稠油水平井均匀注汽技术

刘德铸

(中油辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010)

引 言

辽河油田水平井已超过1300口，其中80%以上为稠油热采水平井，并且大多采用筛管完井，注汽时大都采用笼统注汽方式。由于井筒内、地层与筛管环空之间没有有效的封隔，加上油藏在平面及纵向的非均质性，动用不均的现象普遍存在。生产数据和产液剖面资料分析显示，85%以上的水平井1/3～1/2的水平段存在动用不均的现象，蒸汽局部突进现象严重影响了水平井产能优势的发挥[1-2]。为此，针对不同地质及井况条件进行研发，形成了管外封隔器、蒸汽伞等关键工具及不同的均匀注汽工艺技术，有效提高了稠油水平井水平段动用程度。

1 水平井均匀注汽技术

1.1 水平井双管注汽工艺技术

针对常规水平井笼统注汽水平段动用不均的普遍问题，急需一种能够均匀注汽并实现及时调控的注汽工艺技术，为此研发了水平井双管注汽工艺技术[3-6]。如图1所示，管柱部分主要由内注汽管和外注汽管组成，采用氮气隔热的方式，内注汽管由Ø48.3 mm的无接箍油管+Ø48.3 mm无接箍筛管组成，下至B点(脚尖处);外注汽管为Ø114.3 mm真空隔热管 +Ø88.9 mm油管组成。其中，Ø88.9 mm油管作为Ø48.3 mm无接箍油管的保护管，防止Ø48.3 mm无接箍油管脱扣后打捞困难;在Ø88.9 mm油管上连接2段筛管，每段筛管长度为9 m，一段对应A点，一段对应B点。通过对内外管的分注实现对水平井的A点(脚跟)和B点(脚尖)的双管注汽，提高水平段动用程度。

图1 水平井双管注汽管柱示意图

该技术在很大程度上改善了水平段动用不均的问题，并能根据需要及时实现地面调控。但缺点是只能实现脚跟、脚尖2点注汽，适用于非均质性不是很强的水平井。

1.2 水平井分段注汽工艺技术

针对双管注汽只有2个注汽出口，对于长水平段适应性仍存在局限的问题，进一步针对性研发形成了分段注汽工艺技术。

水平井分段注汽工艺技术包括管内分段注汽工艺技术和分段完井分段注汽工艺技术。管内分段注汽管柱如图2所示，由Ø114.3 mm真空隔热管+Ø88.9 mm油管+蒸汽伞+注汽阀组成。根据地质、流体参数及水平段长度确定注汽阀个数、位置及孔径，根据分段数的要求确定蒸汽伞的位置及个数，实现管内分段，提高分段注汽的实施效果。分段完井分段注汽管柱如图3所示，在分段注汽基础上利用管外封隔器实现管外封隔，实现真正意义上的分段注汽。该技术适用于任何地质条件下的分段注汽，大大提高了水平段动用程度。

图2 水平井管内分段注汽管柱示意图

图3 分段完井段注汽管柱示意图

1.3 水平井分段可调注汽技术

随着注汽的进行，地层压力发生变化，水平段各段的吸汽量也会发生相应变化，为均匀动用水平段，需对注汽量进行调整。而上述介绍的各类分段注汽技术除双管注汽外，在调整注汽量时需要起下管柱以更换配汽阀，作业工作量大。为此，针对需要多点注汽且频繁调整注汽量的水平井，研发了可调注汽阀及配套的投捞工具，形成了水平井可调注汽工艺技术。管柱结构如图4所示，由Ø114.3 mm真空隔热管+Ø88.9 mm油管+蒸汽伞+分段可调注汽阀+管外封隔器组成，在注汽过程中根据需要下入配套的投捞工具以调整注汽量。

图4 水平井分段可调注汽管柱示意图

2 关键工具的研制

实现水平井均匀注汽技术，需要研发与双管注汽、分段注汽及分段可调注汽等技术系列相配套的关键工具，主要包括蒸汽伞、管外封隔器、可调注汽阀等。

2.1 蒸汽伞

蒸汽伞是管内分段注汽的关键配套工具，用以实现管内封隔。蒸汽伞主要由压帽、密封元件和连通孔等组成(图5)。工作原理是利用注汽压差撑开高温胶筒，实现管内封隔。高温胶筒采用耐高温复合材料制成，可在320℃的条件下长期使用，在注汽过程中靠注汽管柱内外压差撑开胶筒，密封注汽管柱与套管之间的环空，将水平井段分隔成几个相对独立的注汽单元。

