稠油精细注汽配套技术研究及应用

石油地质与工程　２００８年１Ｏ月　ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ　ＧＥＯＬＯＧＹ　ＡＮＤ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　第２２卷第６期　文章编号：１６７３—８２１７（２００８）０６—００５５—０４　稠油精细注汽配套技术研究及应用　管九洲，董武旭，宋曦珍　（中国石油辽河油田分公司曙光采油厂，辽宁盘锦１２４１０９）　摘要：曙光油田稠油、超稠油油藏已经大规模开发，为了提高该类油藏的最终采收率，提出并实施了稠油精细注汽　配套技术。该配套技术于２００６年在曙光油田累计实施应用了Ｉｉｉ井次，措施成功率８８．３％，平均单井增产原油　３１７．１　ｒｎ３，取得了较好的应用效果。　关键词：稠油开发；配套工具；复合注汽；效果　中图分类号：ＴＥ３４５　文献标识码：Ａ　向油层注入高温、高压蒸汽，是我国稠油生产的　隔器锚定力分散，顺利提出。　主要手段Ｌ１　］。曙光油田以稠油油藏的开发为主，　多级配注工艺管柱由３套或４套封隔器、配汽　目前已处于中后期开发阶段，含水上升很快，采出程　阀等组成，由于井内温度较高，封隔器解封不完全，　度不理想。稠油分层注汽技术是蒸汽吞吐过程中提　注汽过程中封隔器胶件附近积聚地层砂或结垢，使　高注入蒸汽有效利用率和提高油层纵向动用程度的　封隔器胶筒与套管壁摩擦力阻力增大，产生的锚定　重要配套技术之一，目前该技术在曙光油田已经发　力集中，上提负荷增大。针对以上问题，研制了分级　展到年实施３２０井次，年增产原油６．５×１０　ｔ的规　解封拉伸器，其结构示意图如图１所示。它由外筒、　模，成为稠油开发的支柱技术。　内筒、定载剪钉、限位环等组成。作业时，根据配注　随着油井蒸汽吞吐轮次的增加，由于油藏中纵　井使用封隔器数量，可在每个注汽单元或两个注汽　向各油层间渗透率的差异和蒸汽本身的超覆效应，　单元下一套分级解封拉伸器。上提管柱时，克服分　油层间的动用程度差异越来越大，层间动用不均衡　级解封拉伸器以上封隔器的锚定力，剪断定载剪钉　已经成为稠油开发的主要矛盾之一。近几年来，逐　的同时，将封隔器提出坐封位置，分级解封拉伸器的　渐出现了“分不细、分不开，注不进，吐不出”的矛盾，　内筒和外筒相对滑动，其下部封隔器的锚定力没有　原始选配注工艺分层具有局限性，解决动用不均衡　施加在管柱上，当提出一定高度时，分级解封拉伸器　矛盾的能力有限。针对这一课题，研究并现场应用　内、外筒位置固定，上提将其下部封隔器提出坐封位　了稠油精细注汽组合配套技术。　置。其作用是将解封时上提管柱需要克服的几套封　１精细注汽技术研究内容　隔器的锚定力合力分散为单个的或两个为一组锚定　力合力单元，减少了上提管柱时的作业负荷，从而顺　精细注汽的意义在于，针对油层状况，经济合理　利地将多级封隔器逐步按顺序解封提出井筒。　地戈Ⅱ分注汽单元和配汽量，并实现合理定量注汽，最　大限度挖掘动用程度较低油层的剩余油潜力，以提　高油田最终开发效果。为了解决现场问题，研究和　改进配套注汽工具，并派生了７项配套工艺技术。　图１分级解封拉伸器结构示意图　１．１　多级配注工艺技术　多级配注工艺管柱由３至４套封隔器、配注阀、　１．２二次选层配注工艺技术　分级解封拉伸器等组成。其工艺原理是每个注汽单　其原理为：将油层分为几个注汽单元，并将各单　元有独立注汽通道，注汽顺序为自下而上注汽，当第　一油层注汽结束时投球，封堵第一注汽通道，同时打　收稿日期：２００８—０６～ｌＯ　开第二注汽通道对第二油层注汽，依次对第三油层　作者简介：管九洲，工程师，１９６３年生，１９８７年毕业于辽河石油　学校钻井专业，现从事机械采油研究工作。