稠油水平井均匀注汽技术分析

刘洋（辽河油田茨榆坨采油厂科尔沁开发公司，辽宁 盘锦124010）

0 引言

随着稠油资源的不断开发和水平井技术的连续提升，水平井注汽已经成为开采油井稠油的关键科技方式。水平井注蒸汽这项全新的采油技术可提升稠油的开采效率，和平常竖直井注采相比较，水平井射孔井段较长，油层开启幅度较大，一次可以使用比较低的驱动力量提升采收效率，目前已在稠油开采当中获得广泛使用。由于注汽管柱里面的流动阻碍力和储藏层里面的渗透力有所均匀，蒸汽从注汽管流入储层时并不均匀，存在过早气窜或者锥进的情况，驱扫范围变小，热能使用效率降低，对水平井的采收率带来了一定影响。为使水平井能够平均动用，提升水平井开发实效、发扬水平井开发优点。针对稠油水平井模糊注汽引发水平段动用不匀称、动用幅度较低的问题，开发出了水平井双管道注汽、增加注汽点、分段进行注汽和分段完井的注汽技术。

1 水平井注汽工艺管柱的研制

1.1 管柱构成及其基本原理

水平井注汽技术是在接近油藏的底部钻探一个水平井，并在其正上方进行打井，数量可以是一个也可以是多个。蒸汽从上部注入到油层后向着上方或者侧边的方向移动。管柱构件主要有真空隔热管、汽驱伸缩管、水平井注汽封隔器、扶正器、油管锚和筛选管。其中一种专门针对水平注汽研究制造的专门封隔器下入到造斜段的悬挂上部，为确保隔器能够更好座封专门研究制造了与之相适用的扶正器，为确保封隔器管柱不会因注汽而发生蠕动现象专门研究制造了与之相适用的锚定器和伸缩管，增强封隔器运作稳定性，在长时间作业情况下不会发生蠕动现象而出现失效问题。

1.2 水平井注汽工艺管柱相应配套工具及特点

1.2.1 水平井注汽封隔器

此前使用的氮气隔热方法在实际应用中效果并不理想。一些水平井注汽井因为隔热效果不佳引起套管受热伸长量增大，进而导致井口明显上涨注汽停止。主要原因是油井注汽的过程受到了水平井钻井和地层原因的影响，发生隔热实效不佳导致套管受热上涨，甚至导致套管受损，水平井的使用周期会因此而缩短。为解上述问题专门研究制造了水平井注汽封隔器，在分析了这种封隔器的科技原理和适应条件后，发现其坐封之后封闭性能较好，解封操作也较为简单易行且完全性能良好。

1.2.2 水平井注汽扶正器

为保护封隔器提升密封的实际效果，防止相关密封件受动损坏，一般会在水平井注汽封隔器的下面安装一个扶正器，扶正器的轴向上装置的钢珠共有6排，按照横截面圆周匀称排列，用于保护封隔器的密封件，可对封隔器起到扶正作用，提升密封的实效。

1.2.3 水平井注汽油管锚

这是一种依靠卡瓦油管自重锚定提升油管解封的油管锚，解封性能良好。在研究制造过程中，为确保后续施工内通径能够较好扩增，在其下井时受弹簧作用，扶正体会贴紧在套管的内壁上，在其下到一定位置后对管柱一定高度的起落操作，此时卡瓦和椎体会进行相对运动状态，椎体进入卡瓦后使其扩张开来，卡在套管的内壁上。解除密封的时候提升油管柱，锥体脱离卡瓦解除锚定器具封闭。

2 水平井均匀注汽技术分析

2.1 套管热应力分析

水平井井眼轨道主要包括直井段、水平井和弯曲段。前两者在温度场和热应力上极为相似，都有着轴对称特征，不同的是弯曲段，热应力变化情况繁杂，在注汽过程当中，套管会因温度上升而出现胀大变化，在油井口部和底部两边是固定的情况下，轴向压缩应力增大到大过屈服点时套管就会受损，其开关会发生永久性变化，或者发生塑性变化。