蒸汽伞胶筒在常温下可以耐压7 MPa，高温下耐压5 MPa，能够满足现场施工要求。

图5 蒸汽伞结构示意图

2.2 管外封隔器

高温管外封隔器采用热力方式坐封，注汽后，井筒内温度升高，内置膨胀剂体积急剧增大，胶筒膨胀，实现封隔器坐封，达到分段完井的目的[7-10]，如图6所示。高温管外封隔器结构简单、坐封便利，且稳定可靠，适用裸眼直径为216～235 mm的Ø177.8 mm筛管完井水平井。

图6 管外封隔器结构示意图

2.3 分段可调注汽阀

水平井可调注汽阀是分段可调注汽的关键配套工具，主要由中心管及外套构成，注汽阀的孔眼设计在外套上，孔眼的大小分别为6、8、10、12 mm，中心管也设计了1个孔眼，当现场需要调整注汽量时，通过抽油杆下入投捞工具，将中心管上的孔眼与外套上4个孔眼中的1个连接，建立起注汽通道，通过此种方法来调整各段注汽量(图7)。

3 现场应用及典型井例

截至2013年年底，水平井双管注汽现场应用131井次，累计增油7.8×104t，平均提高动用程度24.2%。水平井多点注汽现场应用159井次，累计增油3.9×104t，平均提高动用程度23.3%。水平井分段注汽现场应用54井次，累计增油1.6×104t，平均提高动用程度25.5%。

图7 水平井分段可调注汽阀结构示意图

典型井例:杜84-兴H3221井是一口稠油热采水平井，水平段长度为200.1 m，采用 Ø244.5 mm套管悬挂Ø168.28 mm光管与筛管的完井结构。2011年8月投产，笼统注汽。注汽1周期后，采用分段注汽管柱，为一级两段，管柱结构为丝堵(倒角)+分段注汽阀+Ø88.9 mm N80油管(倒角)+蒸汽伞+扶正器+Ø88.9 mm N80油管(倒角)+分段注汽阀+Ø88.9 mm N80油管(倒角)+Ø114.3 mm真空隔热管。从生产效果可以看出，分段注汽后累计产油、日产油、油汽比指标明显提升，生产效果明显变好(表1)。

表1 杜84-兴H3221不同周期分段注汽生产数据

4 结论

(1)水平井双管注汽、水平井分段注汽、水平井分段可调注汽等技术构成了较为完善的水平井均匀注汽工艺技术系列。

(2)水平井均匀注汽技术在辽河油田稠油热采水平井大规模应用，平均提高水平段动用程度达20%以上，大大提高了水平井的开发效果。

(3)根据地质特点与水平段长度，将管外多段分段完井与管内多段分段注汽相结合是稠油热采水平井进一步提高开发效果的研究方向。

[1]张守军.水平井分段优化注汽技术及其应用[J].大庆石油学院学报，2010，34(4):62-63.

[2]尹虎，刘辉，李黔，等.提高稠油水平井注蒸汽效率的技术研究[J].石油天然气学报，2011，33(12):119-123.

[3]Cooper G A.Deep heavy oil recovery by steam injection using twin horizontal draiholes[C].SPE24088MS，1992:801-805.

[4]Jamie Cuadros，Nicolas Ossa.Horizontal well placement optimization for heavy oil production in Girasol Field[C].SPE132884MS，2010:1-3.

[5]刘慧卿，等.水平井分段注采产能模型研究[J].水动力学研究与进展，2006，21(3):107-108.

[6]张国文，等.遇油遇水自膨胀封隔器在水平井完井中的应用[J]. 石油矿场机械，2012，41(2):41-44.

[7]孟红霞，等.水平井分段射孔完井方案优化[J].油气地质与采收率，2007，14(5):84-87.

[8]魏新芳，徐鑫，余金陵，等.水平井分段完井工具的室内试验及现场应用[J].石油钻探技术，2010，38(2):55-57.

[9]文华，等.水平井中心管采油技术研究与应用[J].大庆石油地质与开发，2011，30(1):115-117.

[10]陈新民.水平井均匀注汽工艺在滨南油田的研究与应用[J]. 油气地质与采收率，2009，16(2):106-107，110.