电话：０４２７—　注汽。上提注汽管柱时，分级解封拉伸器将多级封　７５３０８７４　・５６・　石油地质与工程　２００８年第６期　元中的小层段再按渗透率、吸汽剖面资料或参考邻　井吸汽剖面资料、油井生产情况等细分出主要吸汽　层位，在主要吸汽层段下入弹性阻隔器，并将弹性堵　球下至弹性阻隔器、油管和套管围成的区域内。注　汽时，蒸汽首先进入高渗透低压吸汽层，弹性堵球随　蒸汽流向射孑Ｌ孔眼，在堵球两侧形成一定压差，堵球　封堵射ＳＬＳＬ眼，被封堵层吸汽量大幅度降低，迫使蒸　汽流入其它未被封堵的油层，从而达到二次选层配　注的目的。当注汽结束时，由于井底的压力降低，在　地层压力的作用下，堵球从封堵的孑Ｌ眼上剥落下来，　最终随注汽管柱从井中起出。通过使用该工艺，可　最大限度地使油层“分开、分细”。　为了达到这一目的，有针对性地进行了对弹性　阻隔器和弹性堵球等一些与该措施相配套的工具的　研究。　１．２．１弹性阻隔器　如图２所示，由中心管、分体伸缩阻隔板、上下　护套、弹簧组成。其原理是分体伸缩组隔板自由状　态时，在弹簧作用下，伸出最大位置，弹性阻隔器进　入套管变形位置时分体伸缩阻隔板将克服弹簧力向　内回缩，径向呈不规则状与套管壁接触，阻隔堵球。　其自由状态直径为１５２　ｍｍ，压缩后最小直径为１３５　图２弹性阻隔器结构示意图　１．２．２新型弹性堵球　（１）堵球性能要求：堵球相对密度为０．９～１．０　ｇ／ｃｍ。；耐温３２０℃；堵球高温高压下机械强度、弹　性良好，不能破损，不能被挤入炮眼堵塞油层；堵球　的直径为２６　ｍｍ。　（２）材料的选择：根据工艺要求，试验了多种金　属和非金属材料，如不锈钢外镀膜、碳纤维、复合橡　胶等。经过筛选，最终确定采用耐温、具有一定机械　强度的复合橡胶为原料实心堵球。　（３）球径的确定：分别制作了直径为２０～２６　ｍｍ的堵球。为保证封堵效果和堵球的回收率，一　方面做了堵球封堵１２　ｍｍ射孔炮眼的试验，直径　２２￣２６　ｍｍ的堵球封堵效果都很好；另一方面，由　于护栏直径为１５２　ｍｍ，护栏与内径为１６１．７　ｍｍ　的套管存在近１０　ｍｍ的间隙，而橡胶堵球具有一定　的弹性，为了提高堵球的回收率，最终确定２６　ｍｍ　的大直径为最佳堵球直径。　１．３优化焖井时间配注技术　焖井时问的长短是影响蒸汽吞吐效果的一个重　要因素［３］。分层先后注汽，先注汽油层焖井时间较　长。而上、下油层注汽的时序是先注下后注上，当主　力油层位于生产井段上部时，由于油井的焖井时间　较长，将增大注入蒸汽向顶层和底层的热损失［４］，配　注效果较差。优化配注技术的焖井时间可有效解决　这一矛盾。但在出砂油井中，配注阀容易被砂堵，所　以现场应用成功率低。为此，于２００６年研制了防砂　堵双流道配注阀，使该工艺得到了完善。　例如两层段注汽，上层注汽量为２　０００　ｔ，下层　注汽量为８００　ｔ，假设注汽速度为１６　ｔ／ｈ上层注汽时　间为１２５　ｈ、下层注汽时间为５０　ｈ，分层注汽设计及　运用情况详见表ｌ。　表１两层闷井时间对比　由表１可见，实施优化闷井时间配注管柱技术　后，上部主力油层闷井时间缩短了２６　ｈ，下部油层　闷井时间缩短了１９７　ｈ，减少了下部的热损失，提高　了注入蒸汽的利用率，提前了７４　ｈ下泵开井，因此　该技术在此类油井中具有明显的技术优势。　防砂堵双流道注汽阀结构组成如图３所示。