提高熱采水平井火驅開發效率的完井技術研究畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 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。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。但問題在于，隨原油產出的反應生產氣體也會越來越多，酸化腐蝕越來越明顯。不僅如此，反應的殘余氧化性氣體也會隨原油產出，而且越來越多，氧化腐蝕也會越來越明顯。再加上油層出砂問題一直存在，生產井將會面臨一系列生產問題。到了生產末期，燃燒前緣距離生產井已經相當接近，燃燒產生的高溫將逐漸影響生產井，隨著生產井的溫度越來越高，對生產井的影響也越來越明顯。井下的一些設備會因為高溫而失效，酸化腐蝕和氧化腐蝕也會因溫度的提高而越來越嚴重。隨著井下設備的失效和腐蝕越來越嚴重，原油的生產將越來越困難，反應生成氣體和殘余氧化氣體將逐漸取代原油被更多的采出，原油的生產將逐漸失去意義。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。注入井停止注氣，生產周期結束。以上介紹了傳統火燒油層技術的生產方式，從中不難看出，在一個生產周期內，對于注入井而言，注入井的注氣壓力會因燃燒前緣的向前推進而逐漸變大，從完井角度講，這期間主要面對注入氣體的氧化性腐蝕和高溫問題。而對于生產井，在一個生產周期內，初期到末期的生產方式變化非常大，從初期的常規式生產到末期的一系列生產問題，這個過程需要一系列設備和開采方法交替使用，這就給生產井的完井帶來了相當大的壓力。從完井角度講，需要同時考慮到稠油和輕質原油的開采，同時伴隨著反應生產氣體和氧化性氣體，還有高溫、油層出砂等一系列問題。更重要的是，這種開采方式至始至終都不能實現生產井的穩定生產。傳統火燒油層技術所面臨的這些問題阻礙了火燒油層技術的發展和采收率的進一步提高，于此同時，也對相應的完井技術提出了相當高的要求。而且即使發展出了較好的完井技術以應對完井方面的難題，對火燒油層開發效率的貢獻也是有限的。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。 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（）。這種開采方式的原理類似于水平井條件下的蒸汽輔助重力泄油（SAGD）技術，特別適于在常規直井井網條件下難以實現注、采井間有效驅替的特稠油、超稠油油藏。THAI技術的提出，突破了火驅技術應用的地層原油黏度上限，大大拓展了火驅技術應用的油藏范圍，使火驅開發特、超稠油成為可能。 水平井火驅輔助重力泄油機理示意圖這種技術的重要特征是：燃燒前緣沿著水平井從端部向跟部擴散，迅速形成一個可流動油帶，該流動油帶內的高溫不僅可以為油層提供非常有效的熱驅替源，也為滯留重油的熱裂解創造了最佳條件。被加熱的原油借助重力作用迅速下降，到達生產井的水平段，不用從冷油區內流過，實現了短距離驅替，克服了傳統火燒油層技術中使用垂直注入井與生產井過程中驅替距離長的缺點。通過數值模擬和實驗研究可知，THAI技術的驅油機理是[11]：燃燒前緣形成一個狹窄的移動油帶，由于重力輔助泄油，在移動帶內的可動油和燃燒氣將流入水平生產井射孔段，從而實現短距離驅替。氧氣的擴散會使穩定的地層產生擴散梯度，由于重力輔助作用，油藏泄油段與水平生產井間存在壓力梯度，燃燒前緣的所有燃燒氣和流動液向下流到了水平生產井射孔段，因此注入的空氣會優先移動到燃燒前緣。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。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。另外，為確保流動油帶和燃燒前緣的工藝操作條件穩定不變，必須在燃燒前緣的每個單元提供恒定的氧氣量。THAI技術與常規火燒驅油技術相比較，THAI技術實施過程中，高溫區與燃燒前緣垂直。