稠油热采测试井口防喷系统隔热降温装置研制

黄 佳，李孟超，邹 琦，姜晓君

(中海油能源发展股份有限公司 工程技术分公司，天津 300452)①

稠油热采测试井口防喷系统隔热降温装置研制

黄 佳，李孟超，邹 琦，姜晓君

(中海油能源发展股份有限公司 工程技术分公司，天津 300452)①

海上油田稠油热采的开发，需要录取井下数据资料，对油藏提供井下动态数据的支持。由于钢丝试井防喷系统无法承受热采开发过程中产生的高温蒸汽和热流体，不能在热采井中应用。研制了一种稠油热采测试井口防喷系统隔热降温装置，形成了一套完善的海上油田热采测试工艺技术，解决了海上油田高温热采井井下资料录取的难题。可对油藏注热方案的制定及热采开发提供技术指导。

稠油热采；高温蒸汽；测试；防喷系统；隔热降温装置

海上油田稠油资源丰富，符合热采条件的稠油地质储量达9.8×108m3。2010年，中海油对热采测试钢丝作业防喷系统密封工艺进行立项研究，提出了高温蒸汽和热流体[1]环境下密封橡胶热物理特性研究为关键技术，并采用杜邦耐高温橡胶，完成了钢丝作业防喷系统的(防喷盒、防喷器等)改进，实现了耐温等级327 ℃的钢丝试井防喷系统研发，并成功应用在渤海湾南堡35-2油田的276 ℃多元热流体注热测试作业中[2]；2013-12，在渤海湾旅大油田27-2平台A22h蒸汽吞吐先导性实践[3]注热阶段进行钢丝作业热采测试过程中，采用耐温等级327 ℃的防喷系统，由于高温注热蒸汽接近350 ℃。造成钢丝试井防喷系统橡胶密封多处发生泄漏，测试作业被迫终止，井下数据录取工作失败。

针对海上油田超高温环境下的稠油热采测试，需要对防喷系统进行改进，研发隔热降温装置，使高温注热蒸汽到达防喷系统橡胶密封位置前，温度被降至300 ℃以下，提升防喷系统的耐温等级。通过设计井口隔热和降温装置，形成了一套完善的海上油田热采测试防喷系统工艺技术，为海上稠油的高效开发提供有效的技术方案，为热力采油提供指导，在节约能源的同时提高油田采收率。

1 井口隔热降温装置

1.1 法兰连接式升高管

1.1.1 工作原理

图1 法兰连接式升高管

1.1.2 法兰结构及材质

法兰的尺寸应与稠油热采专用采油树结构保持一致，为保证高温蒸汽的密封性，法兰与油管连接后的焊接为其关键技术。法兰的技术要求如表1。

表1 法兰技术要求

1.2 隔热短节——金属密封式BOP

1.2.1 工作原理

金属密封式BOP如图2所示。侧盖与本体之间要求采用载丝法兰连接方式，采用金属密封，通过侧翼旋杆实现内部金属闸板的移动。要求ø2.7 mm(0.108英寸)和ø3.2 mm(0.125英寸)直径的试井钢丝能够自由通过防喷器闸板，在不剪切钢丝的前提下尽量减小闸板间的间隙，最大限度缩小介质过流面积，以实现隔热降温作用[5-8]。

图2 金属密封式BOP结构

1.2.2 关键技术

闸板全部采用金属材料结构，厚度40～50 mm；本体上下为法兰结构，实现防喷系统一体连接。金属密封式BOP技术要求如表2。

表2 金属密封式BOP技术要求

1.3 井口循环降温装置

1.3.1 工作原理

循环短节是利用普通油管加装外部水套，上下各开一孔，通过注入海水逆流循环吸收管内热量，实现防喷系统内流体降温作用。如图3所示。

图3 井口循环降温短节结构

1.3.2 循环降温短节

将350 ℃的高温蒸汽降至280 ℃以下，循环短节环形空间尺寸的选择决定降温效果。按照采油树出口蒸汽压力40 MPa，循环水30 ℃，注入速度1 m/s，通过传热过程中热力学能的变化，径向热传导公式及Churchill-bernstein关系式进行计算，并利用FLUENT建立流动模型，进行流场传热模拟[9-10]，得到循环降温短节技术参数如表3。

表3 循环降温短节技术要求

2 现场应用

2015-04，渤海湾旅大油田27-2平台A23h井进行蒸汽吞吐稠油热采。在注热前期，注热稳定期和焖井阶段分别进行钢丝5参数测试及取样作业，井口隔热降温装置为此次测试作业的顺利进行奠定了良好基础。