对　上层注汽时，首先密封套封闭内套的下层注汽孔１，　蒸汽从上层注汽孔经挡砂网进入上层；当注完上层　后，投球，打开内套的下层注汽孔１，同时关闭上层　注汽孔，蒸气自下层注汽孔１、内外套间的环形空　间、下层注汽孔２进入下层，完成先上层后下层的注　汽。砂网可防止地层砂随井液经上注汽孔进入内　套，堵阀孔，从而提高了措施成功率。　１．４选层增产配注工艺一次管柱技术　选层增产配注工艺一次管柱技术主要包括选层　氮气助排配注、选层解堵配注、选层化学助排配注工　管九洲等．稠油精细注汽配套技术研究及应用　６２　ｍｍ；长度９００　ｍｍ；坐封压力１５　ＭＰａ，解封方式　为上提解封；最大耐压１９　ＭＰａ；最大解封力１００　ｋＮ。　１．４．１选层氮气助排配注技术　内套　密封套　曙光油田稠油老区地层压力较低，一般在３　Ｅ注汽孔　挡砂网　ＭＰａ左右，周期产量低，已经接近了经济极限，稠油　老区生产难度越来越大。氮气助排，可迅速提高高　渗透层压力，使蒸汽向原来吸汽较少的层流动，使纵　上注汽孔　外套　嚣蜜蜂孢　图３　防砂堵双流道注汽阀结构示意　艺等一系列技术。该大类工艺管柱由自锁型热采封　隔器、配注阀、分层注氮双流道阀等组成。根据油层　发育状况、油品性质、注汽压力等，分层实施氮气助　排、解堵、化学助排等工艺措施，明确目的层，达到　“注得进、吐得出”的目的，提高油井吞吐效果。　精细分层注汽工艺的关键工具是自锁式热采封　隔器。　实现封隔器耐高温、高压、解封力低的关键在于　封隔器的胶筒和坐封方式，因此不同的分层注汽工　艺需要不同性能的封隔器。　如图４所示，自锁式热采封隔器不同于目前热　采封隔器之处主要在于该封隔器在坐封后有防止低　温解封功能。其工作原理是注汽后，当压力达到　１５ＭＰａ时，活塞向上运动推动下胶筒护套，使胶筒　膨胀向外扩径，直至密封，同时上、下卡牙相互咬合，　防止低温解封。当注汽结束后，管柱内压力降低，上　提管柱时，胶筒具有～定锚定力，首先剪断剪切销　钉，使下胶筒护套下滑，胶筒收缩，顺利解封。　图４　自锁式热采封隔器结构示意　该封隔器具有坐封更加可靠，降温后不解封等　特点，弥补了其它热采封隔器由于停炉、配注投球、　注入低温化学药剂时密封性差的技术缺欠。技术参　数如下：最大外径为１４０～１５２　ＹｎＩｎ；最小内通径为　向吸汽剖面发生了变化，纵向动用程度明显提高Ｌ４］。　几年来试验了氮气笼统助排工艺，见到了一定成效，　单井平均增产原油１００　ｔ左右，但无法进行分层实　施。　　．选层氮气助排配注技术可有针对性地分层实施　氮气助排工艺，将蒸汽和氮气在地面注入流程分开，　现场施工安全。其核心技术为分层注氮气双流道　阀，结构如图５所示。将该阀随分层配汽管柱下到　油层顶界封隔器以上，从隔热管注蒸汽，套管注氮　气，蒸汽和氮气在下部隔热管中混合，当停止注氮气　时，球阀关闭，防止蒸汽进入套管。　阀本体　套管注入孑【　阀座　阀球　图５分层注氦气双流道阀结构图　１．４．２选层化学助排配注技术　选层化学助排配注技术就是有针对性地对配注　层挤入由阴离子和非离子复配的表面活性剂、粘土　防膨剂等，起到剥离、降粘、改变岩石润湿性、防止粘　土膨胀等作用，从而延长油井生产周期，提高渗流供　液能力和油井供液能力　］，提高油井吞吐效果。　１．４．３选层解堵配注技术　以往对注汽压力较高的井实施笼统解堵，包括　实施酸化解堵、油层降粘等技术，目的是提高油井吞　吐效果。但单层注汽压力高或新补孔未动用油层实　施全井段油层笼统解堵处理，效果差，同时还不同程　度地加剧了井间、层间汽窜，主要原因是处理剂没有　进入目的层，针对性差。对于这一问题，提出并实施　了有针对性地对动用程度差、注汽压力高、干度低的　石油地质与工程　２００８年第６期　油层进行解堵，降低注汽压力，实现了顺利注汽，达　到了配注要求。　