畢業設計-提高熱采水平井火驅開發效率的完井技術研究-免費閱讀

　　

【正文】 人造潤滑 劑被使用于防止火花引起的爆炸。 乳化抑制劑被加入所有的生產井。 乳化液 A7 需要大量的化學藥品用來破乳。 在注水周期開始和結束的時候使用抑制劑；在壓縮機出口安裝冷凝裝置以確保干空氣的注入。 通過緩蝕劑控制腐蝕。 酸化處理只能恢復局部的注入能力，使用優質水非常重要。 注入三氯乙烯解決問題。 從油套 U 形環空注 入空氣，從油管放出注入的空氣。在 生產過程中由油套環空注入緩蝕劑 ， 可實現生產設備的有效防腐 。 國外一些項目生產井使用的完井技術 統計 如表 所示 。 這在注 、 采工作制度的控制上存在相當大的難度 。 （ 4） 射孔 為準確控制注氣位置 ， 防止空氣上竄到其他層 ， 應使用套管射孔完井。燃燒區域使用具有熱穩定性的水泥漿 [18]，研究發現，使用二氧化硅（或含有二氧化硅）的 API 類 G 級水泥混合配制的水泥會影響采收率。所以，這種方法是可行的。 （ 1） 假設燃燒在絕熱條件下進行： 取 3 層薄層（ K2K1K3） 。 圖 直井 水平井組合垂直剖面圖 水平注入井可對應多口生產井，實現了面式驅替，驅替的效率更高，注入的氣體西南石油大學本科畢業設計 （論文） 20 燃燒效率也更高 ， 如圖 所示 。 該方法應用在窄的移動帶 ， 可大大減小整個儲層非均質性的敏感性。在其他條件不變的情況下，通過控制直井射孔的位置，將注氣位置選在油層上部一定的區間內， 利用空氣輕注入后首先向上流動的性質，獲得的最終采收率較其他位置更 高 [15]， 如圖 所示。 燃燒前緣移動油帶的高粘油升溫改質需要兩個條件 ： 首先油藏冷油區的油粘度 要高。因此，火燒油層技術需要進一步 發展，改變不能穩定生產的現狀，簡化生產方式，提高采收率。最后燃燒前緣推進到生產井，氣體完全突進從生產井產 出，井下工具及套管、油管等也會被燒毀。 另一方面，燃燒前緣向生產井 靠近，燃燒產生的混合驅動的驅油效果越來越好，生產井的出油越來越多，產量越來越 高 ，油井甚至能進行自噴生產。油層燃燒所產生的混合驅動力剛剛開始向四周傳播，很難能傳到生產井，尤其是稠油和 剩余 油的開采。另外，受井網組合的限制，水平注入 井 的諸多優勢 并不能很好的體現出來（直到重力泄油技術的引入） 。 由于 燃燒過程發生在油層內部 ， 人們在進行過程量劃時有很大的局限性 ， 缺乏全面的認識 ，不能準確的確定井間間距 ，造成井網不匹配等。 提高熱采水平井火驅開發效率的完井技術研究 11 表 952 井組典型井氣樣分析 （ CO2 含量 ） 井號 Φ（ CO2） /% 井號 Φ（ CO2） /% 951 942 953 961 954 992 941 994 1173 1162 73 1163 P22 1164 1161 1171 表 不同 CO2 分壓對腐蝕的影響 CO2分壓 /MPa 年腐蝕深度 /mm 由此可見，腐蝕問題將在火燒油層技術實施的過程中引起十分嚴重的問題。 從國內外 火燒油層的 腐蝕井分析來看 ，火燒油層技術實施 過程中普遍存在以下問題 [6]： （ 1） 濕式燃燒中注入井 的氧化 腐蝕。 圖 火驅不同階段油層平面溫度場 油層燃燒 產生 大量的熱，溫度可達到 1000℃以上 （如圖 所示 ） ， 高溫會 降低稠油粘度 ， 同時分解稠油產生 復合驅動作用，但高溫本身會對井下包括完井工具在內的各種工具帶來巨大的影響，甚至損壞、局部熔化井下工具，從而嚴重阻礙火燒油層技術的實施 [5]。 另外，針對油層的各種性質往往還會選擇適合的添加劑（如 金屬鹽類添加劑 、過氧化氫等）以提高點火的效率。 電加熱器受實際深度的限制 ， 壽命短 ， 加熱功率有限 ， 一般不超過 75kW。 西南石油大學本科畢業設計 （論文） 8 （ 5） 具有混相驅降 低原油界面張力的作用 ， 但比混相驅有高得多的驅油效率和波及系數 。 除液相產物外 ， 還有燃燒的煙氣 ， 包括一氧化碳 、 二氧化碳及天然氣等 。 火燒油層的采收率常可達到 50%以上 ， 并且可以在比蒸汽驅采油更復雜 ， 更苛刻的地層條件下應用 ， 因而是對稠油和 剩余 油開采的一種具有誘惑力的熱采技術 。 （ 3）編寫了相關的程序。該技術把火燒油層技術中的高能量效率與水平井具有的高速采油能力和重力泄油過程具有的高采收率特性結合起來，采用水平井作為生產井，擴大了井眼與油層的接觸面積，提高了油層吸氣能力，加速了井筒到油藏的熱傳遞，降低了注氣強度和采油強度，移動原油不必經過冷油區，通過最短距離即可進入生產井，實現了稠油的就地升溫降粘和非混相空氣驅，極大地提高了 原油的采收率。中國石油天然氣總公司石油勘探開發科學研究院熱力采油研究所還與羅馬尼亞開展了有關現場火燒工藝的交流合作研究項目 ， 現已取得了不少可喜的成果。另外， 油層燃燒產生的高溫 對井 壁、套管 及其井下 工具造成影響和破壞，注入的氧化性氣體對套管、水泥和工具的腐蝕 （燃燒時溫度和氣體含量變化如圖 所示 ） ， 在 高溫環境下 這種腐蝕將更加嚴重，還有 點火工藝的復雜性 。 目前 ， 全世界已經有 100多個油田開展了較大規模工業性開采試驗 ， 其采收率一般可達 50%～ 80%。 對于稠油油藏 ， 常規方法很難開采 ， 要采取一些特殊的工藝措施 ， 如熱力采油 、 化學方法采油、 生物采 油及一些組合方法等。 以直井 水平井組合、水平井 水平井組合重力泄油原理為輔助的火燒油層 新 技術的提出 克服了傳統 火燒 油層 技術 的諸多問題 ，進一步提高 采收率 。 由于這種新技術能夠進行穩定生產，這給火燒油層完井技術的研究帶來了方便。 為此 ， 各國均有針對性地加強了稠油開采的技術研發 。 我國從1958 年起 ， 先后在新疆 、 玉門 、 勝利 、 吉林和遼河等油田開展了火燒油層試 驗研究 。這些問題 都 關 系著火燒油層能否成功實施， 是 順利 實施火燒油層技術急需解決的問題。 火燒油層采油法從本世紀 20 年代起 ， 至今已經經歷了 70 多年 。 西南石油大學本科畢業設計 （論文） 4 技術路線 和 研究內容 技術路線 圖 技術路線圖 研究內容 （ 1） 收集國內外火燒油層技術 及其完井技術相關資料 ，了解國內外火燒油層技術的發展狀況 。 西南石油大學本科畢業設計 （論文） 6 2 火燒油層技術 概述 火燒油層技術簡介 火燒油層 ， 國外又叫 “就地燃燒” （ InSitu Combustion） ， 它利用油層本身的部分燃燒裂化產物作為燃料 ， 利用外加的氧氣源和人為的加熱點火手段把油層點燃 ， 并維持不斷的燃燒 ， 燃燒生熱使溫度達到 1000℃ ， 從而實現復雜的多種驅動作用 。 但與注蒸汽相比火燒油層有著一些本質上的優勢 ： （ 1） 它所使用的注入 劑是 空氣到處都有 ， 而注蒸汽則需要大量的水 ， 水資源在某些地區可能嚴重匱乏 。 熱水 、 熱汽 、 氣都能把熱量攜帶或傳遞給前方的油層 ， 從而形成熱降粘 、 熱膨脹 、 蒸餾汽化 、 油相混相驅 、 氣驅 、 高溫改變相對滲透率等 一系列復雜的驅油作用 。 （ 6） 熱源是運動的 ， 所以火驅井網、井距可以比蒸汽驅、化學驅更靈活。 而火焰加熱器 ， 特別是氣體燃料燃燒器 ， 不受深度的限制 ， 可以產生 100kW 以上的加熱功率 。因此，為縮短點火時間，提高點火的效率， 應根據油藏的特點綜合考慮考慮現場實際與經濟投入 ， 采用多種點火方式結合 ， 優選 出最佳點火方案實現成功點火的目的。 另外，完井時使用的水泥和套管在較長時間內是否能承受住高溫的影響也對火燒油層過程至關重要。 （ 2） 生產井在高溫條件下的酸腐蝕及 氧突破造成的氧 化 腐蝕。在火燒油 層實施前，應充分考慮到這種腐蝕問題，有針對選擇可行的完井措施和防治措施，保證火燒油層過程的順利進行。如下圖： 圖 直井 直井組合（九點井網） 圖 直井 水平井組合 提高熱采水平井火驅開發效率的完井技術研究 13 圖 直井 水平井組合（ 反向） 圖 水平井 水平井組合 直井 直井組合以九點井網為例， 如圖 所示 ， 中心為一口注入井，四周 8 口生產井。所以，在傳統的火燒油層技術中，水平井用作注入井的反向直井 水平井組合并未被使 用。