多元热流体热采技术在海上探井测试的应用

2013-07-14赵利昌孙永涛王少华

中国测试 2013年1期

赵利昌，孙永涛，林涛，王少华

（中海油田服务股份有限公司油田生产研究院，天津 300450）

0 引言

在油气勘探的全过程中，从盆地普查、地震详查到圈闭评价、选择有利圈闭钻井和电测，花了大量的资金和精力。所钻探井含油气评价无论有多高，所报希望无论有多大，最终结果还得要靠测试来下结论。试油是油气勘探中的最后一道大工序，也是最重要、最关键的工序[1]。中国海上油田原油储量丰富，其中稠油储量也较大。随着勘探技术的不断发展，越来越多的稠油资源得到发现，但由于稠油粘度高、流动性差，常规测试难以正确评价储层的真实产能[2]；因此，发展一种新的试油技术就显得非常必要。

陆地油田的经验表明在探井测试中应用热采技术能取得较好的效果。对于海上探井测试来说，选用的支撑载体是钻井船，作业场地受到限制，而多元热流体技术是在常规热采技术的基础上发展起来的一种新型的热采技术，设备轻便灵活，其注入流体由水蒸汽、热水、N2及CO2等多种组分组成[3-5]，适应当前热采技术的发展趋势，满足海上测试的要求。

1 多元热流体产生原理

多元热流体发生器是运用液体火箭发动机的燃烧喷射理论，遵循物质守恒、能量守恒和化学平衡定律，通过一定混合比的燃料（原油或天然气）与氧化剂在燃烧室内爆燃产生高温混合气，将化学能转变为热能，整个燃烧过程包括柴油雾化过程、液滴蒸发过程、柴油和氧化剂气相混合过程和化学反应过程。燃烧后产生的高温混合气主要组分是N2、CO2以及少量H2O，燃烧产生的高温混合气与加热注入水产生的高温蒸汽形成多元热流体。流程示意图见图1，设备见图2。

图1 多元热流体产生流程图

图2 多元热流体设备

2 热采测试设备及方法

海上探井测试均在钻井船上完成，受到海上钻井平台空间、承重能力、吊装能力、资源等限制，客观上要求设备设施紧凑、自动化程度高、海洋生产安全性及环保性高等特点。

海上多元热流体热采测试的设备主要包括多元热流体发生器、注热用水处理装置、测试设备、电力供给系统等，在充分考虑注热装备的高效、集成功能，注热工艺流程的简单、安全、较低的热损失的条件下，对具体布局流程的优化如图3所示。

3 海上探井热采测试工作流程

对于海上探井的热采测试，其工作流程为：完井→通井、洗井、冲砂→螺杆泵常规测试→起出生产管柱下入注热管柱→地面注入热流体→焖井→自喷→下螺杆泵求产。

图3 多元热流体设备布局流程图

（1）完井。根据试验井油藏地质情况，选择裸眼完井或者射孔完井。对于射孔完井，由于稠油粘度高，渗流阻力大，为满足注热需要，需增加泄流面积，减少注入阻力，加大孔深和孔密。

（2）通井、洗井、冲砂。对探井进行通井、洗井、冲砂3步骤，通井保证油井下入管柱无障碍，洗井可以清洁井筒，清除套管内壁上粘附的固体物质或稠油，对于因井下有沉砂未达到人工井底或未达到要求深度的井，应进行冲砂。

（3）螺杆泵常规测试。在注热前，下入螺杆泵求取常规测试产能[6]，以验证常规测试手段对稠油井的试油效果。

（4）起出生产管柱下入注热管柱。取出原螺杆泵生产管柱，按照管柱组合顺序下入注热管柱，注热管柱下入位置进入油层中上部，为地面注热做好准备。

（5）地面注入热流体。在地层进行防膨预处理后，地面开始向油管内注入热流体，从油套环空注入氮气进行井筒隔热。施工参数严格按照优化设计的参数执行。

（6）焖井。注热完成后，按照设计焖井时间进行焖井。

（7）自喷求产。生产初期，油层温度高，压力足，可以选择自喷求产。

（8）下螺杆泵求产。注热后井下温度较高，油层出砂，产量较高，原油较稠，无法采用电潜泵求产，采用下入螺杆泵求产方式。

4 多元热流体热采测试工艺参数优化

海上探井热采测试工作流程是保证工艺实施的关键，而多元热流体热采测试工艺参数优化则是保证求取海上稠油油田的真实产能的关键，主要包括注入温度、注入量、焖井时间等工艺参数的优化。

以渤海油田PL-XX区块为例，该区块处于河流相和浅水三角洲沉积环境，砂泥岩互层，砂岩含量20%～30%，储盖组合比较理想。通过岩心分析，该油层孔隙度一般为23%～28%，平均为23.9%，渗透率100～1000×10-3μm2，属于中孔中渗储层。原油为重质稠油，具有粘度高、密度高、含蜡量高、凝固点低、饱和压力低、溶解气油比低等特点。该区块于2010年钻探了PL-XX-2井，射孔段894.00～902.00 m和1 104.00～1111.00m两个层位。

通过CMG数值模拟软件中的STAR模块对894.00～902.00m这一层段进行数值模拟，将模型网格划分为纵向上10个模拟层，见图4。不同注入温度、注入量、焖井时间进行优化设计。

图4 数值模型建立的网格结构

通过优化后预测曲线可以看出，当注入温度为150℃，在不同注入水量下，油井初期产能随着注入量的增加而增加；当注入量在540方以上时，峰值产能并不随注入量的增加而增加，继续增大注入量，后期开采效果变好。对于该层，选择了注入温度150℃，注入量550m3，数值模拟日产油量为29m3。

5 现场应用

将优化后的工艺参数，结合海上探井热采测试工作流程进行现场应用，得到：

第 1测试层（1 104.00～1 111.00 m）采用 178射孔枪、深穿透弹先进行复合射孔，后采用PCP+APR常规测试，采用螺杆泵60r/min的泵速得到平均日产油7.49m3，平均含水34%，平均含砂0.5%；采用热采测试工艺后，采用螺杆泵60～70r/min的泵速得到平均日产油25.15m3，基本不含水。

第2测试层（894.00～902.00m）与第1测试层的测试工艺相同。注热之前，采用螺杆泵60～70r/min的泵速得到平均日产油6.97m3，平均含水40%，平均含砂11%；注热之后，螺杆泵采用60～70 r/min的泵速得到平均日产油23.62m3，平均含水9.98%。

图5 数值模拟不同注入量平均日产量对比图

通过对比冷采测试与多元热流体热采测试两种方式的效果，证明了采用多元热流体热采测试的产能是冷采测试产能的两倍以上。多元热流体中包含有蒸汽、氮气、二氧化碳等多组分流体，不仅能够起到加热降粘的作用，同时大量气体进入地层，能够充分发挥气体组分的溶解降粘、扩大波及体积、增加地层能量等作用[7-9]，为油井生产提供了驱油动力，在综合作用下使得储层中原油的粘度大大降低，流动性增加，降低了在原油回采过程中的阻力，明显提高了产油量。