duì)水平井石油開(kāi)發(fā)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化。