也就是說，在油層點燃后 生產 初期的相當長的一段時間內（燃燒前緣的一般推進速度為 每天 幾厘米至十幾厘米 ，與油層性質有關 ），生產井都不會因火燒油層產生的混合驅動而出油。此時原油的品質也發生了變化，由于燃燒產生的高溫使重質原油發生裂化反應生成輕質的原油，油井產出油的品質也會越變越好。注入井停止注氣，生產周期結束。 西南石油大學本科畢業設計 （論文） 16 火燒油層 新 技術 直井 水平井組合 近幾年 ， 國外 提出了 以直井 水平井為基礎的 從水平井腳趾到腳跟 注空氣 的 火燒油層 新 技術 （ THAI） [10]， 可以利用水平井實現火驅輔助重力泄油 （圖 所示 ）。理想狀態下冷稠油粘度很高 ， 基本不流動 ， 沿水平井形成了一道天然擋板 ， 阻擋提高熱采水平井火驅開發效率的完井技術研究 17 氣體進入 ， 冷稠油形成了粘性阻擋層 ， 阻擋氣體流入下游區域 ， 這正好與傳統的油藏開采技術相反 。 圖 將注氣位置選為油層上部效果最好 需要注意的是 ， 高溫可動油經水平井產出會 使水平井段所處條帶的溫度升高 ， 當該處溫度升高到一定程度后 ， 一旦氧氣從水平段突破 ， 發生高溫氧化 （ 燃燒 ） 則難以避免 。 水平井 水平井組合 在傳統的火燒油層技術中，已經存在 水平井 水平井組合 下 將水平作為 注入 井的開采方法，但是傳統的火燒油層技術并不能很好的發揮水平注入井的優勢 ，加上實施的技術很復雜，所以收效甚微 。 圖 水平井 水平井組合垂直剖面圖 （只畫出了兩口水平生產井） 水平注入井使用多點注氣的方法，這種方法會不會給油層點燃帶來新問題呢？通過分析，水平注入井 的點燃并不需要實施“多點點燃”。 圖 燃燒前緣各自傳播速度不同 由于各層燃燒前緣傳播的速度不同 （如圖 所示 ） ，所以會形成類似指 進的燃燒前緣 ，如圖 所示 。 提高熱采水平井火驅開發效率的完井技術研究 23 3 提高火燒油層 開發效率的完井技術 完井技術 的優選 前面已經提到過，完井所需要面對的問題主要為 高溫、 CO2腐蝕、氧化腐蝕、點火方法、注氣 速度和油層 出砂等問題。使用石墨（天然碳纖維、礦棉渣）和變高嶺石（硅酸鋁）配制的具有熱穩定性的高稠水泥漿在高熱循環溫度下 （ 450℃ ） 對抗壓強度和流體滲透率沒有顯著的負面影響，從而適合充填到燃燒區域。套管使用J55 等級和 K55 材料 。 如圖 和圖 所示注氣速度過大和過小，均會影響生產。 表 國外一些項目生產井使用的完井技術 統計表 項目編號 完井情況 項目編號 完井情況 套管（英寸） A2 85/8，至產層頂部 A5 85/8，至產層頂部 A7 7 A8 51/2 A9 51/2 A10 7，至產層頂部 A11 51/2(14 lbm/ft K55) A13 7(23 lbm/ft K55) A17 51/2(J55 STC) A18 7(J55) A19 7(17 lbm/ft H40 STC) A24 95/8 裸眼完井 A1 篩管， 60 篩眼孔槽 A2 85/8in， 60 篩眼孔槽篩管 A5 85/8in， 60 篩眼孔槽篩管 A6 85/8in， .， 43/4in， 槽篩管。 （ 4） 完井 采用 套管射孔完井 [14]， 套管為 H J55 和 K55 等級的材料 ， 可使用不銹鋼襯管生產井 ， 使用礫石填充防砂相比注入井更普遍 。 A3 每 6 到 18 個月注入器的篩孔中形成瀝青 質。 A20 地層堵塞，可能是由于石蠟沉淀或地層淤 泥造成。 腐蝕 A3 生產井主要為 S， O2， CO2 腐蝕 。 A13 注入井的腐蝕既有溫和也有嚴重的情況，大多數的嚴重腐蝕發生在油管后三分之一即空氣和水混合的區域。 磨損 A3 注入井出砂發生在注入率增加的時候。 A8 一個主要的問題。 A11 在 treated at 170176。 這種潤滑劑和 75% Anderol 500 和 25% Gulf FR Fluid P47 混合使用。 A12 在壓縮機的中間階段發生爆炸。大多數生產井是生產重油的，急冷問題、地層水問題、固體顆粒問題。 A23 高氣體含量的生產井發生砂蝕。 A23 同時注入空氣和水會引起嚴重的腐蝕，通過氧化腐蝕，也包括酸性腐蝕，損害生產井，高溫環境會使這