2.1 隔热降温总成连接方式

在旅大27-2A23h井热采作业钢丝试井过程中，防喷系统总成连接方式如图4。通过法兰钢圈密封整体与采油树顶部结构相连，两级金属BOP对井内高温蒸汽进行隔热限流，通过循环短节对隔热后的蒸汽再次降温，注入泵进行海水冷循环，通过升高管到达耐高温橡胶BOP之前实现整体降温，保证钢丝测试过程中的防喷可靠性。

图4 防喷系统总成连接方式示意

2.2 效果评价

在注热过程中，启动注入泵进行循环降温短节海水冷循环，关闭两级金属BOP闸板，进行隔热限流，准备就绪后打开采油树阀门使其与防喷系统连通。井口温度场稳定后，通过红外线测温仪对防喷系统总成各关键位置温度进行测量并记录，如表4。

表4 防喷系统总成关键点温度数据表

通过对温度数据分析，热采测试井口防喷系统隔热降温装置效果明显，成功进行了多趟钢丝试井作业，防喷系统无蒸汽泄漏现象。

3 结论

1) 通过现场应用，热采测试井口防喷系统隔热降温装置各组成部件材质、力学性能等满足设计要求，适合海上平台试井防喷系统连接方式。

2) 防喷系统隔热降温装置在采油树井口蒸汽压力16 MPa、温度350 ℃的注入条件下，经金属防喷器隔热限流、循环降温短节循环降温后，温度降至280 ℃以下，满足防喷要求。

3) 形成了一套适合海上油田稠油热采测试的井口防喷系统工艺技术，解决了海上油田高温热采井井下数据资料录取的难题，具有较好的社会及经济效益。

[1] 梁丹，冯国智，曾祥林，等.海上稠油两种热采方式开发效果评价[J].石油钻探技术，2014(1)：95-99.

[2] 刘小鸿，张风义，黄凯，等.南堡35-2海上稠油油田热采初探[J].油气藏评价与开发，2011，01(Z1)：41-44.

[3] 冯硕，司念亭，龙江桥，等.蒸汽吞吐热采在海上油田的先导性实践[J].天津科技，2014(3)：31-34.

[4] 朱启贤.石油与天然气井口设备[J].石油钻采机械，1983(2)：38-48.

[5] 施伟，谭毅，曹作暄.隔热材料研究现状及发展趋势[J].材料导报，2012，26(19)：344-346.

[6] 王媛媛，李俊，赵志斌，等.手动电缆剪切双闸板防喷器的设计开发[J].石油矿场机械，2008，37(9)：86-88.

[7] 鞠少栋，马认琦，郭树彬，等.金属O型圈高温密封性能研究[J].润滑与密封，2015(12)：111-115.

[8] 伍开松，林军.闸板防喷器主要结构参数的优化设计[J].机械科学与技术，1995(11)：48-49.

[9] 刘曼.工业循环冷却水系统优化运行的研究[D].武汉：武汉大学，2005.

[10] 卫栋，夏季秋.油管隔热层基础结构对视导热系数影响[J].石油矿场机械，2013，42(4)：61-63.

Development of Heat Insulation and Cooling Device of Wellhead BOP System for Heavy Oil Thermal Recovery Testing

HUANG Jia，LI Mengchao，ZOU Qi，JIANG Xiaojun

(Ener Tech-drilling & Productio Co.，CNOOC，Tianjin 300452，China)

There are abundant offshore heavy oil reserves and the amount that could be developed by thermal recovery method is about 9.8×108m3.For the offshore heavy oil thermal recovery，it is urgent to obtain and provide the down-hole dynamic data.The current BOP system used for wire well testing could not stand the high temperature during the steam injection process and couldn’t be applied on the offshore thermal wells.Aiming at this problem，a new heat insulation and cooling device for the thermal wellhead BOP system was developed.A set of perfect thermal recovery test technology for offshore oil field was established for solving the problem of offshore high-temperature logging of the thermal wells and providing guidance for the project design of the steam injection and thermal recovery.

heavy oil thermal recovery；high-temperature steam；logging；BOP system；heat insulation and cooling device

1001-3482(2016)12-0048-04

2106-06-09

黄 佳(1982-)，男，天津人，工程师，主要从事海洋石油钢丝试井及电缆生产测井工作，E-mail：huangjia2@cnooc.com.cn。

TE952

B

10.3969/j.issn.1001-3482.2016.12.013