蒸汽驱技术在多层砂岩的开采技术研究

2014-12-23陈鹏

中国科技纵横 2014年24期

关键词：蒸汽驱辽河油田同心

陈鹏

(中国石油辽河油田公司钻采工艺研究院,辽宁盘锦 124010)

蒸汽驱技术在多层砂岩的开采技术研究

陈鹏

(中国石油辽河油田公司钻采工艺研究院,辽宁盘锦 124010)

蒸汽驱开采是稠油油藏经过蒸汽吞吐开采以后接着为进一步提高原油采收率必然的热采阶段,开展分层汽驱工艺技术研究是减少注汽时层间干扰,提高油层纵向动用程度和蒸汽驱效果的重要方法。辽河油田已经在利用两种新的完井方法,通过单井对多个油层有控制地注入蒸汽。利用这两种完井方法(即平行管柱注入法和限流量注入法)可提高蒸汽的利用率,并且可减少新钻的注入井数。本文评述同心管柱注入法并介绍这二种新方法的概念细节。同时还介绍有关应用这些方法的理论计算。

稠油油藏同心管柱砂岩层蒸汽驱

1 概况

在蒸汽驱工程中,总是希望利用一个通用的注入井筒同时对多油层注入蒸汽,也希望某一种规定值,保证注入各层蒸汽的干度和注入量。

多层注蒸汽的完井方案主要是用一根管柱对两层砂岩同时注入蒸汽。然而,在用一根管柱对上部两个层注蒸汽时就比较困难,因为蒸汽趋向于进入渗流阻力最小的层段。可能最终仅注入二个层中的一个层,或者看来似乎是向二层注入,就算使用孔径限制注入量的方法,但蒸汽的分配很可能和所期望的不同。因此,在用单管柱向多层注入时,必须采取某些机械手段来达到分别注入流体的目的。

过去曾用过几项技术,其中包括同心管柱注入法和限制套管射孔的方法。但实际生产时发现这些方法均存在一些缺点。由于这一原因,以及辽河油田要实施纵向扩展蒸汽驱计划,需要发展新的注入方法。目前已经研制并在油田现场进入先导试验的新方法是:(1)平型管柱注入法;(2)限流量注入法。使用这些方法是为了提高蒸汽的利用率和减少为实施纵向扩展注蒸汽方案新钻的井数。

本文介绍了这两种新完井方法的概念细节,并且与以前所用的方法对比,讨论了它们的优越性。还讨论了应用新方法的理论计算。

2 平行管柱注入法

2.1 方法描述

平行管柱注入法是指把两根油管柱并排下入井筒的注入方法。它是使用两种标准尺寸的管柱,并在每根管柱上装一伸缩装置。把井口改装得能够挂两根并排的管柱。为适应下二根管柱,要求使用大套管完井典型的为(7英寸或9 5/8英寸)。在上部油层的上面装一个双管柱耐高温封隔器,在两个目的油层间装一个单管柱耐高温封隔器。在上下封隔器之间使用隔热管,以减少直接与油套管环空中低压蒸汽相接触的那根管柱在此处的热损失。平行管柱系统分三个阶段安装:(1)坐封永久性耐高温封隔器;(2)用长管坐封双管柱封隔器总成;(3)用J形锁销插入短油管柱。

长管柱上的活动接头和短管柱上用的J型槽密封件,允许两根管柱彼此独立地伸缩。

2.2 热损失计算

使用计算软件估算平行管柱注入井的热损失。结果表明平行管柱之间的热传是最小的,这主要是因为两根管柱之间实质上是彼此独立的。在这一计算实例中,同心管柱和平行管柱的注蒸汽条件是一致的。然而,同心管柱之间的热传递要比平行管柱之间的大很多。这是因为同心管柱就像双管热交换器,它为从一根管柱向另一根管柱传热提供了极为有效的条件。可以看出,在一个井筒中并排下入两根管柱,使其彼此独立,传热大大减少。因为两根管柱的尺寸相同,注入条件一致(与同心管柱注入条件一致),所以,两根管柱的干度曲线相互重叠,压力损失相同。在两根管柱之间不存在温差,因而不存在传热现象。由于向围岩传热造成的热损失,每一管柱内蒸汽的干度都有轻微的降低。

2.3 现场应用

到目前为止,辽河油田已经在实施蒸汽驱的地区用平行管柱法完成了先导试验井的现场试验。目前正在实施一个纵向扩展蒸汽驱计划。对于蒸汽已驱过砂岩上面的两个彼此分隔的目的层,用平行管柱注入法分别注入蒸汽。这个地区的大部分老注入井用51/2英寸(14.0厘米)套管完井,因而它们不能使用平行管柱注入法[适于并排下入两根23/8英寸(6.03厘米)管柱的最小套管直径为7英寸(17.8厘米)]。现有注入井转为蒸汽驱后对砂岩进行水驱的注水井。为适应并排下入两根管柱,正在钻大井眼,以便对两个新的目的层开始蒸汽驱。

3 限流量注入法

3.1 方法描述

钻采院的限流量注入法是在正对目的层的注入管柱上安装限流量出口或控制射孔数来实现的。根据每孔所期望的注入速率、蒸汽干度、注入条件和井底压力来确定所射孔眼的尺寸和数目。当蒸汽通过每一出口达到临界流动时,可简单地改变限流量出口的数目及大小来精确地调节更层的注蒸汽速率。

各种限流量法曾成功地用于井筒周围地层的处理,以提高井的生产能力或注入能力。国外公司已经利用限流量完井法把蒸汽注入几个彼此分隔的砂层。用这些方法时,在套管上进行限流量射孔。60年代中期外国公司已经试验过这种套管射孔技术,因为在套管上不能获得精确的射孔尺寸,并在射孔后,随着时间的推移,由于冲蚀和结垢等原因,孔眼的尺寸发生变化,就放弃了这种技术。后来改在油管上进行限流量射孔,因为这样做可在地面上确定出孔眼的尺寸,并把孔眼的冲蚀和结垢减小到最低限度。

只要能达到和保持蒸汽的临界流动,就可以通过多种方法来设计和制造限流量出口。例如,可以用临界流动喷嘴、蒸汽嘴或蒸汽转向器。临界流动喷嘴主要由带有扩口进口段的短圆筒组成。一般情况下,直段的长度是喉道直径的二分之一,但也可以再长点。此外,可把锥形扩口段加在喉道出口上,使排除蒸汽的压力有所恢复。

蒸汽嘴与喷嘴很相似,但没有收缩进口和扩展出口段,蒸汽嘴常用于地面管线限制蒸汽流动。一部分蒸汽流通过一个或多个安装在油管周围的同心槽进入油管柱,铣槽的总面积等于达到和保持临界流动所要求的横断面积。在两个目的层间坐封一个耐高温封隔器,以保证蒸汽通过限流量出口以后分别注入目的层。