常規火燒驅油技術如今被分為高溫氧化氣驅和高溫氧化混相氣驅，其中由于氣體上竄，造成燃燒油層下移。然而，THAI過程中的強制流動機理和重力輔助機理可以完全控制或減弱這種現象，這使得THAI技術在稠油開采中的應用前景更加廣闊。與常規火燒驅油技術相比，THAI方法可以獲得更高的采收率，這是因為它只在油藏中要求的地方釋放能量，避免了在設備與管線上的熱量損失。實驗證明，注入井的注氣位置對采收率的影響也很大[14]。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]。 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。要實現穩定泄油并保證燃燒前緣不從水平井突破，就必須使空氣中的氧氣全部在結焦帶之前消耗掉。換句話說，既要保證注入空氣中的氮氣、燃燒生成的二氧化碳從水平井排泄出去（否則就會就地成為滅火劑），又要保證注入空氣中的氧氣不從水平井排泄出去。THAI技術是稠油和重質油油藏開采中一種非常有效的方法，可獲得非常高的原油采收率。該技術只在燃燒前緣形成窄的可動油帶，可動油帶沿水平生產井的方向，其大小主要由冷而粘的稠油的密封性能決定。THAI技術是一種重力輔助層內燃燒法，主要受水平生產井射孔段確立的壓力梯度的影響。另外，生產井中還裝有移動式內套筒，通過調整內套筒可維持生產井射孔段長度不變。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。 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。隨著開采技術的發展，尤其是重力泄油原理在火燒油層技術中的應用，將水平井用作注入井再次被提出來，水平注入井較直井注入井的優勢終于可以充分發揮出來。 利用重力泄油原理的水平井水平井組合，水平注入井與水平生產井成90176。，水平注入井水平段的井眼軌跡仍然要選在油層的上部才能更好的利用重力泄油原理。 水平井水平井組合剖面水平井擴大了與底層的接觸面積，所以水平注入井采用多點注氣的方法可以擴大注氣控制面積，可以將直井注入井的線式驅動改善為面式驅動。因此，一口水平注入井可以同時對應多口水平生產井。 一口水平注入井對應多口水平生產井直井注入井與水平注入井相比，直井注入井存在難以驅替到的區域，而且一部分注入氣體沿邊緣向遠處地層擴散，不能到達燃燒前緣，燃燒效率受到限制。 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，注入的氣體燃燒效率也更高。 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”。水平注入井在點燃時，僅在其中一點點燃油層，點燃前會先預熱地層，所以應將整個水平段進行預熱，使整個水平段井眼附近地層的溫度高于遠離井眼地層的溫度。油層在一點被點燃后，燃燒前緣沿井眼方向的傳播速度比垂直方向的傳播速度快。如果在點燃后持續對整個水平段注入高溫的熱空氣，燃燒前緣沿井眼方向的傳播將會更快，迅速傳播至全井段。所以水平注入井在油層點燃后可以在短時間內形成穩定的燃燒前緣，以面的方式向遠處傳播。 點燃初期燃燒前緣的傳播無論是火燒油層技術還是注蒸汽、注水的開采方法，油層的非均質性對開采方法的效果都有很大的影響，例如注水開采，滲透率分布的不均勻會造成錐進、指進等現象。下面簡單分析非均質性對火燒油層技術的影響[16]，從而判斷這種水平注入井的火燒油層技術實施的可行性。（1）假設燃燒在絕熱條件下進行：取3層薄層（K2K1K3）。 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（），所以會形成類似指進的燃燒前緣。 燃燒前緣的“指進”（2）顯然，實際的燃燒都是在非絕熱條件下進行的：取3層薄層a、b、c（K2K1K3） 燃燒前緣在不同層中的傳播，由于在非絕熱情況下，傳播在最前面的b層會向還未傳播到的a、c兩層未燃燒區域傳熱，b層因熱損失傳播速度減慢，a、c兩層未燃燒區域因獲得了熱量，溫度升高更容易燃燒，所以a、c兩層的傳播速度會加快。