Ｉ．５单层解堵笼统、配注汽双功能管柱　超稠油杜８４块、杜８１３块等区块兴隆台油层的　油井在低周期均实施笼统注汽，由于油层纵向发育　不均衡和蒸汽的超覆现象，下部油层动用程度差，逐　渐出现动用好的油层的注汽强度偏大，动用差的油　层的注汽强度低，不能实现合理分配利用蒸汽能量。　为了解决这一问题，我们研究应用了单层解堵、配注　或笼统注汽双功能管柱。该管柱由自锁热采封隔　器、配注阀、滑套式双功能配注阀等组成。其工作原　理：先注入一定量蒸汽，坐封封隔器，对下层挤入解　堵剂，再对下层注汽，如能顺利注完配汽量，则投球　打开配注阀，封堵下层，对上层注汽，完成配注汽。　如解堵处理后，蒸汽注入压力仍然较高而不能顺利　注汽，则投球打开滑套式双功能配注阀，实现上层与　下层合注。　１．６　侧钻井投球选、配注技术　针对侧钻井油层纵向矛盾突出问题进行攻关，　实现小井眼二次配注，完成了小直径弹性阻隔器、小　直径带骨架弹性堵球的研制和试验工作。　Ｉ．７准时投球，提高配注井配注合格率　配注井是否合格，重点工作在控制各层的注入　量，即注完一层后，投球注另一层的时间的把握上。　由于热采井口温度高，传统的投球工序是先将炉子　放空，再多次开关闸门才能实现，这样做导致蒸汽的　浪费和环境的污染。而且为了人员和设备的安全，　均在白天投球，投球时间受到限制，直接影响各层配　注量的准确性，使配注井效果受到影响。通过研制　应用配注投球器后，配注时间准确，投球安全，单井　平均节约１０￣１６　ｍ。汽，可直接节约注汽成本７２０　１　２００元。　配注投球器结构原理如图６所示。将球放在球　架的球套内，并将投球器安装在井口总闸门与小四　通之间。需要投球时，用专用板手转动球架一定角　度，使球自由下落，完成投球过程。投球器耐压２５　ＭＰａ，耐温３５０℃，可实现三级配注投球。　２　现场应用　２００６年以来，署光油田先后实施７项复合性工　艺措施共计１１１井次，措施成功率８８．３％，累计增　产原油３．５×１０　ｔ，平均单井增产原油３１７．１　ｔ。通　过精细注汽配套技术应用，曙光油田稠油分选注措　施效果显著提高，与２００５年对比，单井平均增产原　图６配注投球器结构原理示意图　油提高３６．５　ｔ，累计多增产原油９　１５０　ｔ。通过工艺　配套和实施一次管柱复合实施增产措施等技术，部　分油井实现了“分得细、分得开，注得进，吐得出”的　目标，见到了较好的增产效果。　３　结论　（１）提出了精细注汽配套技术的理念，并派生出　了七项技术，为稠油超稠油开发提供了技术发展方　向。　（２）自主研制了封隔器等一系列配套井下工具，　适合精细注汽配套技术的需要。　（３）通过配注投球器的研制和应用，保证了配汽　量准确性和现场操作安全性。　（４）配套工具和配套工艺有了新的突破。发展　了适用曙光稠油不同油藏条件及井况的配套技术，　实现了由常规注汽逐渐向精细注汽的转变。　（５）与普通选（配）注相比较，单井增产幅度平均　提高了１９．５　。　参考文献　１王怀孝，李杰训．难动用储量开发实用地面工程技术　［Ｍ］．北京：石油工业出版社，２００５．８９￣９５　２常子恒．石油勘探开发技术ＥＭ］．北京：石油工业出版社，　２００１．５１３￣５５０　３李颖川．采油工程ＥＭ３．北京：石油工业出版社，２００２．３７　１９　４３８２　４刘俊荣．辽河油田开发技术座谈会文集［Ｃ］．北京：石油　工业出版社，２００２．１４７４１５０　５文浩，杨存旺．试油作业工艺技术［Ｍ］．北京：石油工业出　版社，２００２．１４６　１４８　编辑：李金华