2.2 水平井双管注汽工艺技术

针对常规的水平井笼统注汽水平段存在的动用不均匀问题，迫切需要一种可以匀称注汽并且能够及时调节注汽工艺的技术，因此采用了上井双管子注汽技术。优点是不仅能够解决动用不均匀的问题，还能够按需及时进行地面调整控制；缺点是注汽出口只有两个，适用性不强。

2.3 水平井分段注汽工艺技术

采用双管注汽技术时注汽出口只有两个，当水平段较长时此技术适用性不强，此时宜采用分段注汽工艺技术，主要有管内分地和分段完井两种。前一种注汽管柱主要由114.3米真空隔热管、88.9 米油管、蒸汽伞和注汽阀门组成，按照地貌、流体参数和水平段的实际长度来确定注汽阀门的数量、方位和孔径，按照分段数量需求来确定蒸汽伞的数量和位置，完成管内分段提升分段注汽的实效。后一种则是在以分段注汽为基础，使用管外部的封隔器来完成封隔，实现分段注汽。这项技术的适用性较强，在完成分段注汽方面不受地质条件的影响，有效提高了水平段的动用程度。

2.4 水平井分段可调注汽技术

地层会因注汽而发生压力变化，水平段吸汽量也会随之改变。此时需要对注汽量进行调整使分段动用保持均匀。所有分段注汽技术中，除了双管注汽技术以外，在使用其技术时需要通过起下管柱来更换注汽阀门，作业量较大。为此，对于需要多个点注汽而且经常需要调节注汽量的水平井，专门研究制造出了投捞工具，可调节注汽阀门的水平井分段注汽技术，主要由1.3 米真空隔热管、4889 米油管、蒸汽伞、分段可调节注汽阀门和管外的封隔器组成管柱结构，在注汽过程当中按需下入投捞工具以调节注汽量。

3 关键工具的研制

3.1 管外封隔器

高温管外部的封隔器使用热力方法坐封，在完成注汽之后，井筒内部的温度会上升，内部膨胀剂的体积会随之迅速增大，胶简胀大的过程封隔器坐封即可实现，最终达成分段完井。高温管外封隔器构造简单坐封效果更加平稳可靠，对裸眼直径达到26到235米的17.8米筛管完井水平井更为适用

3.2 蒸汽伞

蒸汽伞是套管内部分段注汽时配套使用的重要工具，主要构件有压帽、连通孔和密封件，主要机理是利用注汽产生的压力差来撑开高温胶筒，来完成管内的密封隔作业。高温胶筒一般是由具有良好抗高温的复合材料制造而成，即使在高达320℃的环境中也能够长时间正常的运转使用。当胶筒被撑开，密封注汽管柱和套管之间就会出现环空现象，这些环空的存在可将水平井段进行分段隔离，形成一个个相对独立存在的分段单元。

3.3 分段可调注汽阀

水平井可调注汽阀主要是配套分段可调节注汽使用，由中心管和外套构成，外套上有四种孔眼，分别是6米、8米、10米和12米。中心管上有一个孔眼，用作调节注汽量使用，具体来讲，就是通过抽油管下放投捞用具，把中心管的孔眼和外套四个孔眼当中的一个对接起来，构建注汽通道实现各段注汽量的调整。

4 结语

通过对水平井均匀注汽技术的研究，可从施工源头上确保稠油油田热采开发的有序进行，完备水平井均匀注汽技术，提升注汽开采的实效，明显提升油井的采收率，有效避免使用常规氮气隔热方法损伤到油井套管。随着上技术在稠油油进开采中的大量应用，其战略地位日渐提升，各项水平井匀称注汽技术也得到了进一步的完善。在水平井方面加以应用提升了水平段的动用程度，提升率达到20%以上，同时大幅提升了水平井的开发实效。由此可见，稠油热采水平井深入提升开发实效的探索方向是按照地貌特征和水平段长度，把管内个的外多段分段注汽与完井完好地结合起来。