最終b層傳播速度越變越慢，a、c兩層傳播速度越變越快，直至到達一個相同的速度，共同向前推進。 “指進”被削弱，點m接受來自A、B兩個燃燒區域的熱傳遞的熱量，點n只接受來自B一個區域的熱傳遞的熱量。顯然m點的溫度高于n點的溫度，所以燃燒前緣在m點的燃燒速度比n的燃燒速度快。再加上B區得熱損失大于A區，所以B的整體傳播速度小于A區，最終滲透率分布不均引起的后果會被削弱。由以上分析可得，以面的形式傳播的水平注入井的燃燒前緣在一定的非均質性影響下，仍然能保持相對穩定的傳播，從而保證高效的驅動能力。所以，這種方法是可行的。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。但目前對火燒油層完井技術的研究，還沒有形成一套專門的技術，所涉及的各項完井技術，都是從所采用的火燒油層具體技術中得到的完井需求（即出現的需要克服的問題）來確定的。 注入井完井技術優選對于注入井而言，主要面對高溫、氧化腐蝕、點火方法、注氣、出砂等問題。 國外一些項目注入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完井（英寸）A2J55A37 or 51/2 ，無預加應力A551/2A67，在砂巖頂部A785/8A87A951/2A107(23lbm/ft, K55)A1151/2A1341/2()51/2(J55)A1785/8A187(J55)A197(17lbm/ft H40 STC)A247裸眼完井A2多孔割縫襯管A4割縫襯管A651/2in.(J55 lined, )A2431/2 尾管射孔完井A1射孔直徑1/2in.A5射孔直徑1/2in.A841/A9距底部10到12英尺射孔A10距底部10到20英尺每英尺4個孔；也在上部10到12英尺,使用張力封隔器分隔A113354米到3364米段每英尺2孔A13篩孔上30英尺使用無眼封隔襯管防止套管靠近高注入壓力A17篩孔上13英尺使用無眼封隔襯管A18一個5英尺的致密層將其分為相反的兩個區間A1949英尺厚的產層上部34英尺的區域每英尺4個孔用鋼種類A4304 SS* 尾管A7SS 套管底部30英尺A13用抗腐蝕管穿過產層水泥A3高溫油井水泥A8H級水泥中加有4%的凝膠尾部加入含40% 硅粉的Lumite水泥A9少量的常規水泥，其后為高粘度高溫水泥A10100袋50/50 Pozmix H級水泥加入40%的含有40%硅粉的Lumite水泥A112910英尺到2559英尺使用耐熱水泥A17高溫油井水泥A192:1比例的poxmix和含8%%R5的耐熱水泥油管A5在輸入端上部為27/A8熱采井里面的套管A91英寸的測溫孔A1027/；之上封隔為水的注入A1323/, 在底部10ft Incoloy 接頭 上部是可塑性包裹接頭。流體靜壓力23/ lbm/ft的油管修正鑄鋼接頭和FJ60 螺紋； Inconel 接頭在下部，注水放下23/8in. 油管；空氣在31/2in. 尾管和23/A1827/A2427/（1）水泥根據要面臨高溫問題，使用具有熱穩定性的水泥漿。在實施火燒油層區域上30米的上部使用常用的硅酸鹽水泥完井。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。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。這種API類G級水泥的水、石墨、變高嶺石的最優化配比成分分別是55%，15%% BWOC。（2）套管經過大量的試驗研究證明，較普通套管而言，Cr含量為3%的套管[9]產品具有良好的抗COH2S和Cl腐蝕性能，是一種價格適中的“經濟型”非API系列油套管產品。因此，火驅采油套管用鋼的選材在Cr含量3%的基礎上進行成分調整，復合添加Mo、W、V等合金元素提高材料的耐熱性能。 CO2腐蝕速率試驗條件與結果鋼號試驗條件局部腐蝕腐蝕速度/（mm?a1）BG80H3CrT=60℃，v=，Pco2=無普通N80嚴重50BG80H3CrT=90℃，